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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, in dem ein Kolben hubbeweglich geführt ist, wobei der Kolben einen Brennraum im Zylinder beweglich begrenzt und wobei eine Zündkerze vorgesehen ist, mit der im Brennraum eingebrachtes Zündgemisch durch elektrische Zündung der Zündkerze zündbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Die
DE 20 2006 008 781 U1 zeigt eine Brennkraftmaschine für eine Kettensäge mit einem Zylinder, in dem ein Kolben hubbeweglich geführt ist, wobei der Kolben einen Brennraum im Zylinder beweglich begrenzt und wobei eine Zündkerze vorgesehen ist, mit der in den Brennraum eingebrachtes Zündgemisch durch elektrische Zündung der Zündkerze zündbar ist. Die Zündung der Zündkerze erfolgt mittels eines Zündmoduls, und das Zündmodul greift die Hubposition des Kolbens an einem rotierenden Zündmagneten ab, der am Zündmodul vorbeigeführt wird, wodurch beispielsweise eine Spannung im Zündmodul induziert wird. Die induzierte Spannung dient dabei als Signal zur Zündung der Zündkerze.
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Üblicherweise werden Zündmagneten an einem rotierenden Bauteil angeordnet, das mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mitrotiert. Häufig ist an einer Seite der Kurbelwelle ein Lüfterrad angeordnet, das den Zündmagneten trägt. Ferner sind Zündmagneten bekannt, die lediglich einen ferromagnetischen Körper umfassen, und das Zündmodul ist derart angrenzend an das Lüfterrad angeordnet, dass der ferromagnetische Körper mit der Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine am Zündmodul vorbeigeführt wird. Passiert der ferromagnetische Körper durch die Rotation der Kurbelwelle das Zündmodul, so kann das Zündmodul aus der Sensierung des Körpers ein Zündsignal in einem Zündzeitpunkt bereitstellen, und zum Zündzeitpunkt wird schließlich die Zündkerze mit einem Zündimpuls gezündet, sodass der ferromagnetische Körper am rotierenden Bauteil der Kurbelwelle, beispielsweise am Lüfterrad, als Trigger zur Zündung der Zündkerze in einem Zündzeitpunkt dient. Alternativ zur Anordnung des Zündmagneten am Lüfterrad kann die Brennkraftmaschine ein mit der Kurbelwelle rotierend angetriebenes Polrad umfassen, und das Zündmodul umfasst eine Ladespule, die angrenzend an das Polrad angeordnet wird. Wird in der Ladespule des Zündmoduls ein Spannungsschwellwert erreicht, kann bei Erreichen des Spannungsschwellwertes der Zündzeitpunkt festgelegt und die Zündkerze gezündet werden.
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Nachteilhafterweise ergeben sich mehrere Maßtoleranzen zwischen der Bewegung des Kolbens und der Rotation eines Lüfterrades und/oder eines Polrads. Beispielsweise muss das Polrad mittels einer Passfederverbindung mit der Kurbelwelle verbunden werden, die toleranzbehaftet ist. Weiterhin können sich Elektroniktoleranzen ergeben, beispielsweise durch eine Signalverschiebung in der Lade- bzw. Triggerspule des Zündmoduls. Durch eine solche Beeinflussung kann z. B. eine unterschiedliche Magnetfeldstärke hervorgerufen werden. Außerdem können mehrere Toleranzen wie Magnetfeld- und Elektroniktoleranzen sowie mechanische Toleranzen zwischen der Kolbenbewegung und der Rotation des Lüfterrades und/oder des Polrads eine Toleranzkette bilden, welche den Zündzeitpunkt außerhalb der motorisch geforderten Genauigkeit beeinflussen. Überhitzung, schlechte Abgaswerte oder Leistungsverlust bis hin zum vorzeitigen Motorschaden können mögliche Folgen für die Brennkraftmaschine sein. Bisher fällt ein abweichender Zündzeitpunkt lediglich bei Nichteinhalten der Leistung der Brennkraftmaschine auf. Strenge Abgaswerte und daraus resultierende technische Maßnahmen erfordern jedoch in Zukunft eine noch genauere Einhaltung des Zündzeitpunktes, insbesondere um eine hohe Lebensdauer der Geräte gewährleisten zu können.
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Damit wäre eine einfache, schnelle und vollautomatische Überprüfung des Zündzeitpunktes während des Einstellzyklus in der Produktion wünschenswert, und sich summierende Toleranzen sowohl der mechanischen als auch der elektronischen Komponenten können durch eine einfache abschließende Kalibrierung des Zündzeitpunktes nach Montage der Brennkraftmaschine und der Zündeinrichtung überwunden werden.
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Um eine derartige Überprüfung des Zündzeitpunktes vorzusehen, sind Stroboskopblitzlampen bekannt, die in der Anwendung jedoch sehr aufwändig zu handhaben sind. Zunächst muss hierfür eine Gradscheibe mit einem Zeiger auf dem rotierenden Bauteil, beispielsweise auf dem Lüfterrad oder dem Polrad, montiert, und aufwendig auf den oberen Totpunkt des Kolbens ausgerichtet werden. Die Ausrichtung muss dabei über das Kerzenloch mit einem Kolbenanschlag erfolgen, welche von beiden Drehrichtungen aus angeschlagen wird, wobei der obere Totpunkt in der Mitte der beiden Anschläge liegt. Das Ablesen erfolgt anschließend neben dem laufenden Motor, wodurch ebenfalls ein Fehlereinfluss entsteht.
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Weiterhin wäre es wünschenswert, eine konventionelle Zündeinrichtung mit einem Zündmodul und einem rotierend bewegten Zündmagneten durch eine verbesserte Gesamtanordnung zu ersetzen. Folglich kann eine verbesserte Zündeinrichtung nicht nur die Kalibrierung des Zündzeitpunktes bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine vereinfachen, sondern es kann insbesondere von Vorteil sein, eine fehlerhafte und toleranzbehaftete Zündeinrichtung mit einem ruhenden Zündmodul und einem rotierend bewegten Zündmagneten nicht mehr zu benötigen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Damit ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Zündeinrichtung zu schaffen, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bestimmung des Zündzeitpunktes zur Zündung der Zündkerze zu vereinfachen und insbesondere mit einer höheren Genauigkeit auszuführen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass am Zylinder ein Sensorelement angeordnet ist, welches Sensorelement zur Sensierung der Hubbewegung des Kolbens im Zylinder ausgebildet ist und wobei mit dem Sensorelement ein Messsignal bereitstellbar ist, mit dem der Zündzeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens im Zylinder bestimmbar ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung eines Sensorelementes im Zylinder der Brennkraftmaschine kann die Hubbewegung des Kolbens unmittelbar gemessen werden, ohne dass mechanische Komponenten zwischen der Bewegung des Kolbens und einer Erkennungseinrichtung zum Bestimmen des Zündzeitpunktes angeordnet sind, und eine toleranzbedingte Verfälschung der Messung des oberen Totpunktes kann minimiert beziehungsweise ausgeschlossen werden. Das Sensorelement kann im oder am Zylinder angeordnet sein, insbesondere kann das Sensorelement in einer Bohrung angeordnet sein, die seitlich im Zylinder angeordnet ist. Bewegt sich der Kolben aufgrund seiner Hubbewegung am Sensorelement vorbei, kann die Bewegung des Kolbens vom Sensorelement erfasst werden, insbesondere kann eine Hubposition des Kolbens durch das Sensorelement bestimmt werden.
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Zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Steuereinheit vorgesehen und mit dem Sensorelement verbunden, wobei die Steuereinheit zur Bestimmung des Zeitpunktes des oberen Totpunktes insbesondere durch Empfang und Auswertung des Messsignals des Sensorelementes ausgebildet ist. Die Steuereinheit kann vom Sensorelement ein oder mehrere Messsignale empfangen und aus dem wenigstens einen oder den mehreren Messsignalen ein Ausgangssignal bereitstellen, das den Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens im Zylinder angibt. Soll der Zündzeitpunkt vor dem oberen Totpunkt liegen, kann dieser auf Grundlage des erfassten oberen Totpunktes des Kolbens – beispielsweise eines vorangegangnen Messzyklus – bestimmt werden.
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Weist der Kolben wenigstens einen Kolbenring auf, kann das Sensorelement zur Sensierung der Vorbeifahrt des Kolbenringes am Sensorelement ausgebildet sein. Kolbenringe sind meist aus einem ferromagnetischen Material gebildet, das durch das Sensorelement sensiert werden kann, wohingegen der Kolben beispielsweise ein nicht-ferromagnetisches Material aufweist. Kolbenringe besitzen üblicherweise eine schmale Form und sind deshalb auf einer definierten Höhe am Kolben begrenzt angeordnet. Dadurch wird ein genaues Messsignal möglich, mit dem die Vorbeifahrt des Kolbenrings am Sensorelement mit einer hohen Genauigkeit messbar ist.
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Das Sensorelement ist vorzugsweise in der Zylinderwand des Zylinders eingebracht, wobei das Sensorelement in Bezug auf die Hubrichtung des Kolbens in einer Position nahe des oberen Totpunktes des Kolbens in der Zylinderwand angeordnet ist. Beispielsweise kann das Sensorelement ein Induktionssensorelement sein, und das Messsignal weist vorzugsweise eine Spannung auf, die durch das Sensorelement ausgegeben wird.
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Auf bekannte Weise kann die Brennkraftmaschine eine Zündeinrichtung mit einem mit der Kurbelwelle verbundenen Zündmagneten und insbesondere mit einem Zündmodul aufweisen, wobei das Zündmodul vorzugsweise mittels eines Zündkabels mit der Zündkerze verbunden ist und zur Zündung der Zündkerze dient.
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Mit weiterem Vorteil kann eine Antenne vorgesehen sein, die mit der Steuereinheit verbunden ist und wobei mit der Antenne ein Zündimpuls des Zündmoduls zur Zündung der Zündkerze empfangen werden kann. Weiterhin kann ein Anzeigemittel vorgesehen und mit der Steuereinheit verbunden sein, wobei mit dem Anzeigemittel insbesondere das wenigstens eine Messsignal des Sensorelementes anzeigbar ist und welches die Hubposition des Kolbens repräsentiert und wobei insbesondere der Zündimpuls des Zündmoduls anzeigbar ist, das den Zündzeitpunkt der Zündkerze wiedergibt.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung aus dem Sensorelement und der Steuerung sowie der Antenne kann eine Kalibriereinrichtung geschaffen werden, mit der eine konventionelle Zündeinrichtung mit einem Zündmodul und einem Zündmagneten an der Brennkraftmaschine kalibriert werden kann. Beispielsweise kann die Kalibrierung bei der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erfolgen, und das Sensorelement, die Steuereinheit sowie die Antenne können wieder entnommen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die konventionelle Zündeinrichtung mit dem Zündmodul und dem Zündmagneten durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sensorelementes mit der Steuereinheit zu substituieren, sodass auch für den dauerhaften Betrieb der Brennkraftmaschine das Sensorelement zur Bestimmung des oberen Totpunktes des Kolbens und folglich zur Bereitstellung eines Zündzeitpunktes zur Zündung der Zündkerze Verwendung findet.
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Unabhängig von der Verwendung des Sensorelementes und der Steuereinheit zur Kalibrierung der konventionellen Zündeinrichtung oder zur Nutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung für den dauerhaften Betrieb der Brennkraftmaschine wird der obere Totpunkt des Kolbens auf vorteilhafte Weise bestimmt. Hierzu ist zunächst die Messung des Zeitpunktes der Vorbeifahrt des Kolbens am Sensorelement in Richtung zum oberen Totpunkt mit dem Sensorelement vorgesehen, und anschließend erfolgt erneut eine Messung des Zeitpunktes der Vorbeifahrt des Kolbens am Sensorelement in Richtung zum unteren Totpunkt durch das Sensorelement. Damit liegen zwei Messsignale vor, die einen ersten Zeitpunkt der Vorbeifahrt und einen zweiten Zeitpunkt der Vorbeifahrt wiedergeben. Zwischen den beiden Vorbeifahrten liegt der obere Totpunkt im zeitlichen Mittel, sodass durch die Steuereinheit der Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens im Zylinder durch Mittelung der beiden Zeitpunkte der Vorbeifahrten des Kolbens am Sensorelement bestimmt werden kann.
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Durch die Auswertung von zwei Messsignalen entsteht der Vorteil, dass eine genaue Positionierung des Sensorelementes am Zylinder nicht erforderlich ist. Sowohl bei der Vorbeifahrt des Kolbenringes am Sensorelement in Richtung zum oberen Totpunkt als auch bei der Vorbeifahrt des Kolbenringes am Sensorelement in Richtung zum unteren Totpunkt wird ein Messsignal aufgenommen, und durch die Steuereinheit kann durch eine numerische Berechnung der Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens im Zylinder als zeitlicher Mittelwert zwischen den beiden Zeitpunkten des ersten und zweiten Messsignals bestimmt werden.
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Alternativ kann auch nur eine Messung der Näherung des Kolbens bzw. des Kolbenringes beim Durchfahren des oberen Totpunktes vorgenommen werden, insbesondere wenn das Sensorelement derart oberhalb des Kolbenhubes im Zylinder eingebracht ist, sodass die Bewegung des Kolbenringes relativ zum Sensorelement auf eine Näherungsbewegung begrenzt ist. Damit ergibt sich der vereinfachende Vorteil, dass das Sensorelement nur ein einziges Messsignal ausgibt, aus dem durch entsprechende Auswertung der Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet.
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Auch kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement die Hubbewegung des Kolbens im Zylinder, insbesondere die Vorbeifahrt oder die Näherung des Kolbenringes, durch wenigstens eine Teildicke der Zylinderwand hindurch erfasst.
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Die Bohrung in der Zylinderwand, in der das Sensorelement eingesetzt ist, kann nur für das Sensorelement vorgesehen und beispielsweise als Sacklochbohrung ausgeführt sein. Auch kann das Sackloch endseitig noch eine Zusatzbohrung als Durchgang zum Brennraum aufweisen, beispielsweise um die Bohrung in der Zylinderwand ferner für andere Messeinrichtungen, beispielsweise für einen Temperaturmesssensor, einen Druckmesssensor oder zur Anordnung eines Dekompressionsventils zu qualifizieren. Wenn das Sensorelement aus der Bohrung entfernt wird, kann die Bohrung mit einem Stopfen, einer Verschlussschraube oder dergleichen verschlossen werden.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes des oberen Totpunktes eines im Zylinder einer Brennkraftmaschine hubbeweglich geführten Kolbens, wobei der Kolben einen Brennraum im Zylinder beweglich begrenzt und wobei eine Zündkerze vorgesehen ist, mit der im Brennraum eingebrachtes Zündgemisch durch elektrische Zündung der Zündkerze gezündet wird. Das Verfahren umfasst dabei wenigstens die Schritte des Anordnens eines Sensorelementes am Zylinder der Brennkraftmaschine, des Sensierens der Hubbewegung des Kolbens im Zylinder der Brennkraftmaschine mit dem Sensorelement, des Bereitstellens wenigstens eines Messsignals durch das Sensorelement und der Bestimmung des Zeitpunktes des oberen Totpunktes anhand des wenigstens einen Messsignals.
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Mit weiterem Vorteil kann mit dem Sensorelement der Zeitpunkt der Vorbeifahrt des Kolbens am Sensorelement in Richtung zum unteren Totpunkt gemessen werden, und wobei insbesondere eine Steuereinheit vorgesehen ist, mit der der Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens im Zylinder aus den Zeitpunkten der Vorbeifahrten des Kolbens am Sensorelement bestimmt wird. Insbesondere wird der Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens im Zylinder durch die Hälfte der Zeit zwischen den Vorbeifahrten des Kolbens am Sensorelement bestimmt.
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Mit Bezug auf das Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes des oberen Totpunktes eines im Zylinder einer Brennkraftmaschine hubbeweglich geführten Kolbens kann auch nur eine einzige Messung der Näherung des Kolbenringes beim Durchfahren des oberen Totpunktes vorgenommen werden, insbesondere wenn das Sensorelement derart oberhalb des Kolbenhubes im Zylinder eingebracht ist, dass die Bewegung des Kolbenringes relativ zum Sensorelement auf eine Näherungsbewegung begrenzt ist.
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Mit noch weiterem Vorteil kann die Brennkraftmaschine eine Zündeinrichtung aufweisen, wobei der Zündzeitpunkt zur Zündung der Zündkerze durch die Zündeinrichtung mittels der Steuereinheit auf Grundlage des Messsignals kalibriert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zum dauerhaften Betrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere zur dauerhaften Zündzeitpunktbestimmung Verwendung finden, wobei das erfindungsgemäße Verfahren auch lediglich zur Kalibrierung einer konventionellen Zündeinrichtung mit einem Zündmodul und einem Zündmagneten Verwendung finden kann.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem im Zylinder angeordneten Sensorelement zur Kalibrierung des Zündzeitpunktes nach der Montage der Brennkraftmaschine,
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2 eine schematische Ansicht der Brennkraftmaschine mit einem Sensorelement gemäß 1, wobei die Steuereinheit zur dauerhaften Zündung der Zündkerze mit dieser verbunden ist,
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3 eine schematische Ansicht der Brennkraftmaschine mit einem Sensorelement gemäß 1, wobei das Sensorelement zur Triggerung des Zündmoduls ausgebildet ist,
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4 die Darstellung eines Diagramms, das Messsignale des Sensorelementes für eine Vorbeifahrt des Kolbenrings über der Zeit zeigt, wobei im Diagramm die Messsignale und Zündzeitpunkte für zwei Zündungen der Brennkraftmaschine dargestellt sind und
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5 die Darstellung eines Diagramms, das Messsignale des Sensorelementes über der Zeit zeigt, die durch eine Näherung des Kolbenringes an das Sensorelement erzeugt werden, wobei Messsignale und Zündzeitpunkte für zwei Zündengen dargestellt sind.
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Die 1 bis 3 zeigen in einer jeweils schematischen Ansicht Ausführungsbeispiele einer Brennkraftmaschine 100 mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Die Brennkraftmaschine 100 weist einen Zylinder 10 auf, der bereichsweise dargestellt ist durch eine Zylinderwand 17. Im Zylinder 10 ist ein Kolben 11 hubbeweglich geführt und der Kolben 11 weist einen Kolbenring 16 auf. Durch die Hubbewegung des Kolbens 11 kann eine Kurbelwelle 20 in Drehbewegung versetzt werden, und die Kurbelwelle 20 ist in einem Kurbelgehäuse 26 gelagert. An einem aus dem Kurbelgehäuse 26 herausgeführten Ende der Kurbelwelle 20 ist ein Zündmagnet 21 mitrotierend angeordnet, wobei der Zündmagnet 21 schematisch dargestellt ist und Bestandteil eines nicht näher gezeigten Polrades ist.
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Angrenzend an den Zündmagneten 21 ist ein Zündmodul 22 gezeigt, und das Zündmodul 22 ist über ein Zündkabel 23 mit einer Zündkerze 13 verbunden, die kopfseitig im Zylinder 10 angeordnet ist. Soll in einem Zündzeitpunkt das im Brennraum 12 des Zylinders 10 eingebrachten Zündgemisch gezündet werden, kann mit dem Zündmodul 22 über das Zündkabel 23 ein Zündimpuls an die Zündkerze 13 gegeben werden, wobei der rotierende Zündmagnet 21 als Trigger zur Zündung der Zündkerze 13 insbesondere zum gegebenen Zündzeitpunkt dient. Gewöhnlich findet die Zündung des Zündgemisches kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens 11 im Zylinder 10 statt, wobei zur Einhaltung geforderter Abgaswerte und zum schonenden Betrieb der Brennkraftmaschine 100 der Zündzeitpunkt sehr genau bestimmt werden muss.
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Mit Bezug auf 1 betreffen die weiteren nachfolgend beschriebenen Merkmale eine Kalibriereinrichtung zur Bestimmung des oberen Totpunktes des Kolbens 11 im Zylinder 10, um die gezeigte Zündeinrichtung 19 mit dem Zündmagneten 21 und dem Zündmodul 22 zu kalibrieren.
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Hierzu ist in der Zylinderwand 17 des Zylinders 10 ein Sensorelement 14 angeordnet. Das Sensorelement 14 ist als Induktionssensorelement ausgeführt und ermöglicht die Bereitstellung eines Messsignals, wenn ein ferromagnetischer Körper an dem Sensorelement 14 vorbeigeführt wird.
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Der Kolben 11 weist einen Kolbenring 16 auf, der beispielhaft aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist und der mit dem Kolben 11 eine Hubbewegung im Zylinder 10 zur beweglichen Begrenzung des Brennraumes 12 ausführt. Das Sensorelement 14 ist derart tief in einer Bohrung 28 in der Zylinderwand 17 eingebracht, dass das Sensorelement 14 die Vorbeifahrt des Kolbenringes 16 während der Hubbewegung des Kolbens 11 im Zylinder 10 sensiert und bei Vorbeifahrt des Kolbenrings 16 ein Messsignal aussendet.
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Zur Aufnahme des Messsignals des Sensorelementes 14 ist eine Steuereinheit 15 vorgesehen und schematisch gezeigt, die mit dem Sensorelement 14 verbunden ist und die zur Aufnahme des Messsignals dient.
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Führt der Kolben 11 eine Hubbewegung aus, so erfolgt eine erste Vorbeifahrt des Kolbenrings 16 bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 in Richtung zum oberen Totpunkt, und es erfolgt eine weitere Vorbeifahrt des Kolbenringes 16 am Sensorelement 14 während der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 in Richtung zum unteren Totpunkt. Folglich werden über eine Volldrehung der Kurbelwelle 20 zwei Messsignale vom Sensorelement 14 ausgegeben, wobei das Sensorelement 14 relativ nah am oberen Totpunkt des Kolbens 11 angeordnet ist, sodass in Bezug auf die Dauer einer Volldrehung der Kurbelwelle 20 zwischen den beiden Messsignalen nur eine geringe Zeitspanne verbleibt.
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Erfasst die Steuereinheit 15 die beiden Messsignale des Sensorelementes 14, kann die Steuereinheit 15 aus den beiden Messsignalen den Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Kolbens 11 im Zylinder 10 bestimmen. Führt die Kurbelwelle 20 im gewöhnlichen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 eine gleichförmige Bewegung aus, so liegt der obere Totpunkt des Kolbens 11 in der zeitlichen Mitte zwischen den beiden durch das Sensorelement 14 gelieferten Messsignalen. Folglich muss die Steuereinheit 15 lediglich dazu ausgebildet sein, den oberen Totpunkt durch numerische Berechnung auf Grundlage der erfassten Messsignale bestimmen, und es ist ersichtlich, dass die genaue Position des Sensorelementes 14, insbesondere die genaue Position der Bohrung 28, keinen Einfluss auf die Bestimmung des Zeitpunktes hat, zu dem der Kolben 11 den oberen Totpunkt im Zylinder 10 erreicht.
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Um die Kalibriereinrichtung zu bilden, ist eine Antenne 24 vorgesehen, die den Zündimpuls des Zündmoduls 22 erfasst, der an die Zündkerze 13 ausgegeben wird. Weiterhin ist ein Anzeigemittel 25 schematisch gezeigt, und das mit dem Sensorelement 14 erfasste Messsignal zur Vorbeifahrt des Kolbens 11 mit dem Kolbenring 16 am Sensorelement 14 und das mit der Antenne 24 erfasste Zündsignal des Zündmoduls 22 können auf dem Anzeigemittel 25 zur Anzeige gebracht werden. Beispielsweise können die erfassten Signale über der Zeit dargestellt werden, wie in der folgenden 2 näher gezeigt ist.
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2 zeigt in Abwandlung der Anordnung aus 1 die Steuereinheit 15, die wie bereits beschrieben mit dem Sensorelement 14 verbunden ist, ferner ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 15 mit der Zündkerze 13 verbunden, und die Steuereinheit 15 kann die Zündkerze 13 über das Zündkabel 23 zünden. Bei dieser Ausführung kann das Sensorelement 14 in Verbindung mit der Steuereinheit 15 die Zündeinrichtung 19 mit dem Zündmagneten 21 und dem Zündmodul 22 vollständig ersetzen.
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3 zeigt in einer weiteren Abwandlung der Anordnung aus 1 eine modifizierte Ausführung des Zündmoduls 22, das über eine Verbindungsleitung 29 mit dem Sensorelement 14 verbunden ist. Dadurch kann das Zündmodul 22 durch das Sensorelement 14 getriggert werden, jedoch kann das vom Sensorelement 14 bereitgestellte Messsignal auch als Führungsgröße dienen oder eine Korrekturfunktion erfüllen, wenn das Zündmodul 22 auf konventionelle Weise mit dem Zündmagneten 21 zusammenwirkt.
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4 zeigt ein Diagramm, in dem eine Spannung U über einer Zeit t aufgetragen ist. Die Spannung U gibt dabei beispielhaft sowohl die Spannung wieder, die als Messsignal 18 vom Sensorelement 14 an die Steuereinheit 15 übermittelt wird und die Vorbeifahrt des Kolbens 11 zum Zeitpunkt t repräsentiert, als auch die Spannung U der Antenne 24, die den Zündzeitpunkt ZZP wiedergibt, mit dem das Zündmodul 22 die Zündkerze 13 zündet. Weiterhin ist der Zeitpunkt tOT des oberen Totpunktes OT für zwei Hubzyklen des Kolbens 11 dargestellt. Zwischen den beiden Zündzeitpunkten ZZP ist die Periodendauer λ zwischen den Zündimpulsen zu den Zündzeitpunkten ZZP angegeben.
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Das erste Messsignal 18 entspricht einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 in Richtung zum oberen Totpunkt OT, und das zweite Messsignal 18' wird vom Sensorelement 14 bei der erneuten Vorbeifahrt des Kolbens 11 in Richtung zum unteren Totpunkt erfasst. Zwischen den beiden Messsignalen 18 und 18' liegt eine Laufzeit X, und der Zeitpunkt tOT des oberen Totpunktes OT entspricht der zeitlichen Mitte zwischen den beiden Messsignalen 18 und 18', angegeben als X/2. Die Laufzeit Y gibt die Zeit zwischen dem ersten Messsignal 18 und dem tatsächlich erforderlichen Zündzeitpunkt ZZP an, und es ist erkennbar, dass der Zündzeitpunkt ZZP vor dem Zeitpunkt tOT des oberen Totpunktes OT liegt. Die Zeitspanne zwischen dem erforderlichen Zündzeitpunkt ZZP und dem Zeitpunkt des oberen Totpunktes tOT kann wie folgt berechnet werden: ZZP = [(X/2) – Y]·360° / λ.
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Nach einer Periodendauer λ, die durch eine Volldrehung der Kurbelwelle 20 bestimmt ist, wiederholt sich derselbe Ablauf zur Erfassung der Messsignale 18 und 18' und des Zündimpulses zum Zündzeitpunkt ZZP. Mit der angegebenen Formel kann der Zündzeitpunkt ZZP auf Grundlage der Messsignale 18 und 18', die mit dem Sensorelement 14 erfasst werden, sehr genau bestimmt werden, und es kann beispielsweise die Programmierung des Zündmoduls 22 oder die Justage des Zündmagneten 21 auf Grundlage der durch das Sensorelement 14 gemessenen Messsignale 18 erfolgen.
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Bei höheren Drehzahlen der Kurbelwelle 20 wurde festgestellt, dass es bei der Ausgabe der Messsignale 18, 18' durch das Sensorelement 14 zu einer Hysterese kommen kann, und die durch einen Korrekturfaktor in der Steuereinheit 15 berücksichtigt werden kann.
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5 zeigt ein weiteres Diagramm, in dem wie auch in 4 eine Spannung U über einer Zeit t aufgetragen ist. Die Spannung U gibt dabei die Spannung wieder, die als Messsignal 18'' vom Sensorelement 14 an die Steuereinheit 15 (wie Beispiel in 1 und 2) oder an das Zündmodul 22 (wie Beispiel in 3) übermittelt wird. Das Messsignal 18'' wird dabei jedoch nicht durch eine Vorbeifahrt des Kolbens 11 am Sensorelement 14 zum Zeitpunkt t erzeugt, sondern bereits durch eine Annäherung des Kolbens 11 an das Sensorelement 14. Hierzu kann das Sensorelement 14 oberhalb des oberen Totpunktes OT des Kolbens 11 angeordnet sein, und wenn der Kolben 11 den oberen Totpunkt OT durchläuft, gibt das Sensorelement 14 das Messsignal 18'' aus. Aus diesem Messsignal kann mit ZZP = Z·360° / λ der Zündzeitpunkt ZZP bestimmt werden. Die Größe Z gibt dabei die Laufzeit zwischen dem Messsignal 18'' und dem Zündimpuls wieder. Damit ergibt sich eine Vereinfachung der Bestimmung des Zündzeitpunktes, jedoch muss sichergestellt sein, dass das Messsignal 18'' genau dann vom Sensorelement 14 ausgegeben wird, wenn sich der Kolben 11 insbesondere mit dem Kolbenring 16 tatsächlich im oberen Totpunkt OT befindet.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Das gezeigte Verfahren zur Einstellung des Zündzeitpunktes ZZP in einem geforderten Zeitbereich vor dem Zeitpunkt tOT des oberen Totpunktes des Kolbens 11 kann auch zur Triggerung der Zündung der Zündkerze 13 für den eigentlichen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 Verwendung finden. Folglich kann die Brennkraftmaschine 100 auch ohne eine Zündeinrichtung 19 mit einem Zündmagneten 21 und einem Zündmodul 22 ausgeführt werden, und die Zündkerze 13 kann mit der Steuereinheit 15 in Verbindung gebracht werden, und mit einem entsprechenden Zündimpuls, beispielsweise mittels eines Hochspannungsmoduls, zum gegebenen Zündzeitpunkt ZZP versorgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Brennkraftmaschine
- 10
- Zylinder
- 11
- Kolben
- 12
- Brennraum
- 13
- Zündkerze
- 14
- Sensorelement
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Kolbenring
- 17
- Zylinderwand
- 18
- Messsignal
- 18'
- Messsignal
- 18''
- Messsignal durch Näherung
- 19
- Zündeinrichtung
- 20
- Kurbelwelle
- 21
- Zündmagnet
- 22
- Zündmodul
- 23
- Zündkabel
- 24
- Antenne
- 25
- Anzeigemittel
- 26
- Kurbelgehäuse
- 27
- Kolbenbolzen
- 28
- Bohrung
- 29
- Verbindungsleitung
- OT
- oberer Totpunkt
- ZZP
- Zündzeitpunkt
- tOT
- Zeitpunkt des oberen Totpunktes
- U
- Spannung des Messsignals
- Y
- Laufzeit zwischen Messsignal und Zündimpuls
- X
- Laufzeit zwischen zwei Messsignalen
- Z
- Laufzeit zwischen Messsignal und Zündimpuls
- λ
- Periodendauer zwischen zwei Zündimpulsen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006008781 U1 [0002]
