EP2607673B1 - Verfahren zum betrieb eines verbrennungsmotor - Google Patents

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EP2607673B1
EP2607673B1 EP12008365.4A EP12008365A EP2607673B1 EP 2607673 B1 EP2607673 B1 EP 2607673B1 EP 12008365 A EP12008365 A EP 12008365A EP 2607673 B1 EP2607673 B1 EP 2607673B1
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EP
European Patent Office
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crankcase
pressure
kgh
combustion engine
internal combustion
Prior art date
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Active
Application number
EP12008365.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2607673A1 (de
Inventor
Claus Naegele
Andreas Paa
Clemens Klatt
Christoph Widmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Andreas Stihl AG and Co KG
Original Assignee
Andreas Stihl AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Andreas Stihl AG and Co KG filed Critical Andreas Stihl AG and Co KG
Publication of EP2607673A1 publication Critical patent/EP2607673A1/de
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Publication of EP2607673B1 publication Critical patent/EP2607673B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/02—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for hand-held tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/70—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/703—Atmospheric pressure
    • F02D2200/704—Estimation of atmospheric pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine in a hand-held implement of the type specified in the preamble of claim 1.
  • a pressure sensor in the crankcase which provides data during operation, which are used to control the internal combustion engine, for example, to control the amount of fuel supplied, for controlling the injection timing and for controlling the ignition timing.
  • the DE 10 2008 019 088 A1 shows such an internal combustion engine.
  • the pressure sensor in the crankcase is used to determine at what times the metering valve, which feeds the fuel into the crankcase, is opened and closed.
  • a two-stroke engine with a pressure sensor is known which detects the crankcase pressure. The crankcase pressure is used in operation to determine the air mass flow through the combustion chamber and therefrom the amount of fuel to be supplied.
  • Such a two-stroke engine is also from the DE 10 2006 060 617 A1 known.
  • Internal combustion engines such as internal combustion engines in hand-held implements can be used at different altitudes. Due to the differences in altitude, the ambient pressure changes. The different pressure level of the ambient pressure must be taken into account when controlling the internal combustion engine, in particular when determining the quantity of fuel to be supplied. In known devices, this is done by appropriate screws on a carburetor of the engine, which are set by the user.
  • a method and a device for determining the ambient pressure of a vehicle driven by an internal combustion engine is known in which is measured after the activation of the ignition of the vehicle and before starting the internal combustion engine with a arranged in the intake manifold of the engine pressure sensor, the air pressure corresponding to the ambient pressure ,
  • the ambient pressure is used as the reference pressure in operating conditions where the atmospheric pressure deviates from the ambient pressure.
  • the invention has for its object to provide a method for operating an internal combustion engine in a hand-held implement, which allows determination of the ambient pressure without additional sensors.
  • crankcase pressure sensor it is intended to use the already existing crankcase pressure sensor to determine the ambient pressure. As a result, an additional sensor for determining the ambient pressure can be omitted. From at least one pressure value measured via the crankcase pressure sensor, the ambient pressure can be determined.
  • crankcase pressure is measured at a time when there is approximately ambient pressure in the crankcase.
  • the ambient pressure is measured directly as the pressure value. Additional steps for determining the ambient pressure from the measured pressure value can be omitted thereby.
  • crankcase pressure is measured during the starting process of the internal combustion engine with rotating crankshaft before the first combustion. It is provided that the crankcase pressure sensor is supplied during the measurement exclusively via the crankshaft with energy. As a result, there is no separate energy store which provides energy for the crankcase pressure sensor before starting the internal combustion engine, such as a battery or a rechargeable battery, for example. necessary. In particular, the crankcase pressure sensor and the evaluation device are powered exclusively by the movement of the crankshaft. As a result, a pressure measurement before starting the starting process, so before the crankshaft starts to rotate, not possible because then no energy for the pressure measurement is available. As soon as combustion has taken place in the combustion chamber, the pressure level in the combustion chamber and via the overflow channels also changes the pressure level in the crankcase.
  • the pressure measurement is advantageously carried out as soon as the crankcase pressure sensor is supplied with sufficient energy for the measurement.
  • the crankcase is connected to the environment in a first crankshaft angle range when the intake port is closed and the crankcase is connected to the combustion chamber via at least one transfer port and when the exhaust port is open. About the overflow, the combustion chamber and the outlet opening is a connection of the crankcase to the environment.
  • a pressure from which the ambient pressure can be determined.
  • the crankcase pressure, from which the ambient pressure is determined is measured in particular in the first crankshaft angle range.
  • the ambient pressure is established in the crankcase at least in a part of the first crankshaft angle range. Due to throttling points in the flow path, however, a pressure value can also result in the crankcase which deviates from the ambient pressure. From the measured pressure value, the ambient pressure can be determined, for example by calculation.
  • crankcase In a second crankshaft angle range, the crankcase is open to the environment via the inlet opening into the crankcase. It can also be provided that the measurement of the crankcase pressure, from which the ambient pressure is determined, takes place in the second crankshaft angle range. Also in this crankshaft angle range, a pressure arises in the crankcase, from which the ambient pressure can be determined.
  • the internal combustion engine has an air filter, via which the combustion air is sucked.
  • the degree of contamination of the air filter is determined from at least one determined value for the ambient pressure. It can also be determined whether an air filter is present or has been forgotten by the operator, for example.
  • the crankcase pressure is determined even at full load of the engine.
  • the degree of contamination of the air filter is advantageously determined from the determined in particular during the starting process ambient pressure and the crankcase pressure at full load.
  • the degree of contamination of the air filter can be determined, for example, from the ratio of the ambient pressure to the crankcase pressure at full load or from the difference between ambient pressure and crankcase pressure at full load. Another type of determination of the degree of contamination of the air filter from the two mentioned pressure values may be advantageous. It can also be provided to determine the degree of contamination of the air filter via a single pressure measurement. During startup and idling, the flow rates in the intake system are still comparatively small. The degree of soiling of the air filter does not significantly affect the crankcase pressure under these operating conditions. At full load, the contamination of the air filter is an additional throttling of the air path, which has a significant effect on the resulting crankcase pressure.
  • the ratio of the ambient pressure to the crankcase pressure at full load therefore allows conclusions about the degree of soiling of the air filter. It may also be provided to use another pressure value measured during cranking or idling in the crankcase pressure for determining the degree of soiling of the air filter.
  • the pressure measurements in the crankcase take place at certain crankshaft angles. When evaluating the pressure ratio, the crankshaft angle at which the pressure measurement takes place in the crankcase is taken into account.
  • the pressure measurement at startup or at idle and the pressure measurement at full load are advantageously carried out at the same crankshaft angle. However, it may also be advantageous for the pressure measurements to take place at different crankshaft angles.
  • the determination of the degree of contamination of the air filter is based on a comparison of a desired air consumption with an actual air consumption of the internal combustion engine at full load.
  • the air consumption of the internal combustion engine is the internal combustion engine supplied combustion air mass per time.
  • the actual air consumption for example, as in the US 7,536,983 B2 be determined from the pressure in the crankcase of the internal combustion engine.
  • the desired air consumption can be determined for example via a stored characteristic. If the air filter is heavily contaminated, the actual air consumption of the internal combustion engine is significantly smaller than the desired air consumption.
  • the target air expenditure depends on the altitude in which the internal combustion engine is operated becomes.
  • the target air consumption is also dependent on the ambient temperature.
  • the altitude and / or the ambient temperature are taken into account in the determination of the desired air consumption. The influence of altitude and ambient temperature is thereby advantageously at least partially, in particular completely compensated.
  • the degree of contamination can be displayed to the operator, for example via a visual display.
  • the operator or service employee can also be informed about the degree of contamination by a corresponding entry in a diagnostic memory or when reading out the diagnostic memory of the working device. It can also be provided to give the operator via the behavior of the internal combustion engine feedback on the degree of contamination of the air filter, for example via a reduction in power of the internal combustion engine or by switching off the internal combustion engine. It can also be provided to output the determined state of the air filter in a diagnostic device during maintenance of the working device and to ask the service employee to check the air filter.
  • the internal combustion engine has a generator for generating energy.
  • the crankcase pressure sensor advantageously measures the crankcase pressure at each zero crossing of the generator signal.
  • the measured pressure values are advantageously temporarily stored, in particular in the evaluation device of the internal combustion engine.
