[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem
handgeführten Arbeitsgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
[0002] Es ist bekannt, bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Zweitaktmotoren, einen
Drucksensor im Kurbelgehäuse vorzusehen, der im Betrieb Daten liefert, die zur Steuerung
des Verbrennungsmotors, beispielsweise zur Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge,
zur Steuerung des Einspritzzeitpunkts und zur Steuerung des Zündzeitpunkts herangezogen
werden. Die
DE 10 2008 019 088 A1 zeigt einen derartigen Verbrennungsmotor. Hier wird der Drucksensor im Kurbelgehäuse
genutzt, um festzulegen, zu welchen Zeitpunkten das Dosierventil, das den Kraftstoff
ins Kurbelgehäuse zuführt, geöffnet und geschlossen wird.
[0003] Aus der
US 7,536,983 B2 ist ebenfalls ein Zweitaktmotor mit einem Drucksensor bekannt, der den Kurbelgehäusedruck
erfasst. Der Kurbelgehäusedruck wird im Betrieb genutzt, um den Luftmassenstrom durch
den Brennraum und daraus die zuzuführende Menge an Kraftstoff zu ermitteln.
[0004] Verbrennungsmotoren, beispielsweise Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten
können in unterschiedlichen Höhenlagen eingesetzt werden. Aufgrund der Höhenunterschiede
ändert sich der Umgebungsdruck. Das unterschiedliche Druckniveau des Umgebungsdrucks
muss bei der Ansteuerung des Verbrennungsmotors, insbesondere bei der Bestimmung der
zuzuführenden Kraftstoffmenge, berücksichtigt werden. Bei bekannten Geräten erfolgt
dies durch entsprechende Stellschrauben an einem Vergaser des Verbrennungsmotors,
die vom Benutzer einzustellen sind.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
in einem handgeführten Arbeitsgerät zu schaffen, das eine Ermittlung des Umgebungsdrucks
ohne zusätzliche Sensoren ermöglicht.
[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0007] Es ist vorgesehen, zur Ermittlung des Umgebungsdrucks den ohnehin vorhandenen Kurbelgehäusedrucksensor
zu nutzen. Dadurch kann ein zusätzlicher Sensor zur Ermittlung des Umgebungsdrucks
entfallen. Aus mindestens einem über den Kurbelgehäusedrucksensor gemessenen Druckwert
kann der Umgebungsdruck ermittelt werden.
[0008] Vorteilhaft wird der Kurbelgehäusedruck zu einem Zeitpunkt gemessen, zu dem im Kurbelgehäuse
etwa Umgebungsdruck herrscht. Dadurch wird als Druckwert direkt der Umgebungsdruck
gemessen. Zusätzliche Schritte zur Ermittlung des Umgebungsdrucks aus dem gemessenen
Druckwert können dadurch entfallen.
[0009] Vorteilhaft wird der Kurbelgehäusedruck beim Startvorgang des Verbrennungsmotors
bei drehender Kurbelwelle vor der ersten Verbrennung gemessen. Dabei ist insbesondere
vorgesehen, dass der Kurbelgehäusedrucksensor während der Messung ausschließlich über
die Kurbelwelle mit Energie versorgt wird. Dadurch ist kein separater Energiespeicher,
der vor dem Starten des Verbrennungsmotors Energie für den Kurbelgehäusedrucksensor
zur Verfügung stellt, wie beispielsweise eine Batterie oder ein Akku, notwendig. Insbesondere
werden der Kurbelgehäusedrucksensor und die Auswerteeinrichtung ausschließlich über
die Bewegung der Kurbelwelle mit Energie versorgt. Dadurch ist eine Druckmessung vor
Beginn des Startvorgangs, also bevor die Kurbelwelle beginnt sich zu drehen, nicht
möglich, da dann noch keine Energie für die Druckmessung zur Verfügung steht. Sobald
eine Verbrennung im Brennraum stattgefunden hat, ändert sich das Druckniveau im Brennraum
und über die Überströmkanäle auch das Druckniveau im Kurbelgehäuse. Dadurch, dass
der Druckwert beim Startvorgang vor der ersten Verbrennung gemessen wird, ist sichergestellt,
dass das Druckniveau sich noch nicht aufgrund einer bereits stattgefundenen Verbrennung
verändert hat. Die Druckmessung erfolgt dabei vorteilhaft, sobald der Kurbelgehäusedrucksensor
mit ausreichend Energie für die Messung versorgt ist.
[0010] Das Kurbelgehäuse ist in einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich mit der Umgebung
verbunden, wenn die Einlassöffnung geschlossen und das Kurbelgehäuse über mindestens
einen Überströmkanal mit dem Brennraum verbunden ist, und wenn die Auslassöffnung
offen ist. Über die Überströmkanäle, den Brennraum und die Auslassöffnung besteht
eine Verbindung des Kurbelgehäuses zur Umgebung. Dadurch stellt sich im Kurbelgehäuse
ein Druck ein, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt werden kann. Der Kurbelgehäusedruck,
aus dem der Umgebungsdruck ermittelt wird, wird insbesondere im ersten Kurbelwellenwinkelbereich
gemessen. Vorteilhaft stellt sich im Kurbelgehäuse mindestens in einem Teil des ersten
Kurbelwellenwinkelbereichs der Umgebungsdruck ein. Aufgrund von Drosselstellen im
Strömungsweg kann sich im Kurbelgehäuse jedoch auch ein Druckwert ergeben, der vom
Umgebungsdruck abweicht. Aus dem gemessenen Druckwert kann der Umgebungsdruck ermittelt
werden, beispielsweise durch Berechnung.
[0011] In einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich ist das Kurbelgehäuse über die Einlassöffnung
ins Kurbelgehäuse zur Umgebung offen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Messung
des Kurbelgehäusedrucks, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt wird, im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich
erfolgt. Auch in diesem Kurbelwellenwinkelbereich stellt sich im Kurbelgehäuse ein
Druck ein, aus dem der Umgebungsdruck ermittelt werden kann.
[0012] Vorteilhaft besitzt der Verbrennungsmotor einen Luftfilter, über den die Verbrennungsluft
angesaugt wird. Insbesondere wird aus mindestens einem ermittelten Wert für den Umgebungsdruck
der Verschmutzungsgrad des Luftfilters ermittelt. Es kann auch ermittelt werden, ob
ein Luftfilter vorhanden ist oder beispielsweise vom Bediener vergessen wurde. Zur
Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters ist vorteilhaft vorgesehen, dass
der Kurbelgehäusedruck auch bei Volllast des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Der
Verschmutzungsgrad des Luftfilters wird vorteilhaft aus dem insbesondere beim Startvorgang
ermittelten Umgebungsdruck und dem Kurbelgehäusedruck bei Volllast ermittelt. Der
Verschmutzungsgrad des Luftfilters kann beispielsweise aus dem Verhältnis des Umgebungsdrucks
zum Kurbelgehäusedruck bei Vollast oder aus der Differenz von Umgebungsdruck und Kurbelgehäusedruck
bei Volllast ermittelt werden. Auch eine andere Art der Ermittlung des Verschmutzungsgrads
des Luftfilters aus den beiden genannten Druckwerten kann vorteilhaft sein. Es kann
auch vorgesehen sein, den Verschmutzungsgrad des Luftfilters über eine einzelne Druckmessung
zu ermitteln. Beim Startvorgang und auch im Leerlauf sind die Strömungsgeschwindigkeiten
im Ansaugtrakt noch vergleichsweise klein. Der Verschmutzungsgrad des Luftfilters
wirkt sich bei diesen Betriebszuständen nicht wesentlich auf den Kurbelgehäusedruck
aus. Bei Volllast stellt die Verschmutzung des Luftfilters eine zusätzliche Drosselung
des Luftpfads dar, die sich deutlich auf den sich einstellenden Kurbelgehäusedruck
auswirkt. Das Verhältnis des Umgebungsdrucks zum Kurbelgehäusedruck bei Volllast lässt
deshalb Rückschlüsse auf den Verschmutzungsgrad des Luftfilters zu. Es kann auch vorgesehen
sein, einen anderen beim Startvorgang oder beim Leerlauf im Kurbelgehäusedruck gemessenen
Druckwert zur Bestimmung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters zu nutzen. Die Druckmessungen
im Kurbelgehäuse erfolgen dabei bei bestimmten Kurbelwellenwinkeln. Bei der Auswertung
des Druckverhältnisses wird der Kurbelwellenwinkel, zu dem die Druckmessung im Kurbelgehäuse
erfolgt, berücksichtigt. Die Druckmessung beim Startvorgang bzw. bei Leerlauf und
die Druckmessung bei Volllast erfolgen vorteilhaft beim gleichen Kurbelwellenwinkel.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass die Druckmessungen zu unterschiedlichen
Kurbelwellenwinkeln erfolgen.
[0013] Vorteilhaft erfolgt die Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters anhand
eines Vergleichs eines Soll-Luftaufwands mit einem Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors
bei Volllast. Der Luftaufwand des Verbrennungsmotors ist dabei die dem Verbrennungsmotor
zugeführte Verbrennungsluftmasse pro Zeit. Der Ist-Luftaufwand kann beispielsweise
wie in der
US 7,536,983 B2 beschrieben aus dem Druck im Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors ermittelt werden.
Der Soll-Luftaufwand kann beispielsweise über eine hinterlegte Kennlinie ermittelt
werden. Ist der Luftfilter stark verschmutzt, so ist der Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors
deutlich kleiner als der Soll-Luftaufwand. Der Soll-Luftaufwand ist abhängig von der
Höhenlage, in der der Verbrennungsmotor betrieben wird. Der Soll-Luftaufwand ist auch
abhängig von der Umgebungstemperatur. Vorteilhaft werden bei der Ermittlung des Soll-Luftaufwands
die Höhenlage und/oder die Umgebungstemperatur berücksichtigt. Der Einfluss von Höhenlage
und Umgebungstemperatur wird dabei vorteilhaft mindestens teilweise, insbesondere
vollständig kompensiert.
[0014] Der Verschmutzungsgrad kann dem Bediener beispielsweise über eine optische Anzeige
angezeigt werden. Der Bediener bzw. Servicemitarbeiter kann über den Verschmutzungsgrad
auch durch einen entsprechenden Eintrag in einem Diagnosespeicher bzw. beim Auslesen
des Diagnosespeichers des Arbeitsgeräts informiert werden. Es kann auch vorgesehen
sein, dem Bediener über das Verhalten des Verbrennungsmotors eine Rückmeldung zum
Verschmutzungsgrad des Luftfilters zu geben, beispielsweise über eine Leistungsreduzierung
des Verbrennungsmotors oder durch Abschalten des Verbrennungsmotors. Es kann auch
vorgesehen sein, den ermittelten Zustand des Luftfilters in einem Diagnosegerät bei
der Wartung des Arbeitsgeräts auszugeben und den Servicemitarbeiter zur Kontrolle
des Luftfilters aufzufordern.
[0015] Vorteilhaft besitzt der Verbrennungsmotor einen Generator zur Energieerzeugung. Der
Kurbelgehäusedrucksensor misst den Kurbelgehäusedruck vorteilhaft bei jedem Nulldurchgang
des Generatorsignals. Die gemessenen Druckwerte werden vorteilhaft zwischengespeichert,
insbesondere in der Auswerteeinrichtung des Verbrennungsmotors. Vorteilhaft wird die
ungefähre Drehlage der Kurbelwelle ermittelt und anhand der ermittelten Drehlage der
Kurbelwelle aus den zwischengespeicherten Druckwerten ein Messwert ausgewählt, der
in dem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich gemessen wurde. Dadurch kann die erste
Messung unmittelbar dann erfolgen, wenn ausreichend Energie zur Druckmessung zur Verfügung
steht. Mit der Druckmessung muss nicht gewartet werden, bis die Drehlage der Kurbelwelle
ermittelt wurde, sondern anhand der ermittelten Drehlage der Kurbelwelle wird rückwirkend
ermittelt, welcher der Druckwerte in dem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich liegt.
Da für die Druckmessung üblicherweise nur eine oder einige wenige Umdrehungen der
Kurbelwelle zur Verfügung stehen, bis die erste Verbrennung erfolgt, muss mit der
Druckmessung möglichst frühzeitig begonnen werden. Vorteilhaft wird die ungefähre
Stellung der Kurbelwelle über einen Kurbelwellensensor oder aus dem Signal des Generators
ermittelt. Die Ermittlung einer ungefähren Drehlage der Kurbelwelle ist für die Ermittlung
des Umgebungsdrucks aus dem Kurbelgehäusedruck ausreichend. Es kann jedoch auch vorgesehen
sein, die Drehlage der Kurbelwelle möglichst genau zu bestimmen. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, wenn eine Kenntnis der genauen Drehlage der Kurbelwelle für die Steuerung
des Verbrennungsmotors benötigt wird.
[0016] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht eines Trennschleifers,
- Fig. 2
- eine perspektivische, teilgeschnittene Darstellung des Verbrennungsmotors aus Fig.
1
- Fig. 3
- einen Schnitt durch den Verbrennungsmotor aus Fig. 2,
- Fig. 4
- den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks während der ersten sechs Umdrehungen der Kurbelwelle
beim Starten des Verbrennungsmotors,
- Fig. 5
- den Verlauf des Generatorsignals über dem Kurbelwellenwinkel,
- Fig. 6
- eine vergrößerte Darstellung des Verlaufs des Kurbelgehäusedrucks bei der ersten Umdrehung
der Kurbelwelle,
- Fig. 7
- eine schematische Darstellung des Verlaufs des Kurbelgehäusedrucks im Betrieb des
Verbrennungsmotors,
- Fig. 8
- ein Diagramm, das den Ablauf des Verfahrens zeigt.
[0017] In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel für ein handgeführtes Arbeitsgerät ein Trennschleifer
30 gezeigt. Anstatt bei einem Trennschleifer 30 kann der im Folgenden noch näher beschriebene
Verbrennungsmotor 1 auch bei anderen handgeführten Arbeitsgeräten wie beispielsweise
Motorsägen, Freischneidern oder dgl. eingesetzt werden.
[0018] Der Trennschleifer 30 besitzt ein Gehäuse 31, an dem ein hinterer Handgriff 32 und
ein Griffrohr 33 zum Führen des Trennschleifers 30 im Betrieb festgelegt sind. Am
Gehäuse 31 ist ein Ausleger 35 festgelegt, der nach vorne ragt und an dessen freiem
Ende eine Trennscheibe 34 rotierend gelagert ist. Die Trennscheibe 34 ist von dem
im Gehäuse 31 angeordneten Verbrennungsmotor 1 rotierend angetrieben. Der Verbrennungsmotor
1 ist als Zweitaktmotor ausgebildet. Der Verbrennungsmotor 1 kann jedoch auch ein
gemischgeschmierter Viertaktmotor sein. Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 dient
eine im Ausführungsbeispiel handbetätigte Anwerfvorrichtung, die über einen Anwerfgriff
36 zu bedienen ist. Die Anwerfvorrichtung ist als Seilstarteinrichtung ausgebildet.
Am Gehäuse 31 ist eine Anzeige 40 vorgesehen, die dazu dient, den Verschmutzungsgrad
eines Luftfilters des Verbrennungsmotors 1 anzuzeigen. Die Anzeige 40 kann beispielsweise
ein Display oder ein Leuchtmittel, insbesondere eine LED sein. Die Anzeige 40 kann
den Filterzustand zusätzlich oder alternativ zur optischen Anzeige auch akustisch
anzeigen. Vorteilhaft besitzt der Trennschleifer 30 einen Diagnosespeicher, beispielsweise
in einer Steuereinrichtung des Trennschleifers 30. In dem Diagnosespeicher kann der
Verschmutzungsgrad des Luftfilters abgespeichert und bei späterer Wartung von einem
Servicemitarbeiter ausgelesen werden. Es kann auch vorgesehen sein, den Bediener über
den Eintrag im Diagnosespeicher über den Verschmutzungsgrad des Luftfilters zu informieren.
[0019] In Fig. 2 ist der Verbrennungsmotor 1 im Einzelnen gezeigt. Der Verbrennungsmotor
1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum
3 ist von einem im Zylinder 2 hin- und hergehenden Kolben 5 begrenzt, der in Fig.
2 in seinem unteren Totpunkt gezeigt ist. Der Kolben 5 treibt über einen Pleuel 6
eine in einem Kurbelgehäuse 8 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. An der Kurbelwelle
7 ist ein Generator 24 festgelegt, der in Abhängigkeit der Drehbewegung der Kurbelwelle
7 Energie erzeugt. An der Kurbelwelle 7 ist außerdem ein Lüfterrad 25 festgelegt,
das zur Förderung von Kühlluft dient. Das Lüfterrad 25 besitzt an seinem Außenumfang
Magnete 27, die in einem am Außenumfang des Lüfterrads 25 angeordneten Zündmodul 26
die Zündspannung für eine in den Brennraum 3 ragende Zündkerze 48 generieren. Am Kurbelgehäuse
8 sind ein Kurbelgehäusedrucksensor 21 und ein Temperatursensor 22 angeordnet, die
Druck und Temperatur im Kurbelgehäuse 8 messen. Der Kurbelgehäusedrucksensor 21 und
der Temperatursensor 22 sind vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Der Kurbelgehäusedrucksensor 21 und der Temperatursensor 22 können auch in einem einzigen
Sensor integriert sein. Am Kurbelgehäuse 8 ist außerdem ein Kraftstoffventil 20 angeordnet,
das Kraftstoff in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 (Fig. 3) zuführt. Das Zündmodul 26,
der Generator 24, der Kurbelgehäusedrucksensor 21, der Temperatursensor 22 und das
Kraftstoffventil 20 sind mit einer Auswerteeinrichtung 23 verbunden. Die Auswerteeinrichtung
23 ist gleichzeitig die Steuereinrichtung des Verbrennungsmotors 1.
[0020] Zur Zufuhr von Verbrennungsluft besitzt der Zweitaktmotor 1 einen Ansaugkanal 19,
der mit einer Einlassöffnung 9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 mündet. Die Einlassöffnung
9 ist vom Kolben 5 schlitzgesteuert. Im Ansaugkanal 19 ist eine Drosselklappe 13 mit
einer Drosselwelle 14 schwenkbar gelagert. Die Stellung der Drosselklappe 13 wird
über einen Drosselhebel 16 von einem vom Bediener zu betätigenden Gashebel 49 (Fig.
1) des Trennschleifers 30 eingestellt. Die Stellung der Drosselwelle 14 wird von einem
Drosselsensor 15 überwacht, der ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 23 verbunden
ist. Im unteren Totpunkt des Kolbens 5 ist der Kurbelgehäuseinnenraum 4 mit dem Brennraum
3 über Überströmkanäle 11 verbunden.
[0021] Fig. 3 zeigt den Aufbau des Verbrennungsmotors 1 im Einzelnen. Es ist ein Überströmkanal
11 vorhanden, der sich in mehrere Äste aufteilt und mit mehreren Überströmfenstern
12 in den Brennraum 3 mündet. Über den Überströmkanal 11 strömt aus dem Kurbelgehäuseinnenraum
4 vorkomprimiertes Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Brennraum 3 ein. Die Kurbelwelle
7 ist um eine Drehachse 28 drehbar. Die Drehstellung der Kurbelwelle 7 um die Drehachse
28 wird mit einem Kurbelwellenwinkel α gemessen Im oberen Totpunkt des Kolbens 5 entspricht
der Kurbelwellenwinkel α einem Winkel von 0°. Im unteren Totpunkt des Kolbens 5 ist
der Kurbelgehäuseinnenraum 4 über den Überströmkanal 11 mit dem Brennraum 3 verbunden.
Aus dem Brennraum 3 führt eine Auslassöffnung 10, die vom Kolben 5 schlitzgesteuert
ist. Im unteren Totpunkt ist die Auslassöffnung 20 vom Kolben 5 geöffnet. Der Kurbelwellenwinkel
α beträgt 180°. Der obere Totpunkt des Kolbens ist in Fig. 3 durch einen Kolben 5'
angedeutet. In dieser Kolbenstellung ist die Auslassöffnung 10 verschlossen, und die
Überströmfenster 12 sind vom Kolben 5' ebenfalls verschlossen. Die Einlassöffnung
9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 ist geöffnet, so dass der Kurbelgehäuseinnenraum
4 über die Einlassöffnung 9 mit der Umgebung verbunden ist. Wie Fig. 3 zeigt, wird
die Verbrennungsluft über einen Luftfilter 17 in den Ansaugkanal 19 angesaugt. Das
Filtermaterial des Luftfilters 17 trennt den Kurbelgehäuseinnenraum 4 von der Umgebung.
Ebenso kann die Drosselklappe 13 eine Drosselstelle darstellen. Die Drosselklappe
13 ist in einem Drosselgehäuse 18 gelagert, das am Einlassstutzen des Zylinders 2
fixiert ist.
[0022] Wie Fig. 3 auch zeigt, besitzt das Kurbelgehäuse 8 eine Montageöffnung 39, in der
der Kurbelgehäusedrucksensor 21 und der Temperatursensor 22 angeordnet werden. Außerdem
ist ein Halter 29 am Kurbelgehäuse 8 angeordnet, der eine Aufnahme 37 für das Kraftstoffventil
20 besitzt. Kraftstoff aus dem Kraftstoffventil 37 strömt über einen im Halter 29
ausgebildeten Verbindungskanal 38 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 ein.
[0023] Im Betrieb wird im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 Verbrennungsluft über
die Einlassöffnung 9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 4 angesaugt. Über das Kraftstoffventil
20 (Fig. 2) wird Kraftstoff in die Verbrennungsluft zudosiert. Beim Abwärtshub des
Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Kurbelgehäuseinnenraum 4 komprimiert.
Sobald die Überströmfenster 12 beim Abwärtshub des Kolbens 5 vom Kolben 5 geöffnet
werden, strömt das vorkomprimierte Gemisch aus dem Kurbelgehäuseinnenraum 4 über den
Überströmkanal 11 in den Brennraum 3 ein. Dort wird das Gemisch bei der folgenden
Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 komprimiert und im Bereich des oberen Totpunkts des
Kolbens 5 von der Zündkerze 48 (Fig. 2) gezündet. Wenn eine Verbrennung im Brennraum
3 erfolgt, wird der Kolben 5 in Richtung auf seinen unteren Totpunkt beschleunigt.
Sobald der Kolben 5 die Auslassöffnung 10 öffnet, entweichen die Abgase aus dem Brennraum
3, insbesondere in einen an der Auslassöffnung 10 angeordneten Abgasschalldämpfer.
[0024] Fig. 4 zeigt den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks p
KGH beim Startvorgang. Der Kurbelgehäusedruck p
KGH ist dabei ab dem Beginn der Bewegung der Kurbelwelle 7 aufgrund des Ziehens des Bedieners
am Anwerfgriff 36 gezeigt. Der Kurbelgehäusedruck p
KGH ist dabei relativ zum Umgebungsdruck p
U eingezeichnet. Zu Beginn des Anwerfhubs steht der Kolben 5 kurz vor dem oberen Totpunkt.
Der Kurbelgehäusedruck p
KGH steigt an, wenn sich der Kolben in Richtung auf den unteren Totpunkt bewegt. Vor
Erreichen des unteren Totpunkts öffnet zunächst die Auslassöffnung 10 zum Zeitpunkt
AÖ. Sobald die Auslassöffnung 10 öffnet, strömt Abgas aus dem Brennraum 3 aus. Sobald
sich die Überströmfenster 12 zum Zeitpunkt ÜÖ öffnen - das ist kurz vor Erreichen
des unteren Totpunkts -, sinkt der Kurbelgehäusedruck p
KGH bei der ersten Umdrehung U1 der Kurbelwelle 7 stark bis etwa auf Umgebungsdruck p
U ab, da die Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuseinnenraum 4 in den Brennraum 3 einströmen
kann. Nach dem unteren Totpunkt UT werden beim Aufwärtshub des Kolbens 5 zunächst
die Überströmöffnungen 12 zum Zeitpunkt ÜS geschlossen, und kurz darauf wird die Auslassöffnung
10 zum Zeitpunkt AS geschlossen. Kurz darauf öffnet die Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt
EÖ. Da der Kolben 5 sich sehr langsam bewegt, entsteht bei der Aufwärtsbewegung des
Kolbens 5 bis zum Erreichen des oberen Totpunkts OT nur ein geringer Unterdruck im
Kurbelgehäuseinnenraum 4. Während der zweiten Umdrehung U2 wird beim Abwärtshub des
Kolbens 5 zunächst ein Überdruck im Kurbelgehäuseinnenraum 4 erzeugt, der stark abfällt,
sobald die Überströmfenster 12 zum Zeitpunkt ÜÖ öffnen. Der Kurbelgehäusedruck p
KGH fällt bei geöffneten Überströmfenstern etwa auf Umgebungsdruck p
U ab. Zwischen dem Öffnen und Schließen der Überströmfenster 12 liegt ein Kurbelwellenwinkelbereich
41, während dem der Kurbelgehäuseinnenraum 4 über den Überströmkanal 11, den Brennraum
3 und die Auslassöffnung 10 mit der Umgebung verbunden ist. Die Verbindung kann dabei
über einen an der Auslassöffnung 10 angeordneten Abgasschalldämpfer hergestellt werden.
Da die Auslassöffnung 12 vor den Überströmfenstern 12 öffnet und nach den Überströmfenstern
12 schließt, ist die Auslassöffnung 10 immer geöffnet, wenn die Überströmfenster 12
geöffnet sind. Im Kurbelwellenwinkelbereich 41 herrscht im Kurbelgehäuse im Bereich
des unteren Totpunkts näherungsweise Umgebungsdruck p
U. In diesem Kurbelwellenwinkelbereich 41 kann der Umgebungsdruck p
U im Kurbelgehäuseinnenraum 4 direkt gemessen werden.
[0025] Nach Erreichen des unteren Totpunkts erzeugt der Kolben 5 einen Unterdruck im Kurbelgehäuseinnenraum
4, sobald die Überströmfenster 12 geschlossen sind und bis die Einlassöffnung 9 zum
Zeitpunkt EÖ öffnet, da der Kolben 5 sich nun ausreichend schnell bewegt. Jede Umdrehung
beginnt und endet dabei im oberen Totpunkt OT.
[0026] Zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT öffnet die Einlassöffnung
9 zum Zeitpunkt EÖ, wie in Fig. 4 für die erste Umdrehung U1 gezeigt ist. Nach dem
oberen Totpunkt schließt die Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt ES. In dem Kurbelwellenwinkelbereich
42, der zwischen dem Zeitpunkt EÖ und dem Zeitpunkt ES liegt, ist der Kurbelgehäuseinnenraum
4 über die Einlassöffnung 9 und den Luftfilter 17 mit der Umgebung verbunden. Während
dieser Zeitspanne herrscht im Kurbelgehäuseinnenraum 4 annähernd Umgebungsdruck, insbesondere
bei einem Kurbelwellenwinkel zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem Schließen der
Einlassöffnung 9 zum Zeitpunkt ES. In dieser Zeitspanne entspricht der über den Kurbelgehäusedrucksensor
21 gemessene Kurbelgehäusedruck p
KGH näherungsweise dem Umgebungsdruck p
U. Auch im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich kann ein Druckwert gemessen werden, aus
dem der Umgebungsdruck p
U ermittelt wird. Insbesondere wird der Kurbelgehäusedruck p
KGH zu einem Zeitpunkt gemessen, zu dem im Kurbelgehäuseinnenraum 4 Umgebungsdruck p
U herrscht, so dass der Umgebungsdruck p
U direkt gemessen werden kann.
[0027] In Fig. 4 sind außerdem eine dritte Umdrehung U3, eine vierte Umdrehung U4 und eine
fünfte Umdrehung U5 der Kurbelwelle 7 gezeigt. Während der vierten Umdrehung U4 findet
zum ersten Mal eine Verbrennung im Brennraum 3 statt. Wie Fig. 4 zeigt, verschiebt
sich aufgrund der Verbrennung das Druckniveau im Kurbelgehäuseinnenraum 4 sehr stark.
Im unteren Totpunkt herrscht bei der darauf folgenden fünften Umdrehung U5 kein Umgebungsdruck
p
U mehr, sondern ein deutlich höherer Druck. Die Messung des Umgebungsdrucks p
U ist bei den Umdrehungen der Kurbelwelle 7, bei denen noch keine Verbrennung erfolgt,
zweckmäßig.
[0028] Fig. 5 zeigt den Verlauf des Generatorsignals 47 als Spannung U über dem Kurbelwellenwinkel
α. Der Generator 24 besitzt sechs Polpaare. Das Generatorsignal 47 weist während einer
Umdrehung der Kurbelwelle 7 sechs sinusförmige Wellen auf. Das Generatorsignal 47
besitzt während einer Umdrehung der Kurbelwelle 7 insgesamt zwölf Nulldurchgänge.
Je nach Montage des Generators 24 an der Kurbelwelle 7 können die Nulldurchgänge des
Generatorsignals 47 dabei gegenüber der tatsächlichen Position der Kurbelwelle 7 verdreht
sein. Im Ausführungsbeispiel ist das Generatorsignal 47 um einen Kurbelwellenwinkel
α von 15° zur Drehlage der Kurbelwelle 7 verschoben, so dass Nulldurchgänge nicht
bei einem Kurbelwellenwinkel α von 30° und Vielfachem hiervon auftreten, sondern jeweils
15° Kurbelwellenwinkel α später.
[0029] Fig. 6 zeigt den Druckverlauf während der zweiten Umdrehung U2 der Kurbelwelle 7
nach dem Starten. Zum Zeitpunkt t
1, der beispielsweise einem Kurbelwellenwinkel α von 30° entsprechen kann, beginnt
das Energiemanagement der Auswerteeinrichtung 23. Die Energie wird zunächst der Auswerteeinrichtung
23 zur Verfügung gestellt. Zum Zeitpunkt t
2 steht im Ausführungsbeispiel ausreichend Energie zur Verfügung, um einen Mikroprozessor
der Auswerteeinrichtung 23 in Betrieb zu nehmen. Beim folgenden Nulldurchgang des
Generatorsignals 47 wird erstmals der Kurbelgehäusedruck p
KGH gemessen. Der gemessene Druckwert p
1 wird in der Auswerteeinrichtung 23 abgespeichert. Auch bei jedem folgenden Nulldurchgang
des Generatorsignals 47 wird der Kurbelgehäusedruck p
KGH gemessen. Die gemessenen Druckwerte p
2 bis p
9 werden ebenfalls in der Auswerteeinrichtung 23 abgespeichert. Die gemessenen Druckwerte
p
1 bis p
9 werden von der Auswerteeinrichtung ausgewertet.
[0030] Fig. 8 zeigt den Ablauf des Verfahrens. Im Verfahrensschritt 43 wird, sobald ausreichend
Energie für die Druckmessung zur Verfügung steht, also ab dem Zeitpunkt t
2, bei jedem Nulldurchgang des Generatorsignals 47 ein Druckwert p
1 bis p
9 gemessen und in der Auswerteeinrichtung 23 zwischengespeichert. Im Verfahrensschritt
44 wird die ungefähre Drehlage der Kurbelwelle 7, beispielsweise mit einem Kurbelwellenwinkelsensor
oder aufgrund des Verlaufs des Generatorsignals 47, ermittelt. Die Ermittlung der
Drehlage der Kurbelwelle 7 erfolgt nicht exakt. Eine Genauigkeit von beispielsweise
etwa 30° Kurbelwellenwinkel kann für die Ermittlung des Umgebungsdrucks p
U ausreichend sein.
[0031] Im Verfahrensschritt 45 wird aus den zwischengespeicherten Druckwerten p
1 bis p
9 ein Druckwert im ersten Kurbelwellenwinkelbereich 41 oder im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich
42 gewählt, der dem Umgebungsdruck p
U entspricht. Im Ausführungsbeispiel liegen die Druckwerte p
3, p
4 und p
5 im ersten Kurbelwellenwinkelbereich 41. Vorteilhaft wird der Druckwert p
3, also der etwa bei Erreichen des unteren Totpunkts UT gemessene Druckwert, ausgewählt.
Alternativ kann ein Druckwert im zweiten Kurbelwellenwinkelbereich 42 gewählt werden,
um den Umgebungsdruck p
U zu ermitteln. Dabei wird vorteilhaft ein Druckwert gewählt, der nach dem oberen Totpunkt
OT des Kolbens 5 ermittelt wurde, also während der vierten Umdrehung U4 der Kurbelwelle
7 (Fig. 4). Im Kurbelwellenwinkelbereich 42 ist die Einlassöffnung 9 geöffnet, und
die Überströmfenster 12 sind geschlossen, so dass der Kurbelgehäuseinnenraum 4 nur
über die Einlassöffnung 9 und den Luftfilter 17 mit der Umgebung in Verbindung steht.
Insbesondere die gegen Ende des zweiten Kurbelwellenwinkelbereichs 42 gemessenen Druckwerte
entsprechen etwa dem Umgebungsdruck p
U. Vorteilhaft wird anhand einer Kennlinie ein Soll-Luftaufwand des Verbrennungsmotors
1 bei Volllast ermittelt. Der ermittelte Umgebungsdruck p
U wird dabei vorteilhaft bei der Auswahl einer Kennlinie für den Soll-Luftaufwand genutzt.
Durch Berücksichtigung des Umgebungsdrucks p
U kann der Einfluss der Höhenlage, in der der Verbrennungsmotor 10 betrieben wird,
teilweise oder vollständig kompensiert werden. Der Luftaufwand ist dabei die Verbrennungsluftmasse,
die der Verbrennungsmotor 1 pro Zeiteinheit benötigt, also die durch den Brennraum
3 strömende Verbrennungsluftmasse bezogen auf die Zeit. Bei der Ermittlung des Soll-Luftaufwands
wird vorteilhaft zusätzlich oder alternativ zur Berücksichtigung der Höhenlage die
Umgebungstemperatur berücksichtigt und mindestens teilweise, insbesondere weitgehend
kompensiert.
[0032] Im Verfahrensschritt 46 wird der Verbrennungsmotor 1 entsprechend dem ermittelten
Umgebungsdruck p
U gesteuert.
[0033] Im Verfahrensschritt 51 wird ermittelt, ob ein Volllastzustand vorliegt, beispielsweise
anhand des Signals des Drosselsensors 15. Wenn ein Volllastzustand vorliegt, wird
der Kurbelgehäusedruck p
KGH gemessen, und aus dem Kurbelgehäusedruck p
KGH wird der tatsächliche Luftaufwand, also der Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors
1 ermittelt, beispielsweise über ein Kennfeld oder eine Berechnung.
[0034] Im Verfahrensschritt 51 werden Soll-Luftaufwand und Ist-Luftaufwand verglichen, und
aus der Differenz wird auf den Verschmutzungsgrad des Luftfilters 17 geschlossen.
Ist der Ist-Luftaufwand größer als der Soll-Luftaufwand, so ist kein Luftfilter vorhanden.
Der Verschmutzungsgrad des Luftfilters 17 kann dem Bediener angezeigt oder für die
Ausgabe bei einer späteren Wartung des Trennschleifers 30 abgespeichert werden. Auch
ein fehlender Luftfilter 17 kann dem Bediener angezeigt werden. Es kann auch vorgesehen
sein, dem Bediener eine Rückmeldung über den Zustand des Luftfilters 17 über das Verhalten
des Verbrennungsmotors 1 zu geben, beispielsweise durch Reduzieren der Leistung des
Verbrennungsmotors 1 oder durch Abschalten des Verbrennungsmotors 1.
[0035] Fig. 7 zeigt den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks p
KGH im Leerlauf. Im Leerlauf herrscht im Bereich des unteren Totpunkts UT im Kurbelgehäuseinnenraum
4