DE3923237C2 - Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für einen Ver­ brennungsmotor, insbesondere für den Zweitaktmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes wie Motorkettensäge o. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Insbesondere bei Zweitaktmotoren ist gerade die Drehzahl­ stabilität im Leerlauf problematisch, aber auch in hohen und höchsten Drehzahlen nicht leicht einzustellen. Zur Erzielung einer gewünschten Drehzahlstabilität ist die Regelung des Zündzeitpunktes bekannt. Hierzu weist eine bekannte Zündschaltung der Motorsäge Jonsered 2051 einen Mikroprozessor als Steuerschaltung auf. Der Mikroprozessor stellt den Zündzeitpunkt für die jeweils anstehende Dreh­ zahl ein, um eine optimale Zündung zu gewährleisten. Wird aus einer Drehzahl beschleunigt oder verlangsamt, so ver­ stellt sich der Zündzeitpunkt erst mit steigender oder fallender Drehzahl, weshalb sich eine schleppende Drehzahl­ veränderung ergibt. Auch ist der jeweils sich einstellende Zündzeitpunkt nicht immer der jeweiligen Zusammensetzung des angesaugten Gemisches angepaßt, woraus sich ein ungün­ stiges Abgasverhalten ergeben kann.

Der DE 30 06 288 A1 ist eine gattungsbildende Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor zu entnehmen. Die Verstellung des Zündzeitpunktes erfolgt dabei anhand fest vorgegebener Kennlinien, die - je nach Drehzahlbereich - eine bestimmte Steigung bzw. Ausbildung aufweisen. Diese für einen jewei­ ligen Verbrennungsmotor zu ermittelnden Kennlinien werden in einem Programmspeicher des Steuergerätes abgespeichert, um dann mittels der Zündschaltung immer einem diskreten Drehzahlpunkt einen und nur einen diskreten Zündzeitpunkt - abgelesen aus der Kennlinie - zuzuordnen. Unabhängig von der Größe auftretender Drehzahlschwankungen wird immer mit einem diskreten Zündzeitpunkt gearbeitet. Die insbesondere bei Zweitaktmotoren gewünschte Drehzahlstabilität im Leer­ lauf und auch in hohen und höchsten Drehzahlen ist so aber ohne weiteres nicht einzuhalten. Mit der Regelung nach einer fest vorgegebenen Kennlinie sind rasche, trendgegen­ steuernde Eingriffe nur unbefriedigend durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündschal­ tung mit elektrischer Steuerschaltung derart weiterzubil­ den, daß bei auftretenden Drehzahlabweichungen in angepaß­ ter Größe möglichst rasch ein Regeleingriff erfolgt, um in jedem Drehzahlbereich eine hohe Drehzahlstabilität zu ge­ währleisten.

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

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung besteht aus einer Leerlaufregelschaltung und einer Hochdrehzahlregelschal­ tung, die voneinander unabhängig alternativ in Abhängigkeit des Last- oder Leerlauffalles betrieben sind. Die zur Be­ rechnung des Zündzeitpunktes vorgesehenen Gleichungen haben einen die festgestellte Drehzahlabweichungen berücksichti­ genden proportionalen und integralen Einfluß auf das Reg­ lerverhalten. Es ist erfindungsgemäß eine Regelschleife mit PI-Regelcharakter geschaffen, wobei die Gleichung zur Be­ stimmung des Zündzeitpunktes in der Leerlaufregelschaltung andere Konstanten aufweist als die Gleichung zur Bestim­ mung des Zündzeitpunktes in der Hochdrehzahlregelschaltung. Die in den PI-Regelkreisen eingesetzten Konstanten für den Proportionalanteil wie für den Integralanteil sind in den beiden Regelkreisen also unterschiedlich.

Bereits bei einer leichten Drehzahlabweichung fließt nicht nur die Größe des Differenzwertes zwischen Soll- und Ist- Drehzahl bei der Bestimmung des Zündzeitpunktes ein, son­ dern auch die zeitliche Abweichung und deren Stärke. Der daraus sich ergebende frühzeitige und angepaßte Regler­ eingriff läßt eine rasche Rückführung auf die gewünschte Drehzahl zu, so daß die geforderte hohe Drehzahlstabilität erreicht ist. Diese dynamische Zündzeitpunktregelung läßt bei einer diskreten Drehzahl unterschiedliche Zündzeit­ punkte zu, je nachdem wie stark z. B. die auftretenden Drehzahlschwankungen sind.

