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Die
Erfindung betrifft eine Zündschaltung
für einen
Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor in einem
handgeführten
Arbeitsgerät, wie
einer Motorkettensäge,
einem Freischneidegerät,
einem Trennschleifer oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Eine
derartige Zündschaltung
ist zum Beispiel aus der
DE
39 23 237 A1 bekannt. Eine Zündkerze wird über einen
elektronischen Schalter mit einer Spannungsquelle verbunden, wobei
der Zündschalter
von einer Steuerschaltung betätigt
ist, die in Abhängigkeit
des Kurbelwellenwinkels und weiterer Betriebsparameter wie der Drehzahl
des Motors den Schalter pro Umdrehung der Kurbelwelle schließt und einen
Zündfunken
auslöst. Übersteigt
die Drehzahl eine vorgegebene Grenzdrehzahl, wird die Steuerschaltung
den Schalter offen halten und über
mindestens eine Kurbelwellenumdrehung den Zündfunken unterdrücken. Dies
führt zu
einem Drehzahlabfall, so daß die
Drehzahl nicht über
eine zulässige Höchstdrehzahl
ansteigen kann.
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Die
bekannte Zündschaltung
ermöglicht
eine exakte Drehzahlbegrenzung, wodurch Schäden wegen Überdrehzahl zuverlässig vermieden
werden können.
Abhängig
vom Hubraum des Motors und dem vom Motor angetriebenen Gerät wurden
in der Praxis aber Zündgleichförmigkeiten
festgestellt, wodurch Eigenschwingungen angeregt werden können. Diese
können
zu einer erhöhten
Vibration an den Handgriffen des handgeführten Arbeitsgerätes führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündschaltung mit Drehzahlbegrenzung
derart auszubilden, daß Schwingungsanregungen
des Gesamtsystems vermieden sind.
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Die
Aufgabe wird nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
daß nach Überschreiten
einer Grenzdrehzahl der Zündschalter nicht
einfach offen gehalten wird, sondern der Zündschalter nach einem Zufallsprinzip
betätigt
wird, derart, daß ein
der Kurbelwellenumdrehung entsprechender Zündfunke zufällig nach der n-ten Kurbelwellenumdrehung
ausgelöst
wird.
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Überraschend
hat sich gezeigt, daß durch eine
derartige zufällige
Zündung
nach einer Zündunterdrückung während dem
Betriebszustand der Drehzahlbegrenzung eine Gleichförmigkeit
der Zündfolge sicher
verhindert ist, wodurch eine Anregung von Eigenschwingungen unterbunden
wird.
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Als
zweckmäßig hat
sich die Auslösung
eines zufälligen
Zündfunkens
etwa alle ein bis sechs Kurbelwellenumdrehungen gezeigt, wobei als
Zufallsgenerator das letzte Bit eines digitalen Zählers der
Steuerschaltung genutzt werden kann.
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Vorteilhaft
wird zur Drehzahlbegrenzung nach Erreichen einer Grenzdrehzahl (Eingriffsdrehzahl)
die Zündung
auf eine Zündung
nach dem Zufallsprinzip umgeschaltet, so daß in einem Drehzahlbereich
zwischen der Grenzdrehzahl (Eingriffsdrehzahl) und einer Enddrehzahl
die Zündung
ausschließlich nach
dem Zufallsprinzip erfolgt. Bei Überschreiten der
Enddrehzahl wird die Zündung
wie bisher ausgeschaltet, so daß eine
Höchstdrehzahl
mit Sicherheit nicht überschritten
wird. Der Drehzahlbereich zwischen der Grenzdrehzahl (Eingriffsdrehzahl)
und der unterhalb der Höchstdrehzahl
liegenden Enddrehzahl liegt in einem Bereich von etwa 50 bis 600
l/min, vorzugsweise bei 150 bis 450 l/min, insbesondere bei etwa
350 l/min.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend
im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Zündschaltung
an einem Zweitaktmotor,
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2 ein Diagramm zum Drehzahlverlauf.
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Die
in 1 schematisch dargestellte
Zündschaltung
ist an einem Zweitaktmotor 1 vorgesehen, der zum Beispiel
in einem handgeführten
Arbeitsgerät
wie einer Motorkettensäge,
einem Freischneider, einem Trennschleifer oder dgl. angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Zündschaltung
ist grundsätzlich auch
bei anderen luft- oder wassergekühlten
Verbrennungsmotoren einsetzbar.