  • the approximate rotational position of the crankshaft is determined and selected on the basis of the determined rotational position of the crankshaft from the buffered pressure values, a measured value which was measured in the desired crankshaft angle range. As a result, the first measurement can take place immediately if sufficient energy is available for pressure measurement.
  • the approximate position of the crankshaft is determined via a crankshaft sensor or from the signal of the generator.
  • the determination of an approximate rotational position of the crankshaft is sufficient for determining the ambient pressure from the crankcase pressure.
  • it may also be provided to determine the rotational position of the crankshaft as accurately as possible. This is particularly advantageous if a knowledge of the exact rotational position of the crankshaft for the control of the internal combustion engine is needed.
  • Fig. 1 is shown as an exemplary embodiment of a hand-held implement a cut-off grinder 30.
  • a power grinder 30 of the engine 1 described in more detail below can be used in other hand-held implements such as chainsaws, brushcutters or the like.
  • the cut-off machine 30 has a housing 31, on which a rear handle 32 and a handle tube 33 are fixed for guiding the cutting grinder 30 in operation.
  • a boom 35 is fixed, which projects forward and at the free end of a cutting disc 34 is rotatably mounted.
  • the cutting disk 34 is driven in rotation by the combustion engine 1 arranged in the housing 31.
  • the internal combustion engine 1 is designed as a two-stroke engine. However, the engine 1 may also be a compound-lubricated four-stroke engine.
  • To start the internal combustion engine 1 is a hand-operated in the embodiment of a starter device, which is about a Anwerfgriff 36 to use.
  • the starting device is designed as a rope starting device.
  • a display 40 which serves to indicate the degree of contamination of an air filter of the internal combustion engine 1.
  • the display 40 may be, for example, a display or a light source, in particular an LED.
  • the display 40 may also indicate the filter condition acoustically in addition to or alternatively to the visual display.
  • the power cutter 30 has a diagnostic memory, for example, in a control device of the cutting machine 30.
  • the diagnostic memory the degree of contamination of the air filter can be stored and read out at later maintenance of a service employee. It can also be provided to inform the operator about the entry in the diagnostic memory on the degree of contamination of the air filter.
  • the internal combustion engine 1 is shown in detail.
  • the internal combustion engine 1 has a cylinder 2, in which a combustion chamber 3 is formed.
  • the combustion chamber 3 is bounded by a reciprocating piston 5 in the cylinder 2, which in Fig. 2 shown in its bottom dead center.
  • the piston 5 drives via a connecting rod 6 a rotatably mounted in a crankcase 8 crankshaft 7.
  • a generator 24 is fixed, which generates energy in dependence on the rotational movement of the crankshaft 7.
  • a fan 25 is set, which serves to promote cooling air.
  • the fan 25 has on its outer circumference magnets 27 which generate in a arranged on the outer circumference of the fan 25 ignition module 26, the ignition voltage for a protruding into the combustion chamber 3 spark plug 48.
  • a crankcase pressure sensor 21 and a temperature sensor 22 are arranged, the pressure and temperature in the crankcase 8 measure.
  • the crankcase pressure sensor 21 and the temperature sensor 22 are advantageously arranged in a common housing.
  • the crankcase pressure sensor 21 and the temperature sensor 22 may also be integrated in a single sensor.
  • a fuel valve 20 is also arranged, the fuel in the crankcase interior 4 ( Fig. 3 ) feeds.
  • the ignition module 26, the generator 24, the crankcase pressure sensor 21, the temperature sensor 22 and the fuel valve 20 are connected to an evaluation device 23.
  • the evaluation device 23 is at the same time the control device of the internal combustion engine 1.
  • the two-stroke engine 1 For supplying combustion air, the two-stroke engine 1 has an intake passage 19, which opens into the crankcase interior 4 with an intake opening 9.
  • the inlet opening 9 is slit-controlled by the piston 5.
  • a throttle valve 13 In the intake passage 19, a throttle valve 13 is pivotally mounted with a throttle shaft 14.
  • the position of the throttle flap 13 is controlled via a throttle lever 16 by a throttle lever 49 (FIG. Fig. 1 ) of the cutter 30.
  • the position of the throttle shaft 14 is monitored by a throttle sensor 15, which is also connected to the evaluation device 23.
  • the crankcase interior 4 In the bottom dead center of the piston 5, the crankcase interior 4 is connected to the combustion chamber 3 via overflow channels 11.
  • Fig. 3 shows the structure of the internal combustion engine 1 in detail.
  • an overflow channel 11 is present, which is divided into several branches and opens with multiple overflow 12 in the combustion chamber 3.
  • the overflow 11 flows from the crankcase interior 4 pre-compressed fuel / air mixture in the combustion chamber 3 a.
  • the crankshaft 7 is rotatable about a rotation axis 28.
  • the rotational position of the crankshaft 7 about the axis of rotation 28 is measured at a crankshaft angle ⁇ .
  • the crankshaft angle ⁇ corresponds to an angle of 0 °.
  • the crankcase interior 4 is connected via the overflow channel 11 to the combustion chamber 3.
  • an outlet opening 10 leads, which is slot-controlled by the piston 5.
  • the outlet opening 20 is opened by the piston 5.
  • the crankshaft angle ⁇ is 180 °.
  • the top dead center of the piston is in Fig. 3 indicated by a piston 5 '.
  • the outlet opening 10 is closed, and the overflow windows 12 are also closed by the piston 5 '.
  • the inlet opening 9 in the crankcase interior 4 is opened, so that the crankcase interior 4 is connected to the environment via the inlet opening 9.
  • the combustion air is sucked through an air filter 17 into the intake passage 19.
  • the filter material of the air filter 17 separates the crankcase interior 4 from the environment.
  • the throttle valve 13 may constitute a throttle point.
  • the throttle valve 13 is mounted in a throttle housing 18 which is fixed to the inlet port of the cylinder 2.
  • crankcase 8 has a mounting opening 39, in which the crankcase pressure sensor 21 and the temperature sensor 22 are arranged.
  • a holder 29 is arranged on the crankcase 8, which has a receptacle 37 for the fuel valve 20. Fuel from the fuel valve 37 flows into the crankcase interior 4 via a connecting channel 38 formed in the holder 29.
  • combustion air is sucked into the crankcase interior 4 via the inlet opening 9 in the region of top dead center of the piston 5.
  • fuel valve 20 Fig. 2
  • fuel is metered into the combustion air.
  • the fuel / air mixture in the crankcase interior 4 is compressed.
  • the overflow windows 12 are opened by the piston 5 during the downward stroke of the piston 5
  • the precompressed mixture flows from the crankcase interior 4 via the overflow channel 11 into the combustion chamber 3.
  • the mixture is compressed in the following upward movement of the piston 5 and in the region of top dead center of the piston 5 of the spark plug 48 (FIG. Fig. 2 ) ignited.
  • the piston 5 is accelerated in the direction of its bottom dead center.
  • the exhaust gases escape from the combustion chamber 3, in particular in a arranged at the outlet opening 10 exhaust silencer.
  • Fig. 4 shows the course of the crankcase pressure p KGH during the starting process.
  • the crankcase pressure p KGH is shown from the beginning of the movement of the crankshaft 7 due to the pulling of the operator on the Anwerfgriff 36.
  • the crankcase pressure p KGH is shown relative to the ambient pressure p U.
  • the piston 5 is just before top dead center.
  • the crankcase pressure p KGH increases as the piston moves toward bottom dead center.
  • Before reaching the bottom dead center first opens the outlet opening 10 at the time A ⁇ . As soon as the outlet opening 10 opens, exhaust gas flows out of the combustion chamber 3.
  • the crankcase pressure p KGH drops sharply to about ambient pressure p U in the first revolution U1 of the crankshaft 7, since the combustion air from the crankcase interior 4 in can flow into the combustion chamber 3.
  • the overflow openings 12 are initially closed at the time ÜS during the upward stroke of the piston 5, and shortly thereafter the outlet opening 10 is closed at the time AS.
  • the inlet opening 9 opens at the time E ⁇ . Since the piston 5 moves very slowly, arises during the upward movement of the piston 5 until reaching the top dead center OT only a slight underpressure in the crankcase interior 4.
  • crankcase pressure p KGH drops when the overflow windows are open to approximately ambient pressure p U.
