DE3923237A1 - Zuendschaltung fuer einen zweitaktmotor in einer motorkettensaege - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für einen Verbren­ nungsmotor, insbesondere Zweitaktmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes wie Motorkettensäge oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Zündschaltung mit einem Mikroprozessor als Steuerschaltung ist mit der Motorsäge Jonsered 2051 in Schweden bekannt geworden. Der Mikroprozessor stellt die Zündung für jeden Drehzahlbereich ein, um eine optimale Zün­ dung zu gewährleisten. Wird jedoch aus einer Drehzahl be­ schleunigt oder verlangsamt, so verstellt sich der Zündzeit­ punkt erst mit steigender oder fallender Drehzahl. Hieraus ergibt sich eine schleppende Drehzahlveränderung. Daher ist der Zündzeitpunkt auch nicht immer dem angesaugten angefet­ teten oder abgemagerten Gemisch angepaßt, woraus sich ein ungünstiges Abgasverhalten ergibt.

Insbesondere bei Zweitaktmotoren ist gerade die Drehzahlsta­ bilität im Leerlauf problematisch, aber auch in hohen und höchsten Drehzahlen nicht leicht einzustellen. Mit der be­ kannten Regelung des Zündzeitpunktes läßt sich zwar eine Verbesserung erzielen, die angestrebte Stabilität ist jedoch nicht immer in vollem Umfang zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündschaltung mit elektrischer Steuerschaltung derart weiterzubilden, daß auf einen Reglereingriff möglichst rasch eine Regelantwort erfolgt, um in jedem Drehzahlbereich eine hohe Drehzahlsta­ bilität zu erzielen.

Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung besteht aus einer Leer­ laufregelschaltung und einer Hochdrehzahlregelschaltung, die abwechselnd in Abhängigkeit des Last- oder Leerlauffalles betrieben sind. Im Leerlauffall wird der Zündzeitpunkt nach der Gleichung

Zzp 2 = A + k₁Δ n₁ + k₂∫Δ n₁dt

bestimmt, wobei die festgestellte Drehzahlabweichung proportional und integral Einfluß auf das Reglerverhalten hat. Es ist erfindungsgemäß eine Regelschleife mit PI-Regelcharakter geschaffen, durch die eine hohe Leerlaufdrehzahlstabilität zu erreichen ist. Bereits bei einer leichten Drehzahlabweichung fließt nicht nur die Größe des Differenzwertes zwischen Soll- und Ist- Drehzahl bei der Bestimmung des Zündzeitpunktes ein, sondern auch die zeitliche Abweichung und deren Stärke. Der daraus sich ergebende frühzeitige und angepaßte Reglereingriff läßt eine rasche Rückführung auf die gewünschte Leerlaufdrehzahl zu, so daß die hohe Drehzahlstabilität gegeben ist. Gerade bei Motorkettensägen ist bei hoher Drehzahlstabilität des Leerlaufs gewährleistet, daß die die Sägekette antreibende Fliehkraft kupplungssicher auskuppelt und die Sägekette im Leerlauf sicher steht. Die Unfallgefahr mit Motorkettensä­ gen, die eine erfindungsgemäße Zündschaltung aufweisen, wird also bei hoher Drehzahlstabilität im Leerlauf geringer.

In Weiterbildung der Erfindung - oder auch getrennt von dieser - ist vorgesehen, für eine Zeitspanne den Regelzweig der Hochdrehzahlregelschaltung über einen Parallelzweig zu umgehen, so daß die Maschine auf Überdrehzahl hochlaufen kann. Nach Ablauf der Zeitspanne wird der Regelzweig der Hochdrehzahlregelschaltung wieder aktiv. Dies ist insbeson­ dere bei Motorkettensägen von Vorteil, wenn kurzzeitig sehr hohe Drehzahlen, z.B. beim Anschnitt oder bei Stechschnitten erforderlich sind. Motorkettensägen mit herkömmlichen Dreh­ zahlbegrenzungen lassen eine Überdrehzahl nicht zu.

Die Zeitspanne kann fest vorgegeben oder auch variabel sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Parallelzweig ein Zähler vorgesehen, der von einem vorgebbaren Zählerstand runterzählt und bei Erreichen eines Zählerstandes kleiner oder gleich Null auf den Regelzweig umschaltet. Die durch das Runterzählen vom vorgebbaren Zählerstand auf "Null" be­ stimmte Zeitspanne ist dabei unmittelbar abhängig von der aktuellen Überdrehzahl des Motors, da der Parallelzweig mit jeder Kurbelwellendrehung einmal durchlaufen wird.