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Der
im Ausführungsbeispiel
luftgekühlte
Zylinder 3 hat einen Ansaugstutzen 5 mit einem
Vergaser und einer Drosselklappe 4, die über ein
Gestänge 6 von
einem Gashebel 9 betätigbar
ist, um die Motordrehzahl zu verändern.
In der gezeigten Leerlaufstellung liegt der Gashebel 9 unter
Wirkung einer Feder 8 an einem Anschlag 7 an.
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Im
Zylinder 3 ist ein auf- und abgehender Kolben vorgesehen,
der über
eine Pleuelstange eine Kurbelwelle 10 antreibt. Mit der
Kurbelwelle 10 des Motors 1 läuft ein Impulsgeberrad 11 um,
dessen am Außenumfang
vorgesehene Marken in einem zugeordneten Sensor 12 Impulse
erzeugen, die als Drehzahlinformationssignal der Steuerschaltung 15 zugeführt sind.
Die Marken am Impulsgeberrad 11 sind derart angeordnet,
daß zumindest
pro Kurbelwellenumdrehung ein der Kurbelwellenstellung spezifisches
Signal im Impulssensor 12 erzeugt wird, woraus die Steuerschaltung 15 die
aktuelle Drehstellung der Kurbelwelle 10 erkennen kann.
Vorzugsweise sind die Marken über
den Umfang des Impulsgeberrades 11 mit unterschiedlichem
Abstand angeordnet, so daß aus
dem Abstand der Impulse des Sensors 12 die Winkellage der
Kurbelwelle 10 unmittelbar erkennbar ist.
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Die
als elektronische Schaltung ausgebildete Steuerschaltung ist vorzugsweise
ein Mikroprozessor, der die Signale des Impulssensors 12 verarbeitet und
entsprechend einen elektronischen Schalter 14 steuert,
der eine am Zylinder 3 des Motors 1 angeordnete
Zündkerze 2 zur
Erzeugung eines im Brenn raum abgegebenen Zündfunkens mit einer Spannungsquelle 16 verbindet.
Es kann vorteilhaft sein, weitere Betriebsparameter des Motors,
wie zum Beispiel die Zylindertemperatur der Steuerschaltung 15 zu
melden, wozu ein am Zylinder 3 angeordneter Temperatursensor 13 vorgesehen
sein kann.
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Der
Mikroprozessor arbeitet nach einem vorgegebenen Ablaufdiagramm,
wobei eine Vielzahl von Betriebsparameter des Motors 1 zur
Bestimmung des Zündzeitpunktes
verarbeitet werden können.
Der Mikroprozessor bzw. die Steuerschaltung 15 begrenzt
zugleich die Höchstdrehzahl
des Motors durch Unterdrückung
eines Zündfunkens
nach Überschreiten
einer Enddrehzahl.
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Soll
der Motor eine vorgegebene Höchstdrehzahl
von zum Beispiel 9.400 Umdrehungen nicht überschreiten, so wird ab einer
Enddrehzahl von z.B. 9.100 l/min die Zündung ausgeschaltet. Zur Vermeidung
von Zündgleichförmigkeiten,
greift die erfindungsgemäße Steuerschaltung
bei einer Grenzdrehzahl ein, die etwa 300 bis 400 Umdrehungen unterhalb
der Enddrehzahl liegt. Diese Grenzdrehzahl, die auch als Eingriffsdrehzahl
bezeichnet werden kann, kann in einem Bereich zwischen 50 und 600
l/min unterhalb der Enddrehzahl liegen, vorzugsweise in einem Bereich
von 150 bis 450 l/min.
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Stellt
die Steuerschaltung 15 bzw. der darin angeordnete Mikroprozessor
ein Überschreiten
der Grenzdrehzahl (Eingriffsdrehzahl) fest, wird die pro Kurbelwellenumdrehung
vorgesehene Zündung
abgeschaltet und auf einen Zündmodus
nach einem Zufallsprinzip umgeschaltet. Hierzu ist ein Zufallsgenerator 17 vorgesehen,
der innerhalb dem Drehzahlbereich D zufällig einen Zündfunken
auslöst.
Damit wird etwa alle ein bis sechs Kurbelwellenumdrehungen zufällig ein
Zündfunke
ausgelöst.
Dabei kann als Zufallsgenerator ein Digitalzähler genutzt werden, wie er
zum Beispiel in der Steuerschaltung 15 zur Aufbereitung
der vom Sensor 12 gelieferten Impulse genutzt wird. Bei
einem derartigen Zähler
kann zum Beispiel die Digitalzahl der kleinsten Stelle als Zufallsgenerator
genutzt und immer dann ein Zündfunke
ausgelöst
werden, wenn im Zeitpunkt der Abfrage zum Beispiel die Zahl "1" angezeigt wird. Wird die Zahl "0" angezeigt, wird der Zündfunke
unterdrückt. Die
Zündung
kann alternativ und/oder zusätzlich auch
durch Unterschreiten der Eingriffsdrehzahl ausgelöst werden.
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Sobald
die Drehzahl des Motors 1 somit die Grenzdrehzahl (Eingriffsdrehzahl) überschritten
hat, erfolgt eine unregelmäßige Zündung, wodurch
sich ein Drehzahlverlauf ergibt, wie er in 2 über
die Anzahl fortlaufender Kurbelwellenumdrehungen dargestellt ist.
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Im
Diagramm ist pro Kurbelwellenumdrehung die Drehzahl erfaßt. Die
Eingriffsdrehzahl E liegt bei 8.750 Umdrehungen, die Enddrehzahl
zum Beispiel bei 9.100 Umdrehungen und die Höchstdrehzahl bei 9.400 l/min.
Wie das Diagramm nach 2 zeigt,
ist bei der erfindungsgemäßen Steuerung
ein Überschreiten
der Enddrehzahl zugelassen; eine Zündung nach dem Zufallsprinzip
wird jedoch ausschließlich
im Drehzahlbereich D zwischen der Eingriffsdrehzahl E und der Enddrehzahl
9.100 l/min ausgeführt.
Die Zündungen
sind im Diagramm mit einem hellen Punkt gekennzeichnet und liegen
ausnahmslos im Drehzahlbereich D.
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Wie
am Kurvenverlauf des Diagramms in 2 zu
erkennen, ist nach jeder zufälligen
Zündung ein
unterschiedlicher Drehzahlanstieg festzustellen. Dies ist abhängig von
der Füllung
des Brennraums mit frischem Gemisch. Die Füllung ist um so besser, je
mehr Ladungswechsel, d.h. Kurbelwellenumdrehungen ohne Zündung vorhergegangen
sind. So ist in Abhängigkeit
vom Aufbau und der Größe des Motors
ein Drehzahlsprung S von z.B. 200 bis 400 Umdrehungen möglich. Auch
kleinere oder größere Drehzahlsprünge können auftreten.
Der eingezeichnete Drehzahlsprung S von etwa 300 Umdrehungen l/min
wurde erreicht, nachdem in vier vorhergehenden Kurbelwellenumdrehungen
eine Zündung
unterblieb und erst in der fünften
Kurbelwellenumdrehung nach dem Zufallsprinzip die Zündung erfolgte.
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Wie
das Diagramm deutlich zeigt, liegen im Ausführungsbeispiel zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Zündungen
zumindest zwei Kurbelwellenumdrehungen ohne Zündung und bis zu sechs Kurbelwellenumdrehungen
ohne Zündung
(Diagramm rechts). Bei Überschreiten
der Enddrehzahl vom 9.100 Umdrehungen wird die Zündung vollständig unterdrückt, so
daß ein
Anstieg der Motordrehzahl über
die Höchstdrehzahl
von 9.400 l/min sicher verhindert ist.
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Die
in 1 dargestellte Zündung arbeitet somit
dreistufig; unterhalb der Eingriffdrehzahl E erfolgt die Zündung in
bekannter Weise nach einem Zündkennfeld,
Zündalgorithmen
oder dgl.. Im Bereich zwischen der Eingriffsdrehzahl E und der Enddrehzahl
9.100 l/min, also im Drehzahlbereich D, erfolgt die Zündung nach
dem Zufallsprinzip. Dabei wird ein zufälliger Zündfunke etwa alle ein bis sechs Kurbelwellenumdrehungen
ausgelöst,
so daß sich die
Drehzahl im wesentlichen oberhalb der Eingriffsdrehzahl E hält. Oberhalb
der Enddrehzahl vom 9.100 l/min wird die Zündung abgeschaltet, so daß eine Drehzahlerhöhung über die
Höchstdrehzahl
von etwa 9.400 l/min sicher vermieden ist.