  • crankshaft angle range 41 Between the opening and closing of the overflow window 12 is a crankshaft angle range 41, during which the crankcase interior 4 is connected via the overflow channel 11, the combustion chamber 3 and the outlet opening 10 with the environment. The connection can be made via a arranged at the outlet opening 10 exhaust muffler. Since the outlet opening 12 opens in front of the overflow windows 12 and closes after the overflow windows 12, the outlet opening 10 is always open when the overflow windows 12 are open.
  • crankshaft angle range 41 prevails in the crankcase in the area of the bottom dead center approximately ambient pressure p U. In this crank angle range 41, the ambient pressure p U in the crankcase interior 4 can be measured directly.
  • the piston 5 After reaching the bottom dead center, the piston 5 generates a negative pressure in the crankcase interior 4 as soon as the overflow windows 12 are closed and until the inlet opening 9 opens at the time E ⁇ , since the piston 5 now moves sufficiently fast. Each revolution begins and ends at top dead center OT.
  • crankcase interior 4 via the inlet port 9 and the air filter 17 is connected to the environment.
  • the crankcase pressure p KGH measured via the crankcase pressure sensor 21 approximately corresponds to the ambient pressure p U.
  • a pressure value can be measured, from which the ambient pressure p U is determined.
  • the crankcase pressure p KGH is measured at a point in time at which ambient pressure p U prevails in the crankcase interior 4, so that the ambient pressure p U can be measured directly.
  • a third revolution U3, a fourth revolution U4 and a fifth revolution U5 of the crankshaft 7 are shown.
  • the fourth revolution U4 combustion takes place in the combustion chamber 3 for the first time.
  • the pressure level in the crankcase interior 4 very strong. In the bottom dead center prevails at the following fifth revolution U5 no ambient pressure p U more, but a much higher pressure.
  • the measurement of the ambient pressure P U is expedient in the revolutions of the crankshaft 7, in which no combustion takes place.
  • Fig. 5 shows the course of the generator signal 47 as voltage U over the crankshaft angle a.
  • the generator 24 has six pole pairs.
  • the generator signal 47 has six sinusoidal waves during one revolution of the crankshaft 7.
  • the generator signal 47 has a total of twelve zero crossings during one revolution of the crankshaft 7.
  • the zero crossings of the generator signal 47 may be rotated relative to the actual position of the crankshaft 7.
  • the generator signal 47 is shifted by a crankshaft angle ⁇ of 15 ° to the rotational position of the crankshaft 7, so that zero crossings do not occur at a crankshaft angle ⁇ of 30 ° and multiples thereof, but each 15 ° crankshaft angle ⁇ later.
  • Fig. 6 shows the pressure curve during the second revolution U2 of the crankshaft 7 after starting.
  • the energy management of the evaluation device 23 begins.
  • the energy is first provided to the evaluation device 23.
  • time t 2 sufficient energy is available in the exemplary embodiment to put a microprocessor of the evaluation device 23 into operation.
  • the crankcase pressure p KGH is measured for the first time.
  • the measured pressure value p 1 is stored in the evaluation device 23.
  • the crankcase pressure p KGH is also measured at each subsequent zero crossing of the generator signal 47.
  • the measured pressure values p 2 to p 9 are likewise stored in the evaluation device 23.
  • the measured pressure values p 1 to p 9 are evaluated by the evaluation device.
  • Fig. 8 shows the procedure of the procedure.
  • method step 43 as soon as sufficient energy is available for the pressure measurement, that is, from time t 2 , at each zero crossing of the generator signal 47, a pressure value p 1 to p 9 is measured and buffered in the evaluation device 23.
  • step 44 the approximate Rotary position of the crankshaft 7, for example, with a crankshaft angle sensor or due to the course of the generator signal 47, determined.
  • the determination of the rotational position of the crankshaft 7 is not accurate. An accuracy of, for example, approximately 30 ° crankshaft angle may be sufficient for determining the ambient pressure p u.
  • a pressure value in the first crankshaft angle range 41 or in the second crankshaft angle range 42, which corresponds to the ambient pressure p U is selected from the temporarily stored pressure values p 1 to p 9 .
  • the pressure values p 3 , p 4 and p 5 lie in the first crankshaft angle range 41.
  • the pressure value p 3 that is to say the pressure value measured approximately when the bottom dead center UT is reached, is selected.
  • a pressure value in the second crankshaft angle range 42 can be selected in order to determine the ambient pressure p U.
  • the intake port 9 is opened, and the transfer ports 12 are closed so that the crankcase interior 4 communicates with the surroundings only via the intake port 9 and the air cleaner 17.
  • the pressure values measured towards the end of the second crankshaft angle range 42 correspond approximately to the ambient pressure p U.
  • a setpoint air expenditure of the internal combustion engine 1 at full load is determined.
  • the determined ambient pressure p U is advantageously used in the selection of a characteristic curve for the desired air consumption.
  • the ambient pressure p U By taking into account the ambient pressure p U , the influence of the altitude at which the internal combustion engine 10 is operated can be partially or completely compensated.
  • the air consumption is the combustion air mass, which requires the internal combustion engine 1 per unit time, ie the combustion air mass flowing through the combustion chamber 3 based on time.
  • the ambient temperature is advantageously taken into account, additionally or alternatively to the consideration of the altitude, and at least partially, in particular largely compensated.
  • step 46 the internal combustion engine 1 is controlled in accordance with the determined ambient pressure p U.
  • step 51 it is determined whether a full load condition exists, for example, based on the signal of the throttle sensor 15.
  • the crankcase pressure p KGH is measured, and the crankcase pressure p KGH is the actual air consumption, ie the actual air consumption of the internal combustion engine. 1 determined, for example via a map or a calculation.
  • target air expenditure and actual air expenditure are compared, and from the difference, the degree of soiling of the air filter 17 is deduced. If the actual air outlay is greater than the desired air outlay, then no air filter is present.
  • the degree of soiling of the air filter 17 may be displayed to the operator or stored for output during later maintenance of the abrasive cutter 30. Even a missing air filter 17 can be displayed to the operator. It can also be provided to give the operator feedback about the condition of the air filter 17 about the behavior of the internal combustion engine 1, for example by reducing the power of the internal combustion engine 1 or by switching off the internal combustion engine 1.
  • Fig. 7 shows the course of the crankcase pressure p KGH at idle. At idle prevails in the region of the bottom dead center UT in the crankcase interior 4 ambient pressure p U.
  • the ambient pressure p U prevails in the first crankshaft angle range 41 in a range of approximately 150 ° crankshaft angle ⁇ until the overflow windows 12 are closed at the time ÜS.
  • the ambient pressure p U can be determined even when idling via the crankcase pressure sensor 21.
  • the ambient pressure p U can be determined more accurately, the more revolutions of the crankshaft 7 have passed in the measurement of the crankcase pressure p KGH since the last combustion in the combustion chamber 3.
  • the pressure level in the crankcase interior 4 is greatly affected by the combustion.
  • the crankcase pressure p KGH is measured at full load in method step 51.
  • the pressure measurement is always carried out at the same crankshaft angle a, for example, approximately at the bottom dead center UT, ie at a crankshaft angle ⁇ of about 180 °.
  • the degree of contamination of the air filter 17 can be determined.
  • the determined pressure ratio is advantageously compared with a permissible value.
  • the pressure difference between the ambient pressure p U and the crankcase pressure p KGH at full load can be determined.
  • another evaluation of the pressure values, in particular a calculation or the Fig. 8 described evaluation of actual air costs and target air costs, 17 may be advantageous for determining the degree of contamination of the air filter. If excessive contamination of the air filter 17 is detected, the operator is advantageously informed via the display 40 that the air filter 17 is to be cleaned.
  • the internal combustion engine 1 may have an energy source, such as a battery, a rechargeable battery or the like, for example, which provides energy even before starting the internal combustion engine 1.
  • an energy source such as a battery, a rechargeable battery or the like, for example, which provides energy even before starting the internal combustion engine 1.
  • the measurement of a pressure value in the crankcase before the internal combustion engine 1, so before the crankshaft 7 rotates, take place.