Gerade bei Motorkettensägen ist bei hoher Drehzahlstabili­ tät des Leerlaufes gewährleistet, daß die die Sägekette antreibende Fliehkraft kupplungssicher ausgekuppelt und die Sägekette im Leerlauf sicher steht. Die Unfallgefahr mit Motorkettensägen, die eine erfindungsgemäße drehzahlstabi­ lisierende Zündschaltung aufweisen, wird also bei hoher Drehzahlstabilität im Leerlauf geringer.

Zwar ist aus der Literaturstelle "Friedrichs Tabellenbuch für Elektronik" ein PI-Regler in einer Drehzahlregelschal­ tung bekannt, diese ist jedoch bei einem Elektromotor eingesetzt, wobei durch das I-Verhalten das Regeln stark verzögert erfolgt. Daß zur Erzielung einer hohen Drehzahlkonstanz ein derartiger stark verzögernder Regelkreis bei einem hoch drehenden Zweitakt­ motor mit Drehzahlen bis zu 20 000 U/min einsetzbar ist, in einem Anwendungsfall also, wo ein extrem schnelles Regel­ verhalten gefordert ist, konnte der Fachmann nicht erwar­ ten.

In Weiterbildung der Erfindung 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" (Zündung ausgeschaltet) und "Eins" (Zündung 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.

In der Zeichnung ist ein nachfolgend näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. 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 kann ein Stellungssensor 10 angeordnet sein, der die Leerlaufstellung des Gashebels 9 erfaßt und einer Steuer­ schaltung 15 mitteilt.

Ferner dreht mit der Kurbelwelle des Motors 1 ein Impulsge­ berrad 11, 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 kann ein Temperatursensor 13 angeordnet sein, der die Ist­ temperatur des Zylinderkopfes der Steuerschaltung 15 perma­ nent übermittelt.

Die als elektronische Schaltung ausgebildete Steuerschaltung 15 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, der die Signale des Drehzahl­ sensors 12 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.

Im Mikroprozessor werden die Drehzahlsignale gemäß den Ablaufdiagrammen nach den Fig. 2 und 3 verarbeitet. 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.

Der Mikroprozessor steht mit einem Speicher 17 in Verbindung, in dem insbesondere unterschiedliche Kurven des Zündzeitpunktes Zzp über der Drehzahl n abgespeichert sind. Eine abgespeicherte Kurve Zzpl ist nach der Leerlaufdrehzahl festgelegt. Eine weitere abgespeicherte Kurve Zzp3 kann noch der Höchstdrehzahl festgelegt sein. Im Speicher sind ferner Konstanten k₁ bis k₆ sowie A, B und C abgelegt, die bei der Berechnung für bestimmte Betriebsphasen benötigt werden.

Zur Steuerung der Drehzahl n kann die 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 vorteilhaft auf eine Periode von zum Beispiel 20 Kurbelwellenumdrehungen normiert; die Periode kann entsprechend den Betriebsbedingungen und Motorparametern frei festgelegt werden. Der Wert τ=0 gibt dabei an, daß keine Zündung erfolgt, während bei τ=1 eine Zündung bei jeder Kurbelwellenumdrehung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Zündschaltung arbeitet wie folgt:
Ausgehend von laufendem Motor 1 wird im Leerlauffall das Ablaufdiagramm nach Fig. 2 pro Kurbelwellenumdrehung durchlaufen; der Leerlauffall kann z. B. von dem Stellungssensor 10 der Steuerschaltung 15 gemeldet werden. In Leerlaufstellung des Gashebels 9 überprüft die Steuerschaltung 15 zunächst (Entscheidungsraute 20), ob die Ist-Drehzahl n unterhalb oder oberhalb der zulässigen maximalen Leerlaufdrehzahl n₆ (etwa 3300/min) liegt. Ist die Ist-Drehzahl n größer als die maximale Drehzahl n₆, 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 n₆, wird als nächstes geprüft, ob die Drehzahl n ober­ halb einer minimalen Leerlaufdrehzahl n₁ (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-n ermittelt, wobei n₂ die Sollleerlaufdrehzahl von etwa 2600/min ist.

Mit der festgestellten Drehzahlabweichung Δn₁ berechnet der Mikroprozessor den Zündzeitpunkt nach der Beziehung:

Zzp2 = A + k₁Δn₁ + k₂∫Δn₁dt

wobei A, k₁ und k₂ motor- und reglerspezifische Konstanten sind. Dabei geht nicht nur die Drehzahlabweichung selbst in die Berechnung ein (Proportionalanteil), sondern auch die zeitliche Veränderung der Drehzahlabweichung, 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 Zzp2 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 n₆ und einer minimalen Leerlaufdrehzahl n₁, wird der Zweig 22 erneut durchlaufen, wodurch eine geschlossene Regelschleife mit PI-Verhalten geschaffen ist.

Durch die Wahl einer Austastrate τ 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 n₁, erfolgt eine Überprüfung, ob die Istdrehzahl n auch unterhalb einer unteren Grenzdrehzahl n₀ (z. B. etwa 400/min) ist. Ist dies der Fall, wird der Zweig 25 durchlaufen, die Austastrate τ 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 n₀, wird der Zweig 25 durchlaufen und somit τ=0 gesetzt, die Zündung ist also unterdrückt. Erst wenn die Startdrehzahl die untere Grenzdrehzahl n₀ über­ schreitet, ist eine Zündung mit den im Zweig 24 gesetzten Werten möglich. Bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl n₀₁ er­ folgt die weitere Zündung mit den im Zweig 23 gesetzten Wer­ ten. Nach Überschreiten der unteren Leerlaufdrehzahl n₁ 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 n₀, wird geprüft, ob die Istdrehzahl n noch oberhalb der Grenzdrehzahl n₀₁, 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 Zzp1 entsprechend der Drehzahl n ausgelesen (Zweig 23).

Liegt die aktuelle Drehzahl unterhalb dieser Grenzdrehzahl n₀₁, 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 vor, was z. B. vom Stellungssensor 10 der Steuerschaltung 15 mitgeteilt ist, wird das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 3 durchlaufen.

Dabei kann zunächst die Temperatur T des Zylinderkopfes ab­ gefragt werden. Liegt diese Temperatur unterhalb einer ersten Soll­ temperatur T_SOLL1 (Zweig 30), wird in einer nachgeschalteten Drehzahlabfrage die Istdrehzahl n mit einer oberen Grenz­ drehzahl n₄ (etwa 11 000/min) verglichen. Liegt die Istdreh­ zahl n unterhalb der Grenzdrehzahl n₄, wird die Austastrate τ zu 1 gesetzt und der Zündzeitpunkt nach der Kurve Zzp3 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 n₄, wird der Zweig 32 durchlaufen und der auf dem Zählerstand Z₀ ste­ hende Zähler um eine Einheit auf Z₀-1 verringert. Ist der Zählerstand größer "NULL", wird der Zweig 32a durchlaufen und die Zündung erfolgt weiterhin mit τ=1 und einem aus der Kurve Zzp3 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 n₄ 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 32b durchlaufen, in dem zunächst die Differenzdrehzahl Δn₂=Höchstdrehzahl n₅ minus Istdrehzahl n berechnet wird. Der Zündzeitpunkt wird dann nach der Formel

Zzp4 = B + k₃Δn₂ + k₄∫Δn₂dt

bestimmt, wobei B, k₃ und k₄ regler- und motorspezifische Konstanten sind. Auch in der Hochdrehzahlregelschaltung 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 + k₅Δn₂ + k₆∫Δn₂dt

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

Mit den so errechneten und gesetzten Werten Zzp4 und τ 5 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 32b pro Kurbelwellenumdrehung durchlaufen wird. Erst wenn die Istdrehzahl n wieder unterhalb der Grenzdrehzahl n₄ liegt und die Zylinderkopftemperatur noch nicht größer als T_SOLL1 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 32b vorgesehenen Abfrage der Höchstdrehzahl (Entscheidungsraute 41) kann auch festge­ stellt werden, ob der Vergaser des Motors richtig einge­ stellt ist. Wird der Parallelzweig 32a 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 32b durchlaufen. Dabei wird zu­ nächst der abgespeicherte Drehzahlwert n_max mit einer zu­ lässigen Soll-Höchstdrehzahl n_maxSoll verglichen. Liegt der Drehzahlwert innerhalb eines Toleranzbandes 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_SOLL1 überschrit­ ten, wird der Zweig 33 der Hochdrehzahlregelschaltung durch­ fahren, in dem die Isttemperatur T mit einer Höchsttempera­ tur T_SOLL2 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 Zzp1 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_SOLL2, erfolgt wieder eine Drehzahlüberprüfung, bei der die Ist­ drehzahl n mit der maximalen Drehzahl n₃ (etwa 13 000/min) verglichen wird. Ist die Istdrehzahl n größer als die maxi­ male Drehzahl n₃, wird die Austastrate τ auf Null gesetzt, die Zündung also ausgeschaltet (Zweig 35). Liegt die Ist­ drehzahl n dagegen noch unterhalb der Drehzahl n₃, wird die Austastrate zu 1 gesetzt und der Zündzeitpunkt aus der Kurve Zzp1 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 z. B. durch den Stellungssen­ sor 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 Zzp3 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 Stellungssensors 10 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 (10)

1. Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für den Zweitaktmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes wie Motorkettensäge oder dergleichen, mit einer Zündkerze (2), die über einen Schalter (14) mit einer Spannungs­ quelle (16) verbunden ist, und mit einer den Schalter (14) betätigenden elektronischen Steuerschaltung (15), die in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels und weiterer Betriebsparameter wie der Drehzahl des Motors den Schal­ ter (14) schließt und einen Zündfunken auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) eine Leerlaufregelschaltung (Fig. 2) und eine Hochdrehzahl­ regelschaltung (Fig. 3) aufweist, und die Leerlaufregel­ schaltung (Fig. 2) im Regelbereich der Leerlaufdrehzahl den Zündzeitpunkt (Zzp2) nach der Gleichung Zzp2=A+k₁Δn₁+k₂∫Δn₁dtbestimmt, wobei A, k₁ und k₂ regler- und motorspezifische Konstanten sind und Δn₁ die Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl (n₂) und der Ist-Drehzahl (n) angibt und die Hochdrehzahlregelschaltung (Fig. 3) im Re­ gelbereich der zulässigen Höchstdrehzahl den Zündzeit­ punkt (Zzp4) nach der BeziehungZzp4=B+k₃Δn₂+k₄∫Δn₂dtbestimmt, wobei B, k₃ und k₄ regler- und motorspezifische Konstanten sind und Δn₂ und die Drehzahldifferenz zwi­ schen der Soll-Höchstdrehzahl (n₅) und der Ist-Drehzahl (n) ist.

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

3. Zündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Parallelzweig (32a) 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 (32b) umgeschaltet wird.

4. Zündschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelzweig (32a) in Abhängigkeit eines Betriebspara­ meters des Verbrennungsmotors, vorzugsweise der Zylin­ derkopftemperatur, sperrbar ist.

5. Zündschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Durchlaufen des Parallelzweiges (32a) anstehende Höchst­ drehzahl (n_max) abgespeichert wird und bei Durchlaufen des Regelzweiges (32b) die Höchstdrehzahl (n_max) mit einer zulässigen Höchstdrehzahl (n_maxSoll) verglichen wird, und bei einer zulässigen Abweichung eine Anzeige (A) angesteuert ist.

6. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) in Abhängigkeit der erfaßten Be­ triebsparameter eine oder mehrere Zündungen unterdrückt, derart, daß eine Austastrate (n) zwischen "Null" (Zün­ dung ausgeschaltet) und "EINS" (Zündung eingeschaltet) frei einstellbar ist.

7. Zündschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufregelschaltung (Fig. 2) die Austastrate (τ) zu Null setzt, wenn die Ist-Drehzahl (n) größer als die zulässige maximale Leerlaufdrehzahl (n₆) ist (Zweig 21).

8. Zündschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leer­ laufregelschaltung (Fig. 2) im Regelbereich der Leerlauf­ drehzahl eine vorgebbare Austastrate kleiner oder gleich "1" fest aufschaltet.

9. Zündschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdrehzahlregelschaltung (Fig. 3) im Regelbereich der zulässigen Höchstdrehzahl die Austastrate (τ 5) nach der Beziehung τ₅ = C + k₅Δn₂ + k₆∫Δn₂dtbestimmt, wobei C, k₅ und k₆ regelungs- und motorspezi­ fische Kenndaten sind und Δn₂ die Drehzahldifferenz zwischen der Soll-Höchstdrehzahl (n₅) und der Ist-Dreh­ zahl (n) ist.

10. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer minimalen Startdrehzahl (n₀) die Austastrate zu "Null" gesetzt ist.