Von besonderer Bedeutung ist der die Hochdrehzahlregel­ schaltung umgehende Parallelzweig für eine vorzunehmende Vergasereinstellung. Bei Durchlaufen des Parallelzweiges wird eine anstehende Überdrehzahl in einer Speichervorrich­ tung abgespeichert. Nach Umschaltung auf den Regelzweig wird in diesem die abgespeicherte Überdrehzahl mit einer vorgege­ benen, zulässigen Soll-Höchstdrehzahl verglichen. Liegt die abgespeicherte Überdrehzahl innerhalb eines zulässigen Tole­ ranzbandes von z.B. ±1% um die Soll-Höchstdrehzahl, wird eine optische Anzeige, z.B. eine Leuchtdiode angesteuert. Liegt sie außerhalb des Toleranzbandes, wird die LED nicht angesteuert. Trotz der vorgesehenen Regleranordnung zur Ein­ haltung einer Drehzahlstabilität ermöglicht die erfindungs­ gemäße Anzeige die Einstellung des Vergasers des Verbren­ nungsmotors auf das optimale Gemisch. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil ansonsten bei geregelten Zündschaltungen eine aufgrund von einer falschen Vergasereinstellung mögliche Überdrehzahl durch eine vorgesehene Drehzahlbegrenzung nicht zugelassen wird, so daß der Benutzer die falsche Vergasereinstellung anhand der auf die Höchstdrehzahl begrenzten Drehzahl nicht mehr feststellen kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerschaltung der­ art ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit der erfaßten Be­ triebsparameter eine oder mehrere Zündungen unterdrücken kann, derart, daß eine Austastrate τ zwischen "Null" (Zündungen ausgeschaltet) und "Eins" (Zündungen bei jeder Kurbelwellenumdrehung) frei einstellbar ist. Die gesteuerte Austastrate ermöglicht einen raschen Wechsel einer Drehzahl zu einer anderen Drehzahl. Ist z.B. die Drehzahl zu hoch, wird die Austastrate gesenkt, wodurch immer mehr Zündungen pro Umdrehungen ausfallen. In Verbindung mit der Verstellung des Zündzeitpunktes fällt die Motordrehzahl sehr rasch.

Muß die Drehzahl wieder erhöht werden, wird neben einer Än­ derung des Zündzeitpunkts auch die Austastrate wieder er­ höht, wodurch wieder mehr Zündungen pro Umdrehungen auftre­ ten; der Motor beschleunigt rasch auf die gewünschte Dreh­ zahl. Er verhält sich dynamisch.

Tritt bei hoher Drehzahl ein Wechsel vom Lastfall auf den Leerlauffall auf, so wird sofort auf die Leerlaufregel­ schaltung umgeschaltet. Diese setzt die Austastrate zunächst zu "Null" (keine Zündung), bis eine vorgebbare maximale Leerlaufdrehzahl unterschritten ist. Hierdurch wird ein rasches Herunterlaufen auf Leerlaufdrehzahl erzielt, was gerade im Hinblick auf sicheres und unfallfreies Arbeiten mit Motorkettensägen große Bedeutung hat.

Um bei Leerlaufdrehzahl ein sicheres Zünden zu gewähr­ leisten, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, durch die Leerlaufregelschaltung eine feste Austastrate aufzuprägen, so daß im Leerlauf ein festes Zündmuster vor­ gegeben ist. Wird z.B. nur bei jeder zweiten Kurbelwellen­ umdrehung gezündet (Austastrate 0,5), stellt sich über zwei Kurbelwellenumdrehungen mit hoher Wahrscheinlichkeit ein zündfähiges Gemisch im Brennraum ein, so daß bei Auftreten eines Zündfunkens sicher eine Zündung erfolgt. Der Verbrennungsmotor läuft im Leerlauf ruhiger; die Leerlaufdrehzahl ist leichter zu halten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen, in der ein nachfolgend näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer er­ findungsgemäßen Zündschaltung an einem Zweitakt­ motor,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das bei Leerlaufstellung des Gashebels durchlaufen wird,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das bei betätigtem Gashebel bei mittlerer und hoher Drehzahl durchlaufen wird.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Zündschaltung ist an einem Zweitaktmotor 1 vorgesehen, der zum Beispiel in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge oder dergleichen angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Zündschal­ tung ist grundsätzlich auch bei anderen luft- oder wasserge­ kühlten Verbrennungsmotoren einsetzbar.

Der luftgekühlte Zylinder 3 hat einen Ansaugstutzen 5 mit Vergaser und Drosselklappe 4, die über ein Gestänge 6 von einem Gashebel 9 betätigbar ist, um die Motordrehzahl zu verändern. In der gezeigten Leerlaufstellung liegt der Gas­ hebel 9 an einem Anschlag 7 unter Wirkung einer Feder 8 an.

Am Gashebel 9 ist ein Stellungssensor 10 angeordnet, der die Leerlaufstellung des Gashebels 9 erfaßt und einer Steuer­ schaltung 15 mitteilt.

Ferner läuft mit der Kurbelwelle des Motors 1 ein Impulsge­ berrad 11 um, dessen am Außenumfang vorgesehene Marken in einem zugeordneten Sensor 12 Impulse erzeugen, die als Dreh­ zahlinformationssignal der Steuerschaltung 15 zugeführt sind. Die Marken am Impulsgeberrad 11 sind derart angeord­ net, daß zumindest pro Kurbelwellenumdrehung ein der Kurbel­ wellenstellung spezifisches Signal im Impulssensor 12 er­ zeugt wird, woraus die Steuerschaltung 15 die aktuelle Stel­ lung der Kurbelwelle erkennen kann. Vorzugsweise sind die Marken über den Umfang des Impulsgeberrades 11 mit unter­ schiedlichem Abstand angeordnet, so daß aus dem Abstand der Impulse des Sensors 12 die Winkellage der Kurbelwelle er­ mittelt werden kann.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zur Bestimmung der Ist-Drehzahl n des Motors lediglich die Impulssignale ausgewertet, die über den Kurbelwellenumfang im Bereich von 45° vor dem unteren Totpunkt bis zu 45° nach dem unteren Totpunkt vom Sensor 12 abgegeben werden. Auf diese Weise können die durch Verlangsamung bei der Verdichtung und Be­ schleunigung nach der Zündung auftretenden starken Dreh­ zahlschwankungen ausgeblendet werden.

Am - im gezeigten Ausführungsbeispiel luftgekühlten - Zylin­ der 3 ist ein Temperatursensor 13 angeordnet, der die Ist­ temperatur des Zylinderkopfes der Steuerschaltung 15 perma­ nent übermittelt.

Die als elektronische Schaltung ausgebildete Steuerschaltung ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, der die Signale der Sensoren 10, 12, 13 verarbeitet und entsprechend einen Schalter 14 steuert, der eine am Zylinder 3 des Motors 1 an­ geordnete Zündkerze 2 zur Erzeugung eines im Brennraum abge­ gebenen Zündfunkens mit einer Spannungsquelle 16 verbindet.

Der Mikroprozessor arbeitet gemäß den Ablaufdiagrammen nach den Fig. 2 und 3. Diese Ablaufdiagramme geben eine der mög­ lichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zündschaltung unter Benutzung eines Mikroprozessors wieder. Diese Ausfüh­ rungsformen sind ebenso als diskrete elektronische Schaltun­ gen aufbaubar, deren Bauteile entsprechend dem Ablaufdia­ gramm arbeiten. Ein Mikroprozessor hat jedoch den Vorteil, daß ohne größeren Aufwand auch weitere Daten verarbeitet oder auch gespeichert werden können. So kann der Mikropro­ zessor die Gesamtbetriebszeit, die Betriebszeit bei Über­ drehzahlen oder unzulässige bzw. kritische Zustände spei­ chern; diese Informationen können dann bei einem Service des Motors bzw. des Arbeitsgerätes ausgelesen und entsprechend ausgewertet werden.

Der Mikroprozessor steht mit einem Speicher 17 in Verbin­ dung, in dem insbesondere zwei unterschiedliche Kurven Zzp 1 und Zzp 3 des Zündzeitpunkts Zzp über der Drehzahl n abge­ speichert sind. Die Kurve Zzp 1 ist nach der Leerlaufdrehzahl bzw. mittleren Motordrehzahl orientiert, während die Kurve Zzp 3 zum Erreichen der Höchst- und einer Überdrehzahl fest­ gelegt ist. Ferner sind im Speicher auch Konstanten k ₁ bis k ₆ sowie A, B und C abgelegt, die bei der Berechnung von Zündzeitpunkten Zzp 2 und Zzp 4 und anderer Größen wie zum Beispiel τ5 benötigt werden.

Der der erfindungsgemäßen Zündschaltung zugrundeliegende Kerngedanke liegt darin, den Zündzeitpunkt entsprechend vorliegender Betriebsparameter zu ändern; zur Steuerung der Drehzahl n kann in einer Ausgestaltung der Erfindung auch eine Zündung für eine oder mehrere Kurbelwellenumdrehungen unterdrückt werden. Hierzu wird die Variable τ (Austastrate) eingeführt, die das Verhältnis von Kurbelwellenumdrehung(en) mit Zündung zur Gesamtzahl der Kurbelwellenumdrehung(en) angibt. Die Austastrate wird auf eine Periode von zum Beispiel 20 Kurbelwellenumdrehungen normiert; die Periode kann entsprechend den Betriebsbedingungen und Motorparametern frei festgelegt werden. Auch kann eine zeitliche Normierung zweckmäßig sein.

Die erfindungsgemäße Zündschaltung arbeitet wie folgt:
Ausgehend von laufendem Motor 1 wird das Ablaufdiagramm nach Fig. 2 pro Kurbelwellenumdrehung immer dann durchlaufen, wenn z.B. der Stellungssensor 10 der Steuerschaltung 15 die Leerlaufstellung des Gashebels 9 meldet. In Leerlaufstellung des Gashebels 9 überprüft die Steuerschaltung 15 zunächst (Entscheidungsraute 20), ob die Ist-Drehzahl n unterhalb oder oberhalb der zulässigen maximalen Leerlaufdrehzahl n ₆ (etwa 3300/min) liegt. Ist die Ist-Drehzahl n größer als die maximale Drehzahl n ₆, läuft der Motor von einer höheren Drehzahl herunter. Um aus einer höheren Drehzahl rasch auf Leerlaufdrehzahl zu kommen, wird die Austastrate τ= 0 (keine Zündung) gesetzt, so daß der Motor nach dem Prinzip einer Schubabschaltung betrieben wird (Zweig 21 des Ablaufdiagramms). Ein derartiger Zweig kann auch zu einer vorteilhaften Drehzahlbegrenzung beim Startvorgang ausgenutzt werden.

Liegt die Drehzahl n unterhalb der maximalen Leerlaufdreh­ zahl n ₆, wird als nächstes geprüft, ob die Drehzahl n ober­ halb einer minimalen Leerlaufdrehzahl n ₁ (etwa 2200/min) liegt. Ist dies der Fall, wird die Austastrate τ auf einen vorgebbaren Wert x zwischen 0 und 1 gesetzt und die Drehzahlabweichung Δ n₁ = n₂-h ermittelt, wobei n₂ die Soll­ leerlaufdrehzahl von etwa 2600/min ist.

Mit der festgestellten Drehzahlabweichung Δ n₁ berechnet der Mikroprozessor den Zündzeitpunkt nach der Beziehung:

Zzp 2 = A + k₁Δ n₁ + k₂∫Δ n₁dt

wobei A, k ₁ und k ₂ motor- und reglerspezifische Konstanten sind. Dabei geht nicht nur die Drehzahlabweichung selbst in die Berechnung ein (Proportionalanteil), sondern auch die Zeit der Abweichung von der Drehzahl, d.h., ob die Drehzahl­ abweichung stark oder schwach steigt oder fällt. Durch diese Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Abweichung (In­ tegralanteil) wird ein angepaßter Zündzeitpunkt berechnet und für die nächste Zündung benutzt. Diese PI-Regelung er­ möglicht eine hohe Drehzahlstabilität; da sie auftretende Drehzahlabweichungen nicht zu groß werden läßt.

Nach Durchlaufen des Zweiges 22 wird entsprechend den ge­ setzten Werten von τ und Zzp 2 die Zündung ausgeführt und bei der nächsten Kurbelwellendrehung erneut die Drehzahlab­ frage wie eingangs beschrieben vorgenommen. Liegt die erfaß­ te Drehzahl noch im Bereich zwischen der maximalen Leerlauf­ drehzahl n ₆ und einer minimalen Leerlaufdrehzahl n ₁, wird der Zweig 22 erneut durchlaufen, wodurch eine geschlossene Regelschleife mit PI-Verhalten geschaffen ist.

Durch die Wahl einer Austastrate t zwischen 0 und 1 im Zweig 22 wird dem Verbrennungsmotor ein Zündmuster aufgeprägt, das unabhängig von anliegenden Betriebsparametern ist. So kann zum Beispiel eine Austastrate von τ = 0,5 vorgesehen sein, das heißt, eine Zündung erfolgt nur bei jeder zweiten Kur­ belwellenumdrehung. Dies hat den Vorteil, daß auch unter un­ günstigen Bedingungen gerade beim Zweitaktmotor bei der zweiten Kurbelwellenumdrehung mit großer Sicherheit ein zündfähiges Gemisch im Brennraum vorliegt, so daß eine si­ chere Zündung erfolgt. Der Verbrennungsmotor läuft somit im Leerlauf ruhiger und läßt sich auch besser auf die gewünsch­ te Leerlaufdrehzahl einsteuern. Die Leerlaufdrehzahl bleibt konstant, auch wenn sich die Lufttemperatur ändert oder der Motor heiß oder kalt ist.

Ist jedoch die Drehzahl n kleiner als die minimale Leerlauf­ drehzahl n ₁, erfolgt eine Überprüfung, ob die Istdrehzahl n auch unterhalb einer unteren Grenzdrehzahl n ₀ (etwa 400/min) ist. Ist dies der Fall, wird der Zweig 25 durchlaufen, die Austastrate t zu 0 gesetzt und somit der Motor abgestellt. Dieser Zweig 25 ist insbesondere beim Startvorgang des Mo­ tors 1 von Bedeutung. Liegt die Startdrehzahl unterhalb der unteren Grenzdrehzahl n ₀, wird der Zweig 25 durchlaufen und somit τ = 0 gesetzt, die Zündung ist also unterdrückt. Erst wenn die Startdrehzahl die untere Grenzdrehzahl n ₀ über­ schreitet, ist eine Zündung mit den im Zweig 24 gesetzten Werten möglich. Bei Überschreiten der Grenzdrehzahl n ₀₁ er­ folgt die weitere Zündung mit den im Zweig 23 gesetzten Wer­ ten. Nach Überschreiten der unteren Leerlaufdrehzahl n ₁ er­ folgt die bereits beschriebene Leerlaufdrehzahlregelung. Auf diese Weise erfolgt ein sicheres Anlaufen des Motors beim Startvorgang.

Liegt die Drehzahl noch oberhalb der unteren Grenzdrehzahl n ₀, wird geprüft, ob die Istdrehzahl n noch oberhalb einer Grenzdrehzahl n ₀₁, die etwa 1400/min beträgt. Ist dies der Fall, wird die Austastrate auf 1 gesetzt und der Zündzeit punkt aus der im Speicher abgelegten Kurve Zzp 1 entsprechend der Drehzahl n ausgelesen (Zweig 23).

Liegt die aktuelle Drehzahl unterhalb dieser Grenzdrehzahl n ₀₁, wird die Austastrate τ auf 1 gesetzt und der Zündzeit­ punkt auf den oberen Totpunkt gesetzt (Zweig 24).

In beiden Fällen läuft die Drehzahl wieder hoch, um erneut in den Zweig 22 zu gelangen, bei dessen Durchlaufen die Leerlaufdrehzahl nach einer PI-Reglercharakteristik einge­ regelt wird, wodurch die hohe Drehzahlstabilität gegeben ist.

Durch einen weiteren Sensor, der zum Beispiel am Handgriff einer Motorkettensäge angeordnet ist, kann festgestellt wer­ den, ob die Bedienungsperson die Motorkettensäge hält (Ar­ beitsstellung), sie abgelegt hat oder nur unsachgemäß hält. Läßt die Bedienungsperson den Handgriff los, meldet dies der Sensor und die Steuerschaltung 15 läuft ohne weitere Abfrage sofort den Zweig 21 in Fig. 2 an, wodurch die Austastrate τ = 0 gesetzt wird und der Motor zum Stillstand kommt. Die Unfallgefahr mit einer Motorkettensäge ist so deutlich ge­ senkt. Ein derartiger Sensor kann zweckmäßig auch als Taster zum Abstellen der Motorkettensäge ausgeführt sein.

Liegt keine Leerlaufstellung des Gashebels 9 an, was vom Stellungssensor 10 der Steuerschaltung 15 mitgeteilt ist, wird das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 3 durchlaufen.

Dabei wird zunächst die Temperatur T des Zylinderkopfes ab­ gefragt. Liegt diese Temperatur unterhalb einer ersten Soll­ temperatur T _{SOLL 1} (Zweig 30), wird in einer nachgeschalteten Drehzahlabfrage die Istdrehzahl n mit einer oberen Grenz­ drehzahl n ₄ (etwa 11 000/min) verglichen. Liegt die Istdreh­ zahl n unterhalb der Grenzdrehzahl n ₄, wird die Austastrate τ zu 1 gesetzt und der Zündzeitpunkt nach der Kurve Zzp 3 aus dem Speicher 17 ausgelesen (Zweig 31). Ferner wird bei Durchlaufen des Zweiges 31 ein Zähler 40 auf einen vorgeb­ baren Zählerstand gesetzt; der gesetzte Zählerstand ist be­ stimmt nach motorspezifischen Kenndaten.

Liegt die Istdrehzahl n oberhalb der Grenzdrehzahl n ₄, wird der Zweig 32 durchlaufen und der auf dem Zählerstand Z ₀ ste­ hende Zähler um eine Einheit auf Z ₀-1 verringert. Ist der Zählerstand größer "NULL", wird der Zweig 32 a durchlaufen und die Zündung erfolgt weiterhin mit τ = 1 und einem aus der Kurve Zzp 3 ausgelesenen Zündzeitpunkt. Die Drehzahl des Motors kann über die zulässige Höchstdrehzahl (Überdrehzahl) ansteigen. Da das Ablaufdiagramm bei jeder Kurbelwellenum­ drehung durchlaufen wird, wird - sofern die Istdrehzahl n größer als die Grenzdrehzahl n ₄ ist - der Zähler 40 mit jedem Durchlaufen um "1" erniedrigt, bis er auf "0" runtergezählt ist. Bei dem dann folgenden Durchlauf des Zweiges 32 wird - bei Nullstellung des Zählers 40 - der Regelzweig 32 b durchlaufen, in dem zunächst die Differenzdrehzahl Δ n ₂ = Höchstdrehzahl n ₅ minus Istdrehzahl n berechnet wird. Der Zündzeitpunkt wird dann nach der Formel:

Zzp 4 = B + k₃Δ n₂ + k₄∫n₂dt

bestimmt, wobei B, k₃ und k₄ regler- und motorspezifische Konstanten sind. Auch in der Hochdrehzahlregel ist somit ein Regler mit PI-Regelcharakteristik zur Erzielung einer hohen Drehzahlstabilität vorgesehen.

Die dann noch zu setzende Austastrate τ wird bestimmt nach:

τ₅ = C + k₅Δ n₂+k₆∫Δ n₂dt

wobei C, k₅ und k₆ regler- und motorspezifische Konstanten sind.

Mit den so errechneten und gesetzten Werten Zzp 4 und τ5 wird die Drehzahl des Motors auf die zulässige Höchstdreh­ zahl von zum Beispiel 13 000/min zurückgefahren, wobei hier­ zu die geschlossene PI-Regelstrecke des Regelzweiges 32 b pro Kurbelwellenumdrehung durchlaufen wird. Erst wenn die Istdrehzahl n wieder unterhalb der Grenzdrehzahl n ₄ liegt und die Zylinderkopftemperatur noch nicht größer als T _{SOLL 1} ist, kann wieder der Zweig 31 durchlaufen werden, der den Zähler 40 erneut setzt und somit wieder eine kurzzeitige Drehzahlsteigerung über die Höchstdrehzahl hinaus (Überdreh­ zahl) möglich macht.

Anhand der im Regelzweig 32 b vorgesehenen Abfrage der Höchstdrehzahl (Entscheidungsraute 41) kann auch festge­ stellt werden, ob der Vergaser des Motors richtig einge­ stellt ist. Wird der Parallelzweig 32 a durchlaufen, wird in jedem Durchlauf die aktuelle Drehzahl n bzw. Überdrehzahl mit einem eingespeicherten Höchstdrehzahlwert n _max vergli­ chen (Raute 42). Ist die Drehzahl n größer als die Höchst­ drehzahl n _max, wird als neuer Wert n _max die Drehzahl n im Speicher 43 abgelegt. Ist der Zähler 40 auf Null (Z = 0), wird wieder der Regelzweig 32 b durchlaufen. Dabei wird zu­ nächst der abgespeicherte Drehzahlwert n _max mit einer zu­ lässigen Soll-Höchstdrehzahl n _maxSoll verglichen. Liegt der Drehzahlwert innerhalb eines Tolerenzbandes von z.B. ±1% um n _maxSoll, wird die optische Anzeige A, z.B. eine Leucht­ diode, angesteuert. Ist die Abfrage in der Entscheidungsraute 41 negativ, wird die Anzeige A umfahren und nicht angesteu­ ert. Bei aufleuchtender Anzeige hat der Vergaser die rich­ tige Gemischeinstellung, da bei dieser die zulässige Soll-Höchstdrehzahl nicht über- bzw. unterschritten wird.

Hat die Zylinderkopftemperatur T den Wert T _{SOLL 1} überschrit­ ten, wird der Zweig 33 der Hochdrehzahlregelschaltung durch­ fahren, in dem die Isttemperatur T mit einer Höchsttempera­ tur T _{SOLL 2} verglichen wird. Ist die Zylinderkopftemperatur T größer, wird eine feste Austastrate von zum Beispiel 0,3 ge­ setzt und der Zündzeitpunkt nach der im Speicher abgelegten Kurve Zzp 1 bestimmt (Zweig 34). Aufgrund der festgestellten Übertemperatur wird der Zündzeitpunkt verstellt. Diese Tem­ peraturabfrage gewährleistet, daß bei Kurzzeitbetrieb der leistungsoptimale Zündzeitpunkt möglich ist, ohne daß bei Dauerbetrieb oder schlechten Kühlbedingungen thermische Pro­ bleme auftreten.

Liegt die Ist-Zylinderkopftemperatur T unterhalb T _{SOLL 2}, erfolgt wieder eine Drehzahlüberprüfung, bei der die Ist­ drehzahl n mit der maximalen Drehzahl n ₃ (etwa 13 000/min) verglichen wird. Ist die Istdrehzahl n größer als die maxi­ male Drehzahl n ₃, wird die Austastrate τ auf Null gesetzt, die Zündung also ausgeschaltet (Zweig 35). Liegt die Ist­ drehzahl n dagegen noch unterhalb der Drehzahl n ₃, wird die Austastrate zu 1 gesetzt und der Zündzeitpunkt aus der Kurve Zzp 1 im Speicher 17 ausgelesen. Der Motor läuft hoch.

Es kann vorteilhaft sein, bei Störungen an der elektrischen Steuerschaltung 15 den Zündzeitpunkt auf den oberen Totpunkt und die Austastrate τ auf 1 festzusetzen.

Von besonderer Bedeutung ist, daß aufgrund des Leerlaufsen­ sors 10 ein sprunghaftes Verändern der Austastrate τ wie des Zündzeitpunkts Zzp möglich ist. Läuft der Motor im Leerlauf, zum Beispiel im Zweig 22 der Fig. 2 (Leerlaufregelschal­ tung), und wird dann Gas gegeben, wird sofort das Ablaufdia­ gramm nach Fig. 3 durchlaufen (Hochdrehzahlregelschaltung), da aufgrund des Signals des Leerlaufstellungssensors 10 so­ fort auf dieses Ablaufdiagramm nach Fig. 2 umgeschaltet wird. In diesem wird dann Zweig 30 und 31 durchlaufen, so daß τ auf 1 und der Zündzeitpunkt auf Zzp 3 gemäß der abge­ speicherten Kurve springt. Es ergibt sich so ein rasches, kraftvolles Hochlaufen des Motors. Entsprechendes gilt beim Zurückführen des Gashebels in die Leerlaufstellung. Aufgrund des Signals des Leerlaufstellungssensors schaltet die Steu­ erschaltung 15 sofort auf das Ablaufdiagramm nach Fig. 2 um, in dem der Zweig 21 (Schubabschaltung) durchlaufen wird, bis der Leerlaufdrehzahlbereich erreicht ist und zum Beispiel Zweig 22 pro Kurbelwellenumdrehung durchlaufen wird.

Claims (11)

1. Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Zweitaktmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes wie Mo­ torkettensäge oder dergleichen, mit einer Zündkerze (2), die über einen Schalter (14) mit einer Spannungsquelle (16) verbunden ist, und mit einer den Schalter (14) betä­ tigenden elektronischen Steuerschaltung (15), die in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels und weiterer Be­ triebsparameter wie der Drehzahl des Motors den Schalter (14) schließt und einen Zündfunken auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) eine Leerlaufregelschaltung (Fig. 2) und eine Höchstdrehzahlregelschaltung (Fig. 3) aufweist, und die Leerlaufregelschaltung (Fig. 2) im Regelbereich der Leerlaufdrehzahl den Zündzeitpunkt (Zzp 2) nach der Gleichung Zzp 2 = A + k₁Δ n₁ + k₂∫Δ n₁dtbestimmt, wobei A, k₁ und k₂ regler- und motorspezifische Konstanten sind und Δ n₁ die Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl (n₂) und der Ist-Drehzahl (n) angibt.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hoch­ drehzahlregelschaltung (Fig. 3) im Regelbereich der zu­ lässigen Höchstdrehzahl den Zündzeitpunkt (Zzp 4) nach der Beziehung Zzp 4 = B + k₃Δ n₂ + k₄∫Δ n₂dtbestimmt, wobei B, k ₃ und k ₄ regler- und motorspezifische Konstanten sind und Δ n ₂ die Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Höchstdrehzahl (n ₅) und der Ist-Drehzahl (n) ist.

3. Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ gelzweig (32 b) der Hochdrehzahlregelschaltung (Fig. 3) durch einen Parallelzweig (32 a) für eine vorgebbare Zeit­ spanne umgehbar ist.

4. Zündschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Parallelzweig (32 a) ein Zähler (40) angeordnet ist, dessen setzbarer Zählerstand mit jeder Kurbelwellen­ drehung verringert wird und bei Erreichen des Zähler­ standes kleiner oder gleich "Null" auf den Regelzweig (32 b) umgeschaltet wird.

5. Zündschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelzweig (32 a) in Abhängigkeit eines Betriebspara­ meters des Verbrennungsmotors, vorzugsweise der Zylin­ derkopftemperatur, sperrbar ist.

6. Zündschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Durchlaufen des Parallelzweiges (32 a) anstehende Höchst­ drehzahl (n _max) abgespeichert wird und bei Durchlaufen des Regelzweiges (32 b) die Höchstdrehzahl (n _max) mit einer zulässigen Höchstdrehzahl (n _maxSoll) verglichen wird, und bei einer zulässigen Abweichung eine Anzeige (A) angesteuert ist.

7. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) in Abhängigkeit der erfaßten Be­ triebsparameter eine oder mehrere Zündungen unterdrückt, derart, daß eine Austastrate (τ) zwischen "Null" (Zün­ dung ausgeschaltet) und "EINS" (Zündung eingeschaltet) frei einstellbar ist.

8. Zündschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufregelschaltung (Fig. 2) die Austastrate (τ) zu Null setzt, wenn die Ist-Drehzahl (n) größer als die zulässige maximale Leerlaufdrehzahl (n ₆) ist (Zweig 21).

9. Zündschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leer­ laufregelschaltung (Fig. 2) im Regelbereich der Leerlauf­ drehzahl eine vorgebbare Austastrate kleiner oder gleich "1" fest aufschaltet.

10. Zündschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdrehzahlregelschaltung (Fig. 3) im Regelbereich der zulässigen Höchstdrehzahl die Austastrate (τ5) nach der Beziehung τ₅ = C + k₅Δ n₂ + k₆∫Δ n₂dtbestimmt, wobei C, k₅ und k₆ regelungs- und motorspezi­ frische Kenndaten sind und Δ n₂ die Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Höchstdrehzahl (n ₅) und der Ist-Dreh­ zahl (n) ist.

11. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer minimalen Startdrehzahl (n ₀) die Austastrate zu "Null" gesetzt ist.