  • Prior to starting prevails in the crankcase interior 4 advantageously ambient pressure, so that the ambient pressure p U can be measured directly before starting the engine 1 in the crankcase interior 4.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
  • Es ist bekannt, bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Zweitaktmotoren, einen Drucksensor im Kurbelgehäuse vorzusehen, der im Betrieb Daten liefert, die zur Steuerung des Verbrennungsmotors, beispielsweise zur Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge, zur Steuerung des Einspritzzeitpunkts und zur Steuerung des Zündzeitpunkts herangezogen werden. Die DE 10 2008 019 088 A1 zeigt einen derartigen Verbrennungsmotor. Hier wird der Drucksensor im Kurbelgehäuse genutzt, um festzulegen, zu welchen Zeitpunkten das Dosierventil, das den Kraftstoff ins Kurbelgehäuse zuführt, geöffnet und geschlossen wird. Aus der US 7,536,983 B2 ist ebenfalls ein Zweitaktmotor mit einem Drucksensor bekannt, der den Kurbelgehäusedruck erfasst. Der Kurbelgehäusedruck wird im Betrieb genutzt, um den Luftmassenstrom durch den Brennraum und daraus die zuzuführende Menge an Kraftstoff zu ermitteln. Ein solcher Zweitaktmotor ist auch aus der DE 10 2006 060 617 A1 bekannt.
  • Verbrennungsmotoren, beispielsweise Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten können in unterschiedlichen Höhenlagen eingesetzt werden. Aufgrund der Höhenunterschiede ändert sich der Umgebungsdruck. Das unterschiedliche Druckniveau des Umgebungsdrucks muss bei der Ansteuerung des Verbrennungsmotors, insbesondere bei der Bestimmung der zuzuführenden Kraftstoffmenge, berücksichtigt werden. Bei bekannten Geräten erfolgt dies durch entsprechende Stellschrauben an einem Vergaser des Verbrennungsmotors, die vom Benutzer einzustellen sind.
  • Aus der DE 10 2005 046 782 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Umgebungsdrucks eines mit einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs bekannt, bei dem nach der Aktivierung der Zündung des Fahrzeugs und vor dem Starten der Brennkraftmaschine mit einem im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensor der Luftdruck gemessen wird, der dem Umgebungsdruck entspricht. Der Umgebungsdruck wird als Referenzdruck bei Betriebszuständen, bei denen der Luftdruck vom Umgebungsdruck abweicht, verwendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät zu schaffen, das eine Ermittlung des Umgebungsdrucks ohne zusätzliche Sensoren ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es ist vorgesehen, zur Ermittlung des Umgebungsdrucks den ohnehin vorhandenen Kurbelgehäusedrucksensor zu nutzen. Dadurch kann ein zusätzlicher Sensor zur Ermittlung des Umgebungsdrucks entfallen. Aus mindestens einem über den Kurbelgehäusedrucksensor gemessenen Druckwert kann der Umgebungsdruck ermittelt werden.
  • Vorteilhaft wird der Kurbelgehäusedruck zu einem Zeitpunkt gemessen, zu dem im Kurbelgehäuse etwa Umgebungsdruck herrscht. Dadurch wird als Druckwert direkt der Umgebungsdruck gemessen. Zusätzliche Schritte zur Ermittlung des Umgebungsdrucks aus dem gemessenen Druckwert können dadurch entfallen.
  • Der Kurbelgehäusedruck wird beim Startvorgang des Verbrennungsmotors bei drehender Kurbelwelle vor der ersten Verbrennung gemessen. Dabei ist vorgesehen, dass der Kurbelgehäusedrucksensor während der Messung ausschließlich über die Kurbelwelle mit Energie versorgt wird. Dadurch ist kein separater Energiespeicher, der vor dem Starten des Verbrennungsmotors Energie für den Kurbelgehäusedrucksensor zur Verfügung stellt, wie beispielsweise eine Batterie oder ein Akku, notwendig. Insbesondere werden der Kurbelgehäusedrucksensor und die Auswerteeinrichtung ausschließlich über die Bewegung der Kurbelwelle mit Energie versorgt. Dadurch ist eine Druckmessung vor Beginn des Startvorgangs, also bevor die Kurbelwelle beginnt sich zu drehen, nicht möglich, da dann noch keine Energie für die Druckmessung zur Verfügung steht. Sobald eine Verbrennung im Brennraum stattgefunden hat, ändert sich das Druckniveau im Brennraum und über die Überströmkanäle auch das Druckniveau im Kurbelgehäuse. Dadurch, dass der Druckwert beim Startvorgang vor der ersten Verbrennung gemessen wird, ist sichergestellt, dass das Druckniveau sich noch nicht aufgrund einer bereits stattgefundenen Verbrennung verändert hat. Die Druckmessung erfolgt dabei vorteilhaft, sobald der Kurbelgehäusedrucksensor mit ausreichend Energie für die Messung versorgt ist.
  • Das Kurbelgehäuse ist in einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich mit der Umgebung verbunden, wenn die Einlassöffnung geschlossen und das Kurbelgehäuse über mindestens einen Überströmkanal mit dem Brennraum verbunden ist, und wenn die Auslassöffnung offen ist. Über die Überströmkanäle, den Brennraum und die Auslassöffnung besteht eine Verbindung des Kurbelgehäuses zur Umgebung. Dadurch stellt sich im Kurbelgehäuse ein Druck ein, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt werden kann. Der Kurbelgehäusedruck, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt wird, wird insbesondere im ersten Kurbelwellenwinkelbereich gemessen. Vorteilhaft stellt sich im Kurbelgehäuse mindestens in einem Teil des ersten Kurbelwellenwinkelbereichs der Umgebungsdruck ein. Aufgrund von Drosselstellen im Strömungsweg kann sich im Kurbelgehäuse jedoch auch ein Druckwert ergeben, der vom Umgebungsdruck abweicht. Aus dem gemessenen Druckwert kann der Umgebungsdruck ermittelt werden, beispielsweise durch Berechnung.
  • In einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich ist das Kurbelgehäuse über die Einlassöffnung ins Kurbelgehäuse zur Umgebung offen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt wird, im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich erfolgt. Auch in diesem Kurbelwellenwinkelbereich stellt sich im Kurbelgehäuse ein Druck ein, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt werden kann.
  • Vorteilhaft besitzt der Verbrennungsmotor einen Luftfilter, über den die Verbrennungsluft angesaugt wird. Insbesondere wird aus mindestens einem ermittelten Wert für den Umgebungsdruck der Verschmutzungsgrad des Luftfilters ermittelt. Es kann auch ermittelt werden, ob ein Luftfilter vorhanden ist oder beispielsweise vom Bediener vergessen wurde. Zur Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Kurbelgehäusedruck auch bei Volllast des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Der Verschmutzungsgrad des Luftfilters wird vorteilhaft aus dem insbesondere beim Startvorgang ermittelten Umgebungsdruck und dem Kurbelgehäusedruck bei Volllast ermittelt.
  • Der Verschmutzungsgrad des Luftfilters kann beispielsweise aus dem Verhältnis des Umgebungsdrucks zum Kurbelgehäusedruck bei Vollast oder aus der Differenz von Umgebungsdruck und Kurbelgehäusedruck bei Volllast ermittelt werden. Auch eine andere Art der Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters aus den beiden genannten Druckwerten kann vorteilhaft sein. Es kann auch vorgesehen sein, den Verschmutzungsgrad des Luftfilters über eine einzelne Druckmessung zu ermitteln. Beim Startvorgang und auch im Leerlauf sind die Strömungsgeschwindigkeiten im Ansaugtrakt noch vergleichsweise klein. Der Verschmutzungsgrad des Luftfilters wirkt sich bei diesen Betriebszuständen nicht wesentlich auf den Kurbelgehäusedruck aus. Bei Volllast stellt die Verschmutzung des Luftfilters eine zusätzliche Drosselung des Luftpfads dar, die sich deutlich auf den sich einstellenden Kurbelgehäusedruck auswirkt. Das Verhältnis des Umgebungsdrucks zum Kurbelgehäusedruck bei Volllast lässt deshalb Rückschlüsse auf den Verschmutzungsgrad des Luftfilters zu. Es kann auch vorgesehen sein, einen anderen beim Startvorgang oder beim Leerlauf im Kurbelgehäusedruck gemessenen Druckwert zur Bestimmung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters zu nutzen. Die Druckmessungen im Kurbelgehäuse erfolgen dabei bei bestimmten Kurbelwellenwinkeln. Bei der Auswertung des Druckverhältnisses wird der Kurbelwellenwinkel, zu dem die Druckmessung im Kurbelgehäuse erfolgt, berücksichtigt. Die Druckmessung beim Startvorgang bzw. bei Leerlauf und die Druckmessung bei Volllast erfolgen vorteilhaft beim gleichen Kurbelwellenwinkel. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass die Druckmessungen zu unterschiedlichen Kurbelwellenwinkeln erfolgen.
  • Vorteilhaft erfolgt die Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters anhand eines Vergleichs eines Soll-Luftaufwands mit einem Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors bei Volllast. Der Luftaufwand des Verbrennungsmotors ist dabei die dem Verbrennungsmotor zugeführte Verbrennungsluftmasse pro Zeit. Der Ist-Luftaufwand kann beispielsweise wie in der US 7,536,983 B2 beschrieben aus dem Druck im Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors ermittelt werden. Der Soll-Luftaufwand kann beispielsweise über eine hinterlegte Kennlinie ermittelt werden. Ist der Luftfilter stark verschmutzt, so ist der Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors deutlich kleiner als der Soll-Luftaufwand. Der Soll-Luftaufwand ist abhängig von der Höhenlage, in der der Verbrennungsmotor betrieben wird. Der Soll-Luftaufwand ist auch abhängig von der Umgebungstemperatur. Vorteilhaft werden bei der Ermittlung des Soll-Luftaufwands die Höhenlage und/oder die Umgebungstemperatur berücksichtigt. Der Einfluss von Höhenlage und Umgebungstemperatur wird dabei vorteilhaft mindestens teilweise, insbesondere vollständig kompensiert.
  • Der Verschmutzungsgrad kann dem Bediener beispielsweise über eine optische Anzeige angezeigt werden. Der Bediener bzw. Servicemitarbeiter kann über den Verschmutzungsgrad auch durch einen entsprechenden Eintrag in einem Diagnosespeicher bzw. beim Auslesen des Diagnosespeichers des Arbeitsgeräts informiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dem Bediener über das Verhalten des Verbrennungsmotors eine Rückmeldung zum Verschmutzungsgrad des Luftfilters zu geben, beispielsweise über eine Leistungsreduzierung des Verbrennungsmotors oder durch Abschalten des Verbrennungsmotors. Es kann auch vorgesehen sein, den ermittelten Zustand des Luftfilters in einem Diagnosegerät bei der Wartung des Arbeitsgeräts auszugeben und den Servicemitarbeiter zur Kontrolle des Luftfilters aufzufordern.
  • Vorteilhaft besitzt der Verbrennungsmotor einen Generator zur Energieerzeugung. Der Kurbelgehäusedrucksensor misst den Kurbelgehäusedruck vorteilhaft bei jedem Nulldurchgang des Generatorsignals. Die gemessenen Druckwerte werden vorteilhaft zwischengespeichert, insbesondere in der Auswerteeinrichtung des Verbrennungsmotors. Vorteilhaft wird die ungefähre Drehlage der Kurbelwelle ermittelt und anhand der ermittelten Drehlage der Kurbelwelle aus den zwischengespeicherten Druckwerten ein Messwert ausgewählt, der in dem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich gemessen wurde. Dadurch kann die erste Messung unmittelbar dann erfolgen, wenn ausreichend Energie zur Druckmessung zur Verfügung steht. Mit der Druckmessung muss nicht gewartet werden, bis die Drehlage der Kurbelwelle ermittelt wurde, sondern anhand der ermittelten Drehlage der Kurbelwelle wird rückwirkend ermittelt, welcher der Druckwerte in dem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich liegt. Da für die Druckmessung üblicherweise nur eine oder einige wenige Umdrehungen der Kurbelwelle zur Verfügung stehen, bis die erste Verbrennung erfolgt, muss mit der Druckmessung möglichst frühzeitig begonnen werden.
  • Vorteilhaft wird die ungefähre Stellung der Kurbelwelle über einen Kurbelwellensensor oder aus dem Signal des Generators ermittelt. Die Ermittlung einer ungefähren Drehlage der Kurbelwelle ist für die Ermittlung des Umgebungsdrucks aus dem Kurbelgehäusedruck ausreichend. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Drehlage der Kurbelwelle möglichst genau zu bestimmen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Kenntnis der genauen Drehlage der Kurbelwelle für die Steuerung des Verbrennungsmotors benötigt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines Trennschleifers,
    Fig. 2
    eine perspektivische, teilgeschnittene Darstellung des Verbrennungsmotors aus Fig. 1
    Fig. 3
    einen Schnitt durch den Verbrennungsmotor aus Fig. 2,
    Fig. 4
    den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks während der ersten sechs Umdrehungen der Kurbelwelle beim Starten des Verbrennungsmotors,
    Fig. 5
    den Verlauf des Generatorsignals über dem Kurbelwellenwinkel,
    Fig. 6
    eine vergrößerte Darstellung des Verlaufs des Kurbelgehäusedrucks bei der ersten Umdrehung der Kurbelwelle,
    Fig. 7
    eine schematische Darstellung des Verlaufs des Kurbelgehäusedrucks im Betrieb des Verbrennungsmotors,
    Fig. 8
    ein Diagramm, das den Ablauf des Verfahrens zeigt.
  • In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel für ein handgeführtes Arbeitsgerät ein Trennschleifer 30 gezeigt. Anstatt bei einem Trennschleifer 30 kann der im Folgenden noch näher beschriebene Verbrennungsmotor 1 auch bei anderen handgeführten Arbeitsgeräten wie beispielsweise Motorsägen, Freischneidern oder dgl. eingesetzt werden.
  • Der Trennschleifer 30 besitzt ein Gehäuse 31, an dem ein hinterer Handgriff 32 und ein Griffrohr 33 zum Führen des Trennschleifers 30 im Betrieb festgelegt sind. Am Gehäuse 31 ist ein Ausleger 35 festgelegt, der nach vorne ragt und an dessen freiem Ende eine Trennscheibe 34 rotierend gelagert ist. Die Trennscheibe 34 ist von dem im Gehäuse 31 angeordneten Verbrennungsmotor 1 rotierend angetrieben. Der Verbrennungsmotor 1 ist als Zweitaktmotor ausgebildet. Der Verbrennungsmotor 1 kann jedoch auch ein gemischgeschmierter Viertaktmotor sein. Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 dient eine im Ausführungsbeispiel handbetätigte Anwerfvorrichtung, die über einen Anwerfgriff 36 zu bedienen ist. Die Anwerfvorrichtung ist als Seilstarteinrichtung ausgebildet. Am Gehäuse 31 ist eine Anzeige 40 vorgesehen, die dazu dient, den Verschmutzungsgrad eines Luftfilters des Verbrennungsmotors 1 anzuzeigen. Die Anzeige 40 kann beispielsweise ein Display oder ein Leuchtmittel, insbesondere eine LED sein. Die Anzeige 40 kann den Filterzustand zusätzlich oder alternativ zur optischen Anzeige auch akustisch anzeigen. Vorteilhaft besitzt der Trennschleifer 30 einen Diagnosespeicher, beispielsweise in einer Steuereinrichtung des Trennschleifers 30. In dem Diagnosespeicher kann der Verschmutzungsgrad des Luftfilters abgespeichert und bei späterer Wartung von einem Servicemitarbeiter ausgelesen werden. Es kann auch vorgesehen sein, den Bediener über den Eintrag im Diagnosespeicher über den Verschmutzungsgrad des Luftfilters zu informieren.
  • In Fig. 2 ist der Verbrennungsmotor 1 im Einzelnen gezeigt. Der Verbrennungsmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem im Zylinder 2 hin- und hergehenden Kolben 5 begrenzt, der in Fig. 2 in seinem unteren Totpunkt gezeigt ist. Der Kolben 5 treibt über einen Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 8 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. An der Kurbelwelle 7 ist ein Generator 24 festgelegt, der in Abhängigkeit der Drehbewegung der Kurbelwelle 7 Energie erzeugt. An der Kurbelwelle 7 ist außerdem ein Lüfterrad 25 festgelegt, das zur Förderung von Kühlluft dient. Das Lüfterrad 25 besitzt an seinem Außenumfang Magnete 27, die in einem am Außenumfang des Lüfterrads 25 angeordneten Zündmodul 26 die Zündspannung für eine in den Brennraum 3 ragende Zündkerze 48 generieren. Am Kurbelgehäuse 8 sind ein Kurbelgehäusedrucksensor 21 und ein Temperatursensor 22 angeordnet, die Druck und Temperatur im Kurbelgehäuse 8 messen. Der Kurbelgehäusedrucksensor 21 und der Temperatursensor 22 sind vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Kurbelgehäusedrucksensor 21 und der Temperatursensor 22 können auch in einem einzigen Sensor integriert sein. Am Kurbelgehäuse 8 ist außerdem ein Kraftstoffventil 20 angeordnet, das Kraftstoff in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 (Fig. 3) zuführt. Das Zündmodul 26, der Generator 24, der Kurbelgehäusedrucksensor 21, der Temperatursensor 22 und das Kraftstoffventil 20 sind mit einer Auswerteeinrichtung 23 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 23 ist gleichzeitig die Steuereinrichtung des Verbrennungsmotors 1.
  • Zur Zufuhr von Verbrennungsluft besitzt der Zweitaktmotor 1 einen Ansaugkanal 19, der mit einer Einlassöffnung 9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 mündet. Die Einlassöffnung 9 ist vom Kolben 5 schlitzgesteuert. Im Ansaugkanal 19 ist eine Drosselklappe 13 mit einer Drosselwelle 14 schwenkbar gelagert. Die Stellung der Drosselklappe 13 wird über einen Drosselhebel 16 von einem vom Bediener zu betätigenden Gashebel 49 (Fig. 1) des Trennschleifers 30 eingestellt. Die Stellung der Drosselwelle 14 wird von einem Drosselsensor 15 überwacht, der ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 23 verbunden ist. Im unteren Totpunkt des Kolbens 5 ist der Kurbelgehäuseinnenraum 4 mit dem Brennraum 3 über Überströmkanäle 11 verbunden.
  • Fig. 3 zeigt den Aufbau des Verbrennungsmotors 1 im Einzelnen. Es ist ein Überströmkanal 11 vorhanden, der sich in mehrere Äste aufteilt und mit mehreren Überströmfenstern 12 in den Brennraum 3 mündet. Über den Überströmkanal 11 strömt aus dem Kurbelgehäuseinnenraum 4 vorkomprimiertes Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Brennraum 3 ein. Die Kurbelwelle 7 ist um eine Drehachse 28 drehbar. Die Drehstellung der Kurbelwelle 7 um die Drehachse 28 wird mit einem Kurbelwellenwinkel α gemessen Im oberen Totpunkt des Kolbens 5 entspricht der Kurbelwellenwinkel α einem Winkel von 0°. Im unteren Totpunkt des Kolbens 5 ist der Kurbelgehäuseinnenraum 4 über den Überströmkanal 11 mit dem Brennraum 3 verbunden. Aus dem Brennraum 3 führt eine Auslassöffnung 10, die vom Kolben 5 schlitzgesteuert ist. Im unteren Totpunkt ist die Auslassöffnung 20 vom Kolben 5 geöffnet. Der Kurbelwellenwinkel α beträgt 180°. Der obere Totpunkt des Kolbens ist in Fig. 3 durch einen Kolben 5' angedeutet. In dieser Kolbenstellung ist die Auslassöffnung 10 verschlossen, und die Überströmfenster 12 sind vom Kolben 5' ebenfalls verschlossen. Die Einlassöffnung 9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 ist geöffnet, so dass der Kurbelgehäuseinnenraum 4 über die Einlassöffnung 9 mit der Umgebung verbunden ist. Wie Fig. 3 zeigt, wird die Verbrennungsluft über einen Luftfilter 17 in den Ansaugkanal 19 angesaugt. Das Filtermaterial des Luftfilters 17 trennt den Kurbelgehäuseinnenraum 4 von der Umgebung. Ebenso kann die Drosselklappe 13 eine Drosselstelle darstellen. Die Drosselklappe 13 ist in einem Drosselgehäuse 18 gelagert, das am Einlassstutzen des Zylinders 2 fixiert ist.
  • Wie Fig. 3 auch zeigt, besitzt das Kurbelgehäuse 8 eine Montageöffnung 39, in der der Kurbelgehäusedrucksensor 21 und der Temperatursensor 22 angeordnet werden. Außerdem ist ein Halter 29 am Kurbelgehäuse 8 angeordnet, der eine Aufnahme 37 für das Kraftstoffventil 20 besitzt. Kraftstoff aus dem Kraftstoffventil 37 strömt über einen im Halter 29 ausgebildeten Verbindungskanal 38 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 ein.
  • Im Betrieb wird im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 Verbrennungsluft über die Einlassöffnung 9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 angesaugt. Über das Kraftstoffventil 20 (Fig. 2) wird Kraftstoff in die Verbrennungsluft zudosiert. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Kurbelgehäuseinnenraum 4 komprimiert. Sobald die Überströmfenster 12 beim Abwärtshub des Kolbens 5 vom Kolben 5 geöffnet werden, strömt das vorkomprimierte Gemisch aus dem Kurbelgehäuseinnenraum 4 über den Überströmkanal 11 in den Brennraum 3 ein. Dort wird das Gemisch bei der folgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 komprimiert und im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 von der Zündkerze 48 (Fig. 2) gezündet. Wenn eine Verbrennung im Brennraum 3 erfolgt, wird der Kolben 5 in Richtung auf seinen unteren Totpunkt beschleunigt. Sobald der Kolben 5 die Auslassöffnung 10 öffnet, entweichen die Abgase aus dem Brennraum 3, insbesondere in einen an der Auslassöffnung 10 angeordneten Abgasschalldämpfer.
  • Fig. 4 zeigt den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks pKGH beim Startvorgang. Der Kurbelgehäusedruck pKGH ist dabei ab dem Beginn der Bewegung der Kurbelwelle 7 aufgrund des Ziehens des Bedieners am Anwerfgriff 36 gezeigt. Der Kurbelgehäusedruck pKGH ist dabei relativ zum Umgebungsdruck pU eingezeichnet. Zu Beginn des Anwerfhubs steht der Kolben 5 kurz vor dem oberen Totpunkt. Der Kurbelgehäusedruck pKGH steigt an, wenn sich der Kolben in Richtung auf den unteren Totpunkt bewegt. Vor Erreichen des unteren Totpunkts öffnet zunächst die Auslassöffnung 10 zum Zeitpunkt AÖ. Sobald die Auslassöffnung 10 öffnet, strömt Abgas aus dem Brennraum 3 aus. Sobald sich die Überströmfenster 12 zum Zeitpunkt ÜÖ öffnen - das ist kurz vor Erreichen des unteren Totpunkts -, sinkt der Kurbelgehäusedruck pKGH bei der ersten Umdrehung U1 der Kurbelwelle 7 stark bis etwa auf Umgebungsdruck pU ab, da die Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuseinnenraum 4 in den Brennraum 3 einströmen kann. Nach dem unteren Totpunkt UT werden beim Aufwärtshub des Kolbens 5 zunächst die Überströmöffnungen 12 zum Zeitpunkt ÜS geschlossen, und kurz darauf wird die Auslassöffnung 10 zum Zeitpunkt AS geschlossen. Kurz darauf öffnet die Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt EÖ. Da der Kolben 5 sich sehr langsam bewegt, entsteht bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 bis zum Erreichen des oberen Totpunkts OT nur ein geringer Unterdruck im Kurbelgehäuseinnenraum 4. Während der zweiten Umdrehung U2 wird beim Abwärtshub des Kolbens 5 zunächst ein Überdruck im Kurbelgehäuseinnenraum 4 erzeugt, der stark abfällt, sobald die Überströmfenster 12 zum Zeitpunkt ÜÖ öffnen. Der Kurbelgehäusedruck pKGH fällt bei geöffneten Überströmfenstern etwa auf Umgebungsdruck pU ab. Zwischen dem Öffnen und Schließen der Überströmfenster 12 liegt ein Kurbelwellenwinkelbereich 41, während dem der Kurbelgehäuseinnenraum 4 über den Überströmkanal 11, den Brennraum 3 und die Auslassöffnung 10 mit der Umgebung verbunden ist. Die Verbindung kann dabei über einen an der Auslassöffnung 10 angeordneten Abgasschalldämpfer hergestellt werden. Da die Auslassöffnung 12 vor den Überströmfenstern 12 öffnet und nach den Überströmfenstern 12 schließt, ist die Auslassöffnung 10 immer geöffnet, wenn die Überströmfenster 12 geöffnet sind. Im Kurbelwellenwinkelbereich 41 herrscht im Kurbelgehäuse im Bereich des unteren Totpunkts näherungsweise Umgebungsdruck pU. In diesem Kurbelwellenwinkelbereich 41 kann der Umgebungsdruck pU im Kurbelgehäuseinnenraum 4 direkt gemessen werden.
  • Nach Erreichen des unteren Totpunkts erzeugt der Kolben 5 einen Unterdruck im Kurbelgehäuseinnenraum 4, sobald die Überströmfenster 12 geschlossen sind und bis die Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt EÖ öffnet, da der Kolben 5 sich nun ausreichend schnell bewegt. Jede Umdrehung beginnt und endet dabei im oberen Totpunkt OT.
  • Zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT öffnet die Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt EÖ, wie in Fig. 4 für die erste Umdrehung U1 gezeigt ist. Nach dem oberen Totpunkt schließt die Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt ES. In dem Kurbelwellenwinkelbereich 42, der zwischen dem Zeitpunkt EÖ und dem Zeitpunkt ES liegt, ist der Kurbelgehäuseinnenraum 4 über die Einlassöffnung 9 und den Luftfilter 17 mit der Umgebung verbunden. Während dieser Zeitspanne herrscht im Kurbelgehäuseinnenraum 4 annähernd Umgebungsdruck, insbesondere bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem Schließen der Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt ES. In dieser Zeitspanne entspricht der über den Kurbelgehäusedrucksensor 21 gemessene Kurbelgehäusedruck pKGH näherungsweise dem Umgebungsdruck pU. Auch im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich kann ein Druckwert gemessen werden, aus dem der Umgebungsdruck pU ermittelt wird. Insbesondere wird der Kurbelgehäusedruck pKGH zu einem Zeitpunkt gemessen, zu dem im Kurbelgehäuseinnenraum 4 Umgebungsdruck pU herrscht, so dass der Umgebungsdruck pU direkt gemessen werden kann.
  • In Fig. 4 sind außerdem eine dritte Umdrehung U3, eine vierte Umdrehung U4 und eine fünfte Umdrehung U5 der Kurbelwelle 7 gezeigt. Während der vierten Umdrehung U4 findet zum ersten Mal eine Verbrennung im Brennraum 3 statt. Wie Fig. 4 zeigt, verschiebt sich aufgrund der Verbrennung das Druckniveau im Kurbelgehäuseinnenraum 4 sehr stark. Im unteren Totpunkt herrscht bei der darauf folgenden fünften Umdrehung U5 kein Umgebungsdruck pU mehr, sondern ein deutlich höherer Druck. Die Messung des Umgebungsdrucks pU ist bei den Umdrehungen der Kurbelwelle 7, bei denen noch keine Verbrennung erfolgt, zweckmäßig.
  • Fig. 5 zeigt den Verlauf des Generatorsignals 47 als Spannung U über dem Kurbelwellenwinkel a. Der Generator 24 besitzt sechs Polpaare. Das Generatorsignal 47 weist während einer Umdrehung der Kurbelwelle 7 sechs sinusförmige Wellen auf. Das Generatorsignal 47 besitzt während einer Umdrehung der Kurbelwelle 7 insgesamt zwölf Nulldurchgänge. Je nach Montage des Generators 24 an der Kurbelwelle 7 können die Nulldurchgänge des Generatorsignals 47 dabei gegenüber der tatsächlichen Position der Kurbelwelle 7 verdreht sein. Im Ausführungsbeispiel ist das Generatorsignal 47 um einen Kurbelwellenwinkel α von 15° zur Drehlage der Kurbelwelle 7 verschoben, so dass Nulldurchgänge nicht bei einem Kurbelwellenwinkel α von 30° und Vielfachem hiervon auftreten, sondern jeweils 15° Kurbelwellenwinkel α später.
  • Fig. 6 zeigt den Druckverlauf während der zweiten Umdrehung U2 der Kurbelwelle 7 nach dem Starten. Zum Zeitpunkt t1, der beispielsweise einem Kurbelwellenwinkel α von 30° entsprechen kann, beginnt das Energiemanagement der Auswerteeinrichtung 23. Die Energie wird zunächst der Auswerteeinrichtung 23 zur Verfügung gestellt. Zum Zeitpunkt t2 steht im Ausführungsbeispiel ausreichend Energie zur Verfügung, um einen Mikroprozessor der Auswerteeinrichtung 23 in Betrieb zu nehmen. Beim folgenden Nulldurchgang des Generatorsignals 47 wird erstmals der Kurbelgehäusedruck pKGH gemessen. Der gemessene Druckwert p1 wird in der Auswerteeinrichtung 23 abgespeichert. Auch bei jedem folgenden Nulldurchgang des Generatorsignals 47 wird der Kurbelgehäusedruck pKGH gemessen. Die gemessenen Druckwerte p2 bis p9 werden ebenfalls in der Auswerteeinrichtung 23 abgespeichert. Die gemessenen Druckwerte p1 bis p9 werden von der Auswerteeinrichtung ausgewertet.
  • Fig. 8 zeigt den Ablauf des Verfahrens. Im Verfahrensschritt 43 wird, sobald ausreichend Energie für die Druckmessung zur Verfügung steht, also ab dem Zeitpunkt t2, bei jedem Nulldurchgang des Generatorsignals 47 ein Druckwert p1 bis p9 gemessen und in der Auswerteeinrichtung 23 zwischengespeichert. Im Verfahrensschritt 44 wird die ungefähre Drehlage der Kurbelwelle 7, beispielsweise mit einem Kurbelwellenwinkelsensor oder aufgrund des Verlaufs des Generatorsignals 47, ermittelt. Die Ermittlung der Drehlage der Kurbelwelle 7 erfolgt nicht exakt. Eine Genauigkeit von beispielsweise etwa 30° Kurbelwellenwinkel kann für die Ermittlung des Umgebungsdrucks pU ausreichend sein.
  • Im Verfahrensschritt 45 wird aus den zwischengespeicherten Druckwerten p1 bis p9 ein Druckwert im ersten Kurbelwellenwinkelbereich 41 oder im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich 42 gewählt, der dem Umgebungsdruck pU entspricht. Im Ausführungsbeispiel liegen die Druckwerte p3, p4 und p5 im ersten Kurbelwellenwinkelbereich 41. Vorteilhaft wird der Druckwert p3, also der etwa bei Erreichen des unteren Totpunkts UT gemessene Druckwert, ausgewählt. Alternativ kann ein Druckwert im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich 42 gewählt werden, um den Umgebungsdruck pU zu ermitteln. Dabei wird vorteilhaft ein Druckwert gewählt, der nach dem oberen Totpunkt OT des Kolbens 5 ermittelt wurde, also während der vierten Umdrehung U4 der Kurbelwelle 7 (Fig. 4). Im Kurbelwellenwinkelbereich 42 ist die Einlassöffnung 9 geöffnet, und die Überströmfenster 12 sind geschlossen, so dass der Kurbelgehäuseinnenraum 4 nur über die Einlassöffnung 9 und den Luftfilter 17 mit der Umgebung in Verbindung steht. Insbesondere die gegen Ende des zweiten Kurbelwellenwinkelbereichs 42 gemessenen Druckwerte entsprechen etwa dem Umgebungsdruck pU. Vorteilhaft wird anhand einer Kennlinie ein Soll-Luftaufwand des Verbrennungsmotors 1 bei Volllast ermittelt. Der ermittelte Umgebungsdruck pU wird dabei vorteilhaft bei der Auswahl einer Kennlinie für den Soll-Luftaufwand genutzt. Durch Berücksichtigung des Umgebungsdrucks pU kann der Einfluss der Höhenlage, in der der Verbrennungsmotor 10 betrieben wird, teilweise oder vollständig kompensiert werden. Der Luftaufwand ist dabei die Verbrennungsluftmasse, die der Verbrennungsmotor 1 pro Zeiteinheit benötigt, also die durch den Brennraum 3 strömende Verbrennungsluftmasse bezogen auf die Zeit. Bei der Ermittlung des Soll-Luftaufwands wird vorteilhaft zusätzlich oder alternativ zur Berücksichtigung der Höhenlage die Umgebungstemperatur berücksichtigt und mindestens teilweise, insbesondere weitgehend kompensiert.
  • Im Verfahrensschritt 46 wird der Verbrennungsmotor 1 entsprechend dem ermittelten Umgebungsdruck pU gesteuert.
  • Im Verfahrensschritt 51 wird ermittelt, ob ein Volllastzustand vorliegt, beispielsweise anhand des Signals des Drosselsensors 15. Wenn ein Volllastzustand vorliegt, wird der Kurbelgehäusedruck pKGH gemessen, und aus dem Kurbelgehäusedruck pKGH wird der tatsächliche Luftaufwand, also der Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors 1 ermittelt, beispielsweise über ein Kennfeld oder eine Berechnung.
  • Im Verfahrensschritt 51 werden Soll-Luftaufwand und Ist-Luftaufwand verglichen, und aus der Differenz wird auf den Verschmutzungsgrad des Luftfilters 17 geschlossen. Ist der Ist-Luftaufwand größer als der Soll-Luftaufwand, so ist kein Luftfilter vorhanden. Der Verschmutzungsgrad des Luftfilters 17 kann dem Bediener angezeigt oder für die Ausgabe bei einer späteren Wartung des Trennschleifers 30 abgespeichert werden. Auch ein fehlender Luftfilter 17 kann dem Bediener angezeigt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dem Bediener eine Rückmeldung über den Zustand des Luftfilters 17 über das Verhalten des Verbrennungsmotors 1 zu geben, beispielsweise durch Reduzieren der Leistung des Verbrennungsmotors 1 oder durch Abschalten des Verbrennungsmotors 1.
  • Fig. 7 zeigt den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks pKGH im Leerlauf. Im Leerlauf herrscht im Bereich des unteren Totpunkts UT im Kurbelgehäuseinnenraum 4 Umgebungsdruck pU. Der Umgebungsdruck pU herrscht im ersten Kurbelwellenwinkelbereich 41 in einem Bereich von etwa 150° Kurbelwellenwinkel α bis zum Schließen der Überströmfenster 12 zum Zeitpunkt ÜS. Dadurch kann auch im Leerlauf über den Kurbelgehäusedrucksensor 21 der Umgebungsdruck pU ermittelt werden. Der Umgebungsdruck pU kann dabei umso genauer bestimmt werden, je mehr Umdrehungen der Kurbelwelle 7 bei der Messung des Kurbelgehäusedrucks pKGH seit der letzten Verbrennung im Brennraum 3 vergangen sind. Unmittelbar nachdem eine Verbrennung im Brennraum 3 stattgefunden hat, wird das Druckniveau im Kurbelgehäuseinnenraum 4 von der Verbrennung stark beeinflusst. Um diesen Einfluss zu verringern, ist es zweckmäßig, die Druckmessung im Kurbelgehäuse 8 durchzuführen, nachdem zwei oder mehr Umdrehungen der Kurbelwelle 7 stattgefunden haben, ohne dass eine Verbrennung im Brennraum 3 erfolgt ist. Um den Umgebungsdruck pU möglichst genau zu bestimmen, kann vorgesehen sein, den ermittelten Druckwert über mehrere Motorzyklen, also bei einem Zweitaktmotor über mehrere Umdrehungen der Kurbelwelle 7, zu mitteln.
  • Zur Bestimmung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters 17 wird der Kurbelgehäusedruck pKGH im Verfahrensschritt 51 bei Volllast gemessen. Vorteilhaft erfolgt die Druckmessung immer beim gleichen Kurbelwellenwinkel a, beispielsweise etwa im unteren Totpunkt UT, also bei einem Kurbelwellenwinkel α von etwa 180°. Aus dem Verhältnis des beim Starten beispielsweise im unteren Totpunkt UT gemessenen Werts für den Kurbelgehäusedruck pKGH, der etwa dem Umgebungsdruck pU entspricht, und dem bei Volllast bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel a, beispielsweise ebenfalls im unteren Totpunkt UT gemessenen Wert für den Kurbelgehäusedruck pKGH kann der Verschmutzungsgrad des Luftfilters 17 ermittelt werden. Das ermittelte Druckverhältnis wird vorteilhaft mit einem zulässigen Wert verglichen. Alternativ kann die Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck pU und dem Kurbelgehäusedruck pKGH bei Volllast ermittelt werden. Auch eine andere Auswertung der Druckwerte, insbesondere eine Berechnung oder die zu Fig. 8 beschriebene Auswertung von Ist-Luftaufwand und Soll-Luftaufwand, kann zur Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters 17 vorteilhaft sein. Wird eine übermäßige Verschmutzung des Luftfilters 17 festgestellt, wird dem Bediener vorteilhaft über die Anzeige 40 angezeigt, dass der Luftfilter 17 zu reinigen ist.
  • Es kann vorteilhaft sein, dass der Verbrennungsmotor 1 eine Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie, einen Akku oder dgl. besitzt, die bereits vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 Energie bereitstellt. Bei einem Arbeitsgerät, bei dem bereits Energie bereitsteht, bevor die Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 1 sich zu drehen beginnt, kann die Messung eines Druckwerts im Kurbelgehäuse bereits vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1, also bevor die Kurbelwelle 7 sich dreht, erfolgen. Vor dem Starten herrscht im Kurbelgehäuseinnenraum 4 vorteilhaft Umgebungsdruck, so dass der Umgebungsdruck pU vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 im Kurbelgehäuseinnenraum 4 unmittelbar gemessen werden kann.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (1) in einem handgeführten Arbeitsgerät, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Zylinder (2) besitzt, in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, der von einem hin- und hergehenden Kolben (5) begrenzt ist, wobei der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (8) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) antreibt, mit einer Einlassöffnung (9) für Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse (8), mit einer Auslassöffnung (10) aus dem Brennraum (3), und mit mindestens einem Überströmkanal (11), der das Kurbelgehäuse (8) im Bereich des unteren Totpunkts (UT) des Kolbens (5) mit dem Brennraum (3) verbindet, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Kurbelgehäusedrucksensor (21) zur Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH), Mittel zur Erfassung der Drehlage der Kurbelwelle (7) und eine Auswerteeinrichtung (23), die die Messwerte des Kurbelgehäusedrucksensors (21) auswertet, besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kurbelgehäusedrucksensor (21) ein Kurbelgehäusedruck (pKGH) gemessen wird, aus dem der Umgebungsdruck (pU) ermittelt wird, wobei der Kurbelgehäusedruck (pKGH), aus dem der Umgebungsdruck (p U ) ermittelt wird, beim Startvorgang des Verbrennungsmotors (1) bei drehender Kurbelwelle (7) vor der ersten Verbrennung gemessen wird und wobei der Kurbelgehäusedrucksensor (21) während der Messung ausschließlich über die Bewegung der Kurbelwelle (7) mit Energie versorgt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusedruck (pKGH) zu einem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem im Kurbelgehäuse (8) etwa Umgebungsdruck (pU) herrscht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) erfolgt, sobald der Kurbelgehäusedrucksensor (21) mit ausreichend Energie für die Messung versorgt ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) in einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich (41) erfolgt, in dem die Einlassöffnung (9) geschlossen und das Kurbelgehäuse (8) über mindestens einen Überströmkanal (11) mit dem Brennraum (3) verbunden ist und in dem die Auslassöffnung (10) offen ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) in einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich (42) erfolgt, in dem die Einlassöffnung (9) offen ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Luftfilter (17) besitzt, über den die Verbrennungsluft angesaugt wird, und dass aus mindestens einem ermittelten Wert für den Umgebungsdruck (pU) der Verschmutzungsgrad des Luftfilters (17) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei Volllast des Verbrennungsmotors (1) gemessen wird und dass der Verschmutzungsgrad des Luftfilters (17) aus dem Umgebungsdruck (pu) und dem Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei Volllast ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Luftaufwand des Verbrennungsmotors (1) bei Volllast ermittelt wird, dass aus dem Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei Volllast ein Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors (1) bei Volllast ermittelt wird, und dass aus der Differenz von Ist-Luftaufwand und Soll-Luftaufwand der Verschmutzungsgrad des Luftfilters (17) ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Generator (24) zur Energieerzeugung besitzt, dass der Kurbelgehäusedrucksensor (21) den Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei jedem Nulldurchgang des Generatorsignals (47) misst und dass die gemessenen Werte des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) zwischengespeichert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ungefähre Drehlage der Kurbelwelle (7) ermittelt wird und dass anhand der ermittelten Drehlage der Kurbelwelle (7) aus den zwischengespeicherten Druckwerten ein Messwert ausgewählt wird, der in dem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich (41, 42) gemessen wurde.
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