EP2955354B1 - Verfahren zur steuerung der drehzahlbegrenzung eines verbrennungsmotors - Google Patents

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EP2955354B1
EP2955354B1 EP15001954.5A EP15001954A EP2955354B1 EP 2955354 B1 EP2955354 B1 EP 2955354B1 EP 15001954 A EP15001954 A EP 15001954A EP 2955354 B1 EP2955354 B1 EP 2955354B1
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EP
European Patent Office
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speed
combustion engine
internal combustion
engine
signal
Prior art date
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Active
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EP15001954.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2955354A1 (de
Inventor
Fabian Gwosdz
Claus Naegele
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Andreas Stihl AG and Co KG
Original Assignee
Andreas Stihl AG and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2955354A1 publication Critical patent/EP2955354A1/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
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F02D31/007—Electric control of rotation speed controlling fuel supply
    • F02D31/009—Electric control of rotation speed controlling fuel supply for maximum speed control
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the speed limitation of an internal combustion engine in a hand-held implement according to the preamble of claim 1.
  • Portable, hand-held implements such as motorized chain saws, power cutters, hedge trimmers, brush cutters, blowers or the like are usually driven by an internal combustion engine, which must be taken on site via a starting device in operation.
  • the z. B. may be a recoil starter, the engine is placed in a start mode, d. h., the fuel supply and the combustion air supply adjusted accordingly. This can be z. B. done by the adjustment of a choke or throttle in the intake.
  • the clutch usually a centrifugal clutch, engages above an engagement speed and separates the work tool from the drive below the engagement speed.
  • a speed lock circuit is provided which keeps the instantaneous speed of the engine electronically below the engagement speed, preferably below a limit speed of the speed lock circuit forces.
  • the speed control device When the speed lock circuit is activated, the speed control device will permanently try by regulating interventions to keep the speed below the predetermined limit speed of the speed lock circuit. Therefore, after the startup phase has elapsed, the speed lock circuit must be turned off so that the user can use the entire engine speed band for work.
  • the invention has for its object to provide a method which causes without additional sensors with little technical effort to turn off a speed lock circuit.
  • the object is achieved in that a deactivation signal for switching off the speed lock circuit is generated and applied only when an operating change signal of the internal combustion engine is detected, so the operating state of the engine is changed.
  • the operation change signal is derived from the frequency of the control actions of the speed control means for maintaining the limit speed of the speed lock circuit.
  • the speed control circuit will have a control activity when the instantaneous speed approaches the limit speed. H. Make a higher number of control actions into the ignition than when the instantaneous speed is significantly below the limit speed. If the instantaneous speed exceeds the limit speed, the control activity, i. H. the number of control interventions are extremely high.
  • an operation change signal may be derived to generate and apply the deactivation signal for the speed lock circuit.
  • the number of control interventions is monitored over time; If the number of control interventions per unit of time exceeds a predetermined value, this is an indicator that the user has given full throttle and requires the entire speed range. Thus, if the predetermined value of the control interventions per unit time is exceeded, the system outputs an operating change signal, which leads to the shutdown of the speed lock circuit.
  • the deactivation signal is generated only when a predeterminable time has elapsed after the start of the internal combustion engine. This will ensure that the internal combustion engine has reached a stable operating condition before the entire speed band is released.
  • a hand-held implement 1 is shown using the example of a motor chain saw.
  • This portable, hand-held implement 1 is exemplary of other portable, hand-held implements such.
  • cutters As cutters, hedge trimmers, brushcutter, pruners, blowers or the like.
  • the illustrated implement 1 has a housing 31, which essentially serves to receive an internal combustion engine 8.
  • the engine 8 is a one-cylinder two-stroke engine; training as a one-cylinder four-stroke engine may be appropriate.
  • the implement 1 has a arranged in the longitudinal direction of the housing 31 rear handle 2 and a front, bow-shaped handle 3, which extends transversely to the longitudinal direction of the housing 31 via the top thereof.
  • the front handle 3, a hand guard 32 is assigned as a trigger of a safety brake device not shown in the illustrated embodiment, a motor chain saw.
  • a guide rail 34 is fixed on the side opposite the handle 2, in the circumferential groove of a saw chain 35 out is.
  • the saw chain 35 is driven by a not shown drive pinion and a clutch 33 from a crankshaft 13 of the engine 8.
  • the crankshaft 13 is connected via a connecting rod 11 with a piston 10 in connection, which limits a combustion chamber 22 in the cylinder 9 of the internal combustion engine 8.
  • the necessary for the operation of the engine fuel / air mixture is sucked through an intake passage 38 into the crankcase 12 of the engine 8 and ignited in the combustion chamber 22 via a spark plug 23.
  • the fuel / air mixture is provided by a fuel system 40 which is received in an air filter box 4 of the housing 31 and fed from a fuel tank 41.
  • a throttle lever 5 for controlling the rotational speed of the engine 8 is provided on the inside; on the gas lever 5 opposite longitudinal side of the handle 2, a throttle lever lock 7 is arranged.
  • the throttle lever 5 can be operated only when the throttle lock 7 is depressed.
  • a mode selector 39 is provided which can assume operating positions such as “stop”, “operation”, “start” or the like.
  • the engine is switched to the respective corresponding operating state.
  • the internal combustion engine is started by a recoil starter 6, which - in a known manner - engages one end of the crankshaft 13 and rotates it to start the internal combustion engine 8.
  • Fig. 2 an internal combustion engine is shown in the basic structure of the engine 8 in the hand-held implement after Fig. 1 equivalent.
  • a fuel valve 17 is provided which opens into an overflow channel 20 of the two-stroke engine.
  • the volume of the crankcase 12 is connected via two symmetrically arranged overflow channels 20 and 21 with the combustion chamber 22.
  • the combustion air sucked into the crankcase 12 via an inlet 16 is conveyed into the combustion chamber 22 and, together with the fuel introduced into the overflow channel 20, is conveyed into the combustion chamber 22.
  • the mixture is ignited by the spark plug 23, wherein during the downward stroke of the piston 10, the outlet 19 opens and the combustion gases via a silencer 36 (FIGS. Fig. 1 ) dissipates.
  • the spark plug 23 is connected to an ignition device 30, which triggers a spark on the spark plug 23 as a function of the signals of an ignition module 24 and other variables.
  • the ignition module 24 cooperates with a rotating fan wheel 15, which is fastened on one end of the crankshaft 13 and correspondingly has circulating magnets for induction of the ignition energy in the ignition module 24.
  • a generator 14 which may also provide the energy required for ignition of the spark plug 23.
  • the alternator 14 is connected to the ignition device 30 and feeds the alternating current signals into the ignition device 30.
  • the generator 14 also provides a speed signal available, whereby the instantaneous speed n of the crankshaft 13 and the engine 8 is reported to the ignition device 30.
  • the adjoining an intake port 16 of the engine 8 opens into the crankcase 12 and is controlled by the reciprocating piston 10.
  • a position sensor 26 is arranged, the z. B. at fully open throttle emits an operating change signal and thus indicates a change in the operating state of the engine 8.
  • a position sensor 28 can be arranged on the choke flap, which, for example, emits an operating change signal when the choke is closed and thus indicates an operating change, namely the operating mode "Start". If the position sensor 28 is assigned to the open position of the choke flap, the operating change signal is emitted when the choke flap is in its inoperative position, ie the engine experiences no start enrichment, thus running in the normal operating mode.
  • a sensor 29 may be arranged on the mode selector 39, which emits a respective operating change signal when the mode selector 39 is switched in its operating mode.
  • Operating change signals can also be generated if z. B. in the intake passage 38, a sensor, for. B. a pressure sensor 37 is attached.
  • the prevailing in the intake negative pressure can be immediately close to the operating state of the engine, so that when a significant pressure change occurs, for. B. falling below a predetermined pressure value, an operation change signal is issued.
  • the throttle lever 5 a position sensor 25 and the throttle lock 7 to a position sensor 27, wherein both sensors 25 and 27 respectively when operating the respective lever emit a signal which is evaluated as an operating change signal.
  • the ignition device 30 includes a speed control device 50, which is associated with a speed lock circuit 51.
  • a speed control device 50 By means of the speed control device 50, unacceptable speed states of the internal combustion engine 8 are to be avoided. So z. B. via the speed control device 50, the maximum speed of the engine 8 is set as well as an idle speed of the engine.
  • the speed lock circuit 51 specifies a limit speed n G , over which the speed should not increase, in particular at the start of the engine 8.
  • the predetermined limit speed n G is below an engagement speed of the clutch 33, which is designed in particular as a centrifugal clutch.
  • the centrifugal clutch produces a drive connection with the working tool of the implement 1 as a function of the engine speed, wherein a torque-transmitting drive connection with the crankshaft 13 is established above an engagement speed of the clutch 33.
  • a torque-transmitting drive connection with the crankshaft 13 is established above an engagement speed of the clutch 33.
  • Below the Einkuppelprintiere the drive connection is interrupted, so that the working tool is.
  • the working tool does not start uncontrollably.
  • engages the speed lock circuit whose Limit speed n G with a safety margin below the Einkuppelprintiere the centrifugal clutch is. This ensures that at fixed start settings, the engine 8 does not run above the limit speed.
  • the speed lock circuit 51 is only in the operation of the internal combustion engine, d. H. after completion of the starting phase of the internal combustion engine, switched off by generating a deactivation signal.
  • the deactivation signal is z. B. generated by the speed control device 50 when an operating change signal of the implement is detected, so there is a change in the operating mode of the implement.
  • the speed lock circuit 51 is initially turned on.
  • the speed lock circuit 51 thus provides the speed control device 50 with a limit speed nG.
  • the speed control device ensures that the instantaneous speed n remains below the limit speed n G.
  • the sensors 25, 26, 27, 28, 37 output operation change signals indicative of a change in the operating state of the internal combustion engine.
  • the signal of the sensor 25 is processed as an operation change signal in the speed control device 50 and in the speed lock circuit 51 and in response to the speed lock circuit 51 is turned off. The user has the full speed bandwidth of the internal combustion engine available for his work.
  • the speed lock circuit 51 After the speed lock circuit 51 is turned off, it is constantly checked whether the engine is still in operation. Turns off the user, the machine, the speed lock circuit 51 is immediately activated, so that at a next start of the engine, the speed lock circuit 51 limits the allowable speed back to the limit speed no below the Einkuppelprintiere the clutch 33.
  • the position sensor 26 will output an operation change signal when the throttle is moved from the neutral position or is in the full throttle position.
  • the sensor 28 on the choke valve outputs an operation change signal when the choke flap is moved to its open position. Accordingly, upon return of a mode selector from the start mode to the operation mode, the sensor 29 may output an operation change signal which results in turning off the speed lock circuit.
  • a pressure sensor 37 which detects the Ansaugunterdruck in the intake passage 38 and emits an operating change signal in the presence of a corresponding operating pressure, which leads to a deactivation signal which is used to switch off the speed lock circuit.
  • a pressure sensor 37 which detects the Ansaugunterdruck in the intake passage 38 and emits an operating change signal in the presence of a corresponding operating pressure, which leads to a deactivation signal which is used to switch off the speed lock circuit.
  • the pressure conditions will change so, for. B. the negative pressure in the intake and / or sink significantly in the crankcase, indicating the change in the operating mode of the engine. This can be evaluated accordingly and generated according to an operating change signal.
  • the speed control device 50 has a system-related control range, within which a change in the speed in a certain bandwidth is possible. So z. B. the firing angle can be changed as little as any an amount of fuel supplied via a valve. This means that even a speed control device 50 has system-related control limits above which a reasonable regulation is no longer possible.
  • This circumstance can be used to detect the change made by a user of the operating state. Namely, the speed lock circuit 51 is turned on, the speed control device 50 is in their starting position throttle and choke flap their task fair and keep the instantaneous speed n of the engine 8 below the limit speed nG. If the user is full throttle when the speed lock circuit 51 is switched on, then such a high energy input into the internal combustion engine 8 occurs that its instantaneous speed n increases despite the switched-on speed lock circuit 51 and engagement of the speed control device 50 via the limit speed n G. In full throttle position of the throttle lever 5 and the throttle valve 18, the speed control device is no longer able to keep the instantaneous speed n below the limit speed.
  • the speed control circuit will continue to intervene to lower the speed; However, this will not be completely possible due to the design of the overall system.
  • This exceeding of the instantaneous speed n of the internal combustion engine 8 over the limit speed nG of the speed lock circuit 51 is detected and derived from the operating change signal, which - see. Fig. 3 - leads to a deactivation signal for the speed lock circuit 51.
  • the system can recognize that the user is using the machine on the job and turning off the speed lock circuit 51.
  • the operating change signal is generated when the instantaneous speed n of the internal combustion engine 8 is more than 20%, in particular more than 50%, above the limit speed of the rotational speed blocking circuit 51.
  • An operation change signal may also be derived from the increase in instantaneous speed n over time. If the user suddenly gives full throttle, the speed increase of the instantaneous speed n, ie the speed increase over a unit of time, will be significantly steeper than when the engine is idling. In a simple way, the slope, ie the mathematically first derivative of the course of the instantaneous speed over time, ie .DELTA.n / .DELTA.t monitored.
  • an operating change signal is the monitoring of the control activity of the speed control device itself.
  • the operating state of the internal combustion engine can be derived from the frequency of the control interventions of the speed control device for maintaining the limit speed of the speed lock circuit.
  • the speed control circuit will have a control activity when the instantaneous speed of the internal combustion engine approaches the limit speed. H. Make a higher number of control actions into the ignition than when the instantaneous speed is significantly below the limit speed. If the instantaneous speed exceeds the limit speed, the control activity, i. H. the number of control interventions, extremely high.
  • an operation change signal may be derived to generate and apply the deactivation signal for the speed lock circuit.
  • the number of control interventions is monitored over time; If the number of control interventions per unit of time exceeds a predetermined value, this is an indicator that the user has given full throttle and requires the entire speed range. Thus, if the predetermined value of the control interventions per unit time is exceeded, the system outputs an operation change signal, which leads to the shutdown of the speed lock circuit 51.
  • the operating change signal may be advantageous, in the presence of the operating change signal, to generate the deactivation signal for the rotational speed blocking circuit 51 only when a predetermined time has elapsed after the start of the internal combustion engine. In the same way, it may be expedient to generate the deactivation signal only when the operating change signal is present for a predetermined period of time. In a development of the invention, the operating change signal can also form the deactivation signal.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahlbegrenzung eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Tragbare, handgeführte Arbeitsgeräte wie Motorkettensägen, Trennschleifer, Heckenscheren, Freischneider, Blasgeräte oder dgl. werden meist von einem Verbrennungsmotor angetrieben, der vor Ort über eine Starteinrichtung in Betrieb genommen werden muss. Vor Betätigung der Starteinrichtung, die z. B. ein Seilzugstarter sein kann, wird der Verbrennungsmotor in einen Startmodus versetzt, d. h., die Kraftstoffzufuhr und die Verbrennungsluftzufuhr entsprechend eingestellt. Dies kann z. B. durch die Verstellung einer Chokeklappe oder einer Drosselklappe im Ansaugkanal erfolgen.
  • Läuft der Verbrennungsmotor nach mehreren Starthüben an, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors in der Startphase nicht über die Einkuppeldrehzahl der Kupplung ansteigt, über die das Arbeitswerkzeug angetrieben ist. Die Kupplung, meist eine Fliehkraftkupplung, kuppelt oberhalb einer Einkuppeldrehzahl ein und trennt unterhalb der Einkuppeldrehzahl das Arbeitswerkzeug vom Antrieb. Um sicherzustellen, dass in der Startphase des Verbrennungsmotors dessen Drehzahl nicht über die Einkuppeldrehzahl ansteigt, ist eine Drehzahlsperrschaltung vorgesehen, die die Momentandrehzahl des Verbrennungsmotors elektronisch unterhalb der Einkuppeldrehzahl hält, vorzugsweise unterhalb eine Grenzdrehzahl der Drehzahlsperrschaltung zwingt.
  • Bei eingeschalteter Drehzahlsperrschaltung wird die Drehzahlsteuereinrichtung durch Regeleingriffe permanent versuchen, die Drehzahl unterhalb der vorgegebenen Grenzdrehzahl der Drehzahlsperrschaltung zu halten. Daher muss, nach Ablauf der Startphase, die Drehzahlsperrschaltung ausgeschaltet werden, damit der Benutzer das gesamte Drehzahlband des Verbrennungsmotors für den Arbeitseinsatz nutzen kann.
  • Aus der EP 2 087 973 A1 ist das Einschalten einer Drehzahlsperrschaltung in Abhängigkeit des Signals eines Sensors einer Bremseinrichtung bekannt. Es soll so ein Start des Verbrennungsmotors mit offener Bremseinrichtung vermieden werden. Auf welche Weise eine aktiv geschaltete Drehzahlsperrschaltung zu deaktivieren ist, wird nur beispielhaft erläutert, z. B. durch ein Zeitglied, eine vom Benutzer zu betätigende Drucktaste oder durch das Signal eines Sensors am Gashebel.
  • Nach der WO 2009/085006 A1 wird vorgeschlagen, zur Deaktivierung einer Drehzahlsperrschaltung Ereignisse zu erfassen, die eine bestimmte Abfolge aufweisen müssen. So muss zur Deaktivierung erst ein "high state" des Verbrennungsmotors und danach ein "low state" des Verbrennungsmotors festgestellt werden, um die Drehzahlsperrschaltung auszuschalten. Alternativ soll der Benutzer einen Knopf oder einen Hebel betätigen, um die Drehzahlsperrschaltung abzuschalten.
  • In der US 2010/0012084 A1 werden weitere Szenarien vorgeschlagen, nach deren Auftreten eine Deaktivierung der Drehzahlsperrschaltung zugelassen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches ohne zusätzliche Sensoren mit geringem technischen Aufwand das Ausschalten einer Drehzahlsperrschaltung bewirkt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Deaktivierungssignal zum Abschalten der Drehzahlsperrschaltung erst dann generiert und angewendet wird, wenn ein Betriebsänderungssignal des Verbrennungsmotors festgestellt wird, also der Betriebszustand des Verbrennungsmotors geändert ist.
  • Erfindungsgemäß wird das Betriebsänderungssignal aus der Häufigkeit der Regeleingriffe der Drehzahlsteuereinrichtung zum Einhalten der Grenzdrehzahl der Drehzahlsperrschaltung abgeleitet. Die Drehzahlsteuerschaltung wird bei eingeschalteter Drehzahlsperrschaltung bei Annäherung der Momentandrehzahl an die Grenzdrehzahl eine Regelaktivität aufweisen, d. h. eine höhere Anzahl an Regeleingriffen in die Zündung ausführen, als wenn die Momentandrehzahl deutlich unterhalb der Grenzdrehzahl liegt. Übersteigt die Momentandrehzahl die Grenzdrehzahl, wird die Regelaktivität, d. h. die Anzahl der Regeleingriffe extrem hoch liegen. Aus der Überwachung der Regelaktivität kann somit ein Betriebsänderungssignal abgeleitet werden, um das Deaktivierungssignal für die Drehzahlsperrschaltung zu generieren und anzuwenden.
  • Dadurch ist ohne größeren technischen Aufwand die Möglichkeit geschaffen, die Drehzahlsperrschaltung zu deaktivieren, sobald der Benutzer Vollgas gibt.
  • In einfacher Weise wird die Anzahl der Regeleingriffe über der Zeit überwacht; übersteigt die Anzahl der Regeleingriffe pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Wert, ist dies ein Indikator dafür, dass der Benutzer Vollgas gegeben hat und den gesamten Drehzahlbereich verlangt. Wird somit der vorgegebene Wert der Regeleingriffe pro Zeiteinheit überschritten, gibt das System ein Betriebsänderungssignal ab, welches zur Abschaltung der Drehzahlsperrschaltung führt.
  • Vorteilhaft wird das Deaktivierungssignal erst dann erzeugt, wenn eine vorgebbare Zeit nach dem Start des Verbrennungsmotors abgelaufen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor einen stabilen Betriebszustand erreicht hat, bevor das gesamte Drehzahlband freigegeben wird.
  • Es kann auch zweckmäßig sein, das Deaktivierungssignal erst dann zu erzeugen, wenn das Betriebsänderungssignal für eine vorgegebene Zeitspanne anliegt.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Seitenansicht eine Motorkettensäge mit einem Verbrennungsmotor,
    Fig. 2
    eine Prinzipdarstellung einer teilgeschnittenen Motoreinheit für handgetragene Arbeitsgeräte nach Fig. 1,
    Fig. 3
    in schematischer Darstellung ein Ablaufdiagramm zur Betriebsweise einer Drehzahlsperrschaltung.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein handgeführtes Arbeitsgerät 1 am Beispiel einer Motorkettensäge dargestellt. Dieses tragbare, handgeführte Arbeitsgerät 1 steht beispielhaft für andere tragbare, handgeführte Arbeitsgeräte wie z. B. Trennschleifer, Heckenscheren, Freischneider, Hochentaster, Blasgeräte oder dgl.
  • Das dargestellte Arbeitsgerät 1 weist ein Gehäuse 31 auf, das im Wesentlichen der Aufnahme eines Verbrennungsmotors 8 dient. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor 8 ein einzylindriger Zweitaktmotor; eine Ausbildung als einzylindriger Viertaktmotor kann zweckmäßig sein.
  • Das Arbeitsgerät 1 weist einen in Längsrichtung des Gehäuses 31 angeordneten hinteren Handgriff 2 sowie einen vorderen, bügelartigen Handgriff 3 auf, der sich quer zur Längsrichtung des Gehäuses 31 über dessen Oberseite erstreckt. Dem vorderen Handgriff 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel einer Motorkettensäge ein Handschutz 32 als Auslöser einer nicht näher dargestellten Sicherheitsbremseinrichtung zugeordnet.
  • In Längsrichtung des Gehäuses 31 ist auf der dem Handgriff 2 gegenüberliegenden Seite eine Führungsschiene 34 festgelegt, in deren umlaufender Nut eine Sägekette 35 geführt ist. Die Sägekette 35 ist über ein nicht näher dargestelltes Antriebsritzel und eine Kupplung 33 von einer Kurbelwelle 13 des Verbrennungsmotors 8 angetrieben. Die Kurbelwelle 13 steht über ein Pleuel 11 mit einem Kolben 10 in Verbindung, der einen Brennraum 22 im Zylinder 9 des Verbrennungsmotors 8 begrenzt. Das zum Betrieb des Verbrennungsmotors notwendige Kraftstoff/Luft-Gemisch wird über einen Ansaugkanal 38 in das Kurbelgehäuse 12 des Verbrennungsmotors 8 angesaugt und im Brennraum 22 über eine Zündkerze 23 gezündet. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird von einem Kraftstoffsystem 40 bereitgestellt, welches in einem Luftfilterkasten 4 des Gehäuses 31 aufgenommen ist und aus einem Kraftstofftank 41 gespeist wird.
  • Im hinteren Handgriff 2 des Arbeitsgerätes 1 ist auf der Innenseite ein Gashebel 5 zur Steuerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 8 vorgesehen; auf der dem Gashebel 5 gegenüberliegenden Längsseite des Handgriffs 2 ist eine Gashebelsperre 7 angeordnet. Der Gashebel 5 kann nur dann betätigt werden, wenn die Gashebelsperre 7 niedergedrückt ist.
  • Ferner ist im Bereich des Gashebels 5 am Gehäuse 31 ein Betriebsartensteller 39 vorgesehen, der Betriebsstellungen wie "Stopp", "Betrieb", "Start" oder dgl. einnehmen kann. Über den Betriebsartensteller 39 wird der Verbrennungsmotor in den jeweils entsprechenden Betriebszustand geschaltet.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Verbrennungsmotor durch einen Seilzugstarter 6 gestartet, der - in bekannter Weise - an einem Ende der Kurbelwelle 13 angreift und diese zum Start des Verbrennungsmotors 8 dreht.
  • In Fig. 2 ist ein Verbrennungsmotor dargestellt, der im Grundaufbau dem Verbrennungsmotor 8 in dem handgeführten Arbeitsgerät nach Fig. 1 entspricht. Anstelle des Kraftstoffsystems 40 am Ansaugkanal 38 ist zum Einbringen von Kraftstoff im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Kraftstoffventil 17 vorgesehen, welches in einen Überströmkanal 20 des Zweitaktmotors mündet. In der dargestellten Stellung des Kolbens 10 nahe dem unteren Totpunkt ist das Volumen des Kurbelgehäuses 12 über je zwei symmetrisch angeordnete Überströmkanäle 20 und 21 mit dem Brennraum 22 verbunden. Über die Überströmkanäle 20 und 21 wird die über einen Einlass 16 in das Kurbelgehäuse 12 angesaugte Verbrennungsluft in den Brennraum 22 gefördert und - zusammen mit dem in den Überströmkanal 20 eingebrachten Kraftstoff - in den Brennraum 22 gefördert. Dort wird das Gemisch von der Zündkerze 23 gezündet, wobei beim Abwärtshub des Kolbens 10 der Auslass 19 öffnet und die Verbrennungsgase über einen Schalldämpfer 36 (Fig. 1) abführt. Die Zündkerze 23 ist mit einer Zündeinrichtung 30 verbunden, die in Abhängigkeit der Signale eines Zündmoduls 24 und anderen Variablen einen Zündfunken an der Zündkerze 23 auslöst. Das Zündmodul 24 arbeitet mit einem rotierenden Lüfterrad 15 zusammen, welches auf dem einen Ende der Kurbelwelle 13 befestigt ist und entsprechend umlaufende Magnete zur Induktion der Zündenergie im Zündmodul 24 aufweist.
  • Es kann zweckmäßig sein, auf der Kurbelwelle 13 des Verbrennungsmotors 8 einen Generator 14 anzuordnen, der ebenfalls die zur Zündung von der Zündkerze 23 benötigte Energie bereitstellen kann. Der Wechselstromgenerator 14 ist mit der Zündeinrichtung 30 verbunden und speist die Wechselstromsignale in die Zündeinrichtung 30 ein. Der Generator 14 stellt ferner ein Drehzahlsignal zur Verfügung, wodurch die Momentandrehzahl n der Kurbelwelle 13 bzw. des Verbrennungsmotors 8 an die Zündeinrichtung 30 gemeldet wird.
  • Der an einen Ansaugkanal anschließende Einlass 16 des Verbrennungsmotors 8 mündet in das Kurbelgehäuse 12 und ist von dem auf- und abgehenden Kolben 10 gesteuert. An der Drosselklappe 18 ist ein Stellungssensor 26 angeordnet, der z. B. bei vollständig geöffneter Drosselklappe ein Betriebsänderungssignal abgibt und damit eine Änderung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 8 anzeigt.
  • In gleicher Weise kann an der Chokeklappe ein Stellungssensor 28 angeordnet sein, der beispielhaft bei geschlossenem Choke ein Betriebsänderungssignal abgibt und damit eine Betriebsänderung, nämlich den Betriebsmodus "Start" anzeigt. Wird der Stellungssensor 28 der geöffneten Stellung der Chokeklappe zugeordnet, wird das Betriebsänderungssignal dann abgegeben, wenn die Chokeklappe in ihrer Außerbetriebsstellung liegt, der Motor also keine Startanreicherung erfährt, somit im normalen Betriebsmodus läuft.
  • Entsprechend kann am Betriebsartensteller 39 ein Sensor 29 angeordnet sein, der jeweils ein Betriebsänderungssignal abgibt, wenn der Betriebsartensteller 39 in seinem Betriebsmodus umgeschaltet wird.
  • Betriebsänderungssignale können auch generiert werden, wenn z. B. im Ansaugkanal 38 ein Sensor, z. B. ein Drucksensor 37 angebracht wird. Der im Ansaugkanal herrschende Unterdruck lässt unmittelbar auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors schließen, so dass bei einer auftretenden signifikanten Druckänderung, z. B. Unterschreiten eines vorgegebenen Druckwertes, ein Betriebsänderungssignal abgegeben wird.
  • Vorteilhaft weist der Gashebel 5 einen Stellungssensor 25 und die Gashebelsperre 7 einen Stellungssensor 27 auf, wobei beide Sensoren 25 und 27 jeweils beim Betätigen des jeweiligen Hebels ein Signal abgeben, welches als Betriebsänderungssignal ausgewertet wird.
  • Die Zündeinrichtung 30 umfasst eine Drehzahlsteuereinrichtung 50, der eine Drehzahlsperrschaltung 51 zugeordnet ist. Mittels der Drehzahlsteuereinrichtung 50 sollen unzulässige Drehzahlzustände des Verbrennungsmotors 8 vermieden werden. So wird z. B. über die Drehzahlsteuereinrichtung 50 die Höchstdrehzahl des Verbrennungsmotors 8 ebenso eingestellt wie eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors. Die Drehzahlsperrschaltung 51 gibt eine Grenzdrehzahl nG vor, über die die Drehzahl insbesondere beim Start des Verbrennungsmotors 8 nicht ansteigen soll. Die vorgegebene Grenzdrehzahl nG liegt unterhalb einer Einkuppeldrehzahl der Kupplung 33, die insbesondere als Fliehkraftkupplung ausgebildet ist. Die Fliehkraftkupplung stellt in Abhängigkeit der Motordrehzahl eine Antriebsverbindung mit dem Arbeitswerkzeug des Arbeitsgerätes 1 her, wobei oberhalb einer Einkuppeldrehzahl der Kupplung 33 eine drehmomentübertragende Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle 13 hergestellt ist. Unterhalb der Einkuppeldrehzahl ist die Antriebsverbindung unterbrochen, so dass das Arbeitswerkzeug steht. Insbesondere beim Start des Verbrennungsmotors mittels eines Seilzugstarters 6 ist gefordert, dass das Arbeitswerkzeug nicht unkontrolliert anläuft. Hier greift die Drehzahlsperrschaltung, deren Grenzdrehzahl nG mit einem Sicherheitsabstand unterhalb der Einkuppeldrehzahl der Fliehkraftkupplung liegt. Damit ist sichergestellt, dass bei festen Starteinstellungen der Verbrennungsmotor 8 nicht über die Grenzdrehzahl hochläuft.
  • Die Drehzahlsperrschaltung 51 wird erst im Betrieb des Verbrennungsmotors, d. h. nach Abschluss der Startphase des Verbrennungsmotors, durch Erzeugen eines Deaktivierungssignals abgeschaltet. Das Deaktivierungssignal wird z. B. von der Drehzahlsteuereinrichtung 50 dann generiert, wenn ein Betriebsänderungssignal des Arbeitsgerätes festgestellt wird, also eine Änderung des Betriebsmodus des Arbeitsgerätes vorliegt.
  • Eine derartige permanente Abfrage, die in der Drehzahlsteuereinrichtung 50 ablaufen kann, ist in Fig. 3 dargestellt.
  • Die Drehzahlsperrschaltung 51 ist zunächst eingeschaltet. Die Drehzahlsperrschaltung 51 gibt damit der Drehzahlsteuereinrichtung 50 eine Grenzdrehzahl nG vor.
  • Nunmehr wird der Verbrennungsmotor 8 - über den Seilzugstarter 6 - gestartet, wobei die Momentandrehzahl n des Verbrennungsmotors permanent überwacht wird. Dabei stellt die Drehzahlsteuereinrichtung sicher, dass die Momentandrehzahl n unterhalb der Grenzdrehzahl nG verweilt.
  • Nach dem Start des Verbrennungsmotors wird permanent überwacht, ob eine Betriebsänderung festgestellt werden kann. Wie vorstehend beschrieben, geben die Sensoren 25, 26, 27, 28, 37 Betriebsänderungssignale ab, die auf eine Änderung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors schließen lassen. So geht das System beim Betätigen des Gashebels 5 und einem entsprechenden Signal des Stellungssensors 25 davon aus, dass der Benutzer den Verbrennungsmotor beschleunigen will, um eine Arbeit auszuführen. Das Signal des Sensors 25 wird als Betriebsänderungssignal in der Drehzahlsteuereinrichtung 50 bzw. in der Drehzahlsperrschaltung 51 verarbeitet und als Reaktion die Drehzahlsperrschaltung 51 ausgeschaltet. Dem Benutzer steht die volle Drehzahlbandbreite des Verbrennungsmotors für seine Arbeit zur Verfügung.
  • Nachdem die Drehzahlsperrschaltung 51 ausgeschaltet ist, wird permanent überprüft, ob der Verbrennungsmotor noch in Betrieb ist. Schaltet der Benutzer die Maschine aus, wird die Drehzahlsperrschaltung 51 sofort aktiv geschaltet, so dass bei einem nächsten Start des Verbrennungsmotors die Drehzahlsperrschaltung 51 die zulässige Drehzahl wieder auf die Grenzdrehzahl no unterhalb der Einkuppeldrehzahl der Kupplung 33 begrenzt.
  • In entsprechender Weise wird der Stellungssensor 26 ein Betriebsänderungssignal abgeben, wenn die Drosselklappe aus der Leerlaufstellung bewegt wird oder in der Vollgasstellung liegt. Der Sensor 28 an der Chokeklappe gibt ein Betriebsänderungssignal ab, wenn die Chokeklappe in ihre Offenstellung überführt wird. Entsprechend kann der Sensor 29 bei Rückstellung eines Betriebsartenstellers aus dem Startmodus in den Betriebsmodus ein Betriebsänderungssignal abgeben, welches zum Ausschalten der Drehzahlsperrschaltung führt.
  • Neben Stellungssensoren kann auch zweckmäßig ein Drucksensor 37 verwendet werden, der den Ansaugunterdruck im Ansaugkanal 38 erfasst und bei Vorliegen eines entsprechenden Betriebsdruckes ein Betriebsänderungssignal abgibt, welches zu einem Deaktivierungssignal führt, das zur Ausschaltung der Drehzahlsperrschaltung angewendet wird. Im Leerlauf herrschen andere Druckverhältnisse im Ansaugkanal und auch im Kurbelgehäuse als unter Volllast, so dass eine signifikante Druckänderung ausreichend ist, um auf einen geänderten Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu schließen. Gibt der Benutzer Vollgas, werden sich die Druckverhältnisse derart ändern, z. B. der Unterdruck im Ansaugkanal und/oder im Kurbelgehäuse stark sinken, was die Änderung des Betriebsmodus des Verbrennungsmotors anzeigt. Dies kann entsprechend ausgewertet und entsprechend ein Betriebsänderungssignal erzeugt werden.
  • Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit einer sensorlosen Erfassung der Änderung des Betriebszustandes. Die Drehzahlsteuereinrichtung 50 hat einen systembedingten Regelbereich, innerhalb dem eine Änderung der Drehzahl in einer bestimmten Bandbreite möglich ist. So kann z. B. der Zündwinkel ebenso wenig beliebig verändert werden wie eine über ein Ventil zugeführte Kraftstoffmenge. Dies bedeutet, dass auch eine Drehzahlsteuereinrichtung 50 systembedingte Regelgrenzen hat, oberhalb derer eine vernünftige Regelung nicht mehr möglich ist.
  • Dieser Umstand kann dazu genutzt werden, die von einem Benutzer vorgenommene Änderung des Betriebszustandes zu erkennen. Ist nämlich die Drehzahlsperrschaltung 51 eingeschaltet, so wird die Drehzahlsteuereinrichtung 50 bei in Startstellung stehender Drosselklappe und Chokeklappe ihrer Aufgabe gerecht und die Momentandrehzahl n des Verbrennungsmotors 8 unterhalb der Grenzdrehzahl nG halten. Gibt der Benutzer bei eingeschalteter Drehzahlsperrschaltung 51 Vollgas, so erfolgt ein derartig hoher Energieeintrag in den Verbrennungsmotor 8, dass dessen Momentandrehzahl n trotz eingeschalteter Drehzahlsperrschaltung 51 und Eingriff der Drehzahlsteuereinrichtung 50 über die Grenzdrehzahl nG ansteigt. In Vollgasstellung des Gashebels 5 bzw. der Drosselklappe 18 ist die Drehzahlsteuereinrichtung nicht mehr in der Lage, die Momentandrehzahl n unterhalb der Grenzdrehzahl zu halten. Zwar wird die Drehzahlsteuerschaltung weiter eingreifen, um die Drehzahl zu senken; dies wird aufgrund der Auslegung des Gesamtsystems aber nicht mehr vollständig möglich sein. Dieses Überschreiten der Momentandrehzahl n des Verbrennungsmotors 8 über die Grenzdrehzahl nG der Drehzahlsperrschaltung 51 wird erkannt und hieraus das Betriebsänderungssignal abgeleitet, welches - vgl. Fig. 3 - zu einem Deaktivierungssignal für die Drehzahlsperrschaltung 51 führt. Ohne Sensor kann das System somit erkennen, dass der Benutzer die Maschine im Arbeitseinsatz nutzt und die Drehzahlsperrschaltung 51 abschalten. In einfacher Weise wird das Betriebsänderungssignal dann erzeugt, wenn die Momentandrehzahl n des Verbrennungsmotors 8 um mehr als 20%, insbesondere mehr als 50% oberhalb der Grenzdrehzahl der Drehzahlsperrschaltung 51 liegt.
  • Ein Betriebsänderungssignal kann auch aus dem Anstieg der Momentandrehzahl n über der Zeit abgeleitet werden. Gibt der Benutzer plötzlich Vollgas, wird der Drehzahlanstieg der Momentandrehzahl n, also der Drehzahlhub über einer Zeiteinheit, deutlich steiler sein als im Leerlauf der Maschine. In einfacher Weise wird die Steigung, also die mathematisch erste Ableitung des Verlaufs der Momentandrehzahl über der Zeit, d. h. Δn/Δt überwacht.
  • Liegt ein signifikant steiler Drehzahlanstieg vor, ist also der mathematische Wert Δn/Δt größer als ein vorgegebener Schwellwert, wird ein Betriebsänderungssignal generiert, welches zum Deaktivierungssignal für die Drehzahlsperrschaltung 51 führt.
  • Eine weitere technisch einfache Möglichkeit der Ableitung eines Betriebsänderungssignals ist die Überwachung der Regelaktivität der Drehzahlsteuereinrichtung selbst. Aus der Häufigkeit der Regeleingriffe der Drehzahlsteuereinrichtung zum Einhalten der Grenzdrehzahl der Drehzahlsperrschaltung kann der Betriebszustand des Verbrennungsmotors abgeleitet werden. Die Drehzahlsteuerschaltung wird bei eingeschalteter Drehzahlsperrschaltung bei Annäherung der Momentandrehzahl des Verbrennungsmotors an die Grenzdrehzahl eine Regelaktivität aufweisen, d. h. eine höhere Anzahl an Regeleingriffen in die Zündung ausführen, als wenn die Momentandrehzahl deutlich unterhalb der Grenzdrehzahl liegt. Übersteigt die Momentandrehzahl die Grenzdrehzahl, wird die Regelaktivität, d. h. die Anzahl der Regeleingriffe, extrem hoch liegen. Aus der Überwachung der Regelaktivität kann somit ein Betriebsänderungssignal abgeleitet werden, um das Deaktivierungssignal für die Drehzahlsperrschaltung zu generieren und anzuwenden. In einfacher Weise wird die Anzahl der Regeleingriffe über der Zeit überwacht; übersteigt die Anzahl der Regeleingriffe pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Wert, ist dies ein Indikator dafür, dass der Benutzer Vollgas gegeben hat und den gesamten Drehzahlbereich verlangt. Wird somit der vorgegebene Wert der Regeleingriffe pro Zeiteinheit überschritten, gibt das System ein Betriebsänderungssignal ab, welches zur Abschaltung der Drehzahlsperrschaltung 51 führt.
  • Es kann vorteilhaft sein, bei Vorliegen des Betriebsänderungssignals das Deaktivierungssignal für die Drehzahlsperrschaltung 51 erst dann zu erzeugen, wenn eine vorgegebene Zeit nach dem Start des Verbrennungsmotors abgelaufen ist. In gleicher Weise kann es zweckmäßig sein, das Deaktivierungssignal erst dann zu generieren, wenn das Betriebsänderungssignal für eine vorgegebene Zeitspanne anliegt. In Weiterbildung der Erfindung kann das Betriebsänderungssignal zugleich das Deaktivierungssignal bilden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahlbegrenzung eines Verbrennungsmotors (8) in einem handgeführten Arbeitsgerät (1), insbesondere einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einer Heckenschere, einem Freischneider, einem Blasgerät oder dgl.,
    - wobei ein Zylinder (9) des Verbrennungsmotors (8) einen von einem Kolben (10) begrenzten Brennraum (22) aufweist und der Kolben (10) über ein Pleuel (11) eine Kurbelwelle (13) antreibt, und mit einer im Brennraum (22) angeordneten Zündkerze (23), die von einer Zündeinrichtung (30) angesteuert ist,
    - und die Kurbelwelle (13) über eine in Abhängigkeit der Motordrehzahl (n) schließende Kupplung (33) ein Arbeitswerkzeug antreibt, wobei oberhalb einer Einkuppeldrehzahl der Kupplung (33) eine Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle (13) hergestellt ist und unterhalb der Einkuppeldrehzahl die Antriebsverbindung unterbrochen ist,
    - sowie mit einer Drehzahlsteuereinrichtung (50) für die Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (8), umfassend eine Drehzahlsperrschaltung (51), die die Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors auf eine Grenzdrehzahl (nG) unterhalb der Einkuppeldrehzahl begrenzt,
    - wobei zum Start des Verbrennungsmotors (8) die Drehzahlsperrschaltung (51) eingeschaltet ist und die Drehzahlsperrschaltung (51) erst im Betrieb des Verbrennungsmotors (8) nach Erzeugen eines Deaktivierungssignals abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Deaktivierungssignal zur Abschaltung der aktiven Drehzahlsperrschaltung (51) dann generiert wird, wenn ein Betriebsänderungssignal des Verbrennungsmotors (8) festgestellt wird,
    - und das Betriebsänderungssignal des Verbrennungsmotors (8) aus der Überwachung der Regelaktivität der Drehzahlsteuereinrichtung (50) zum Einhalten der Grenzdrehzahl (nG) der Drehzahlsperrschaltung (51) abgeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass dann ein Betriebsänderungssignal zur Abschaltung der Drehzahlsperrschaltung (51) abgeleitet wird, wenn ein vorgegebener Wert der Regeleingriffe pro Zeiteinheit überschritten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Deaktivierungssignal erst dann erzeugt wird, wenn eine vorgegebene Zeit nach dem Start abgelaufen ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Deaktivierungssignal erst dann erzeugt wird, wenn das Betriebsänderungssignal für eine vorgegebene Zeitspanne anliegt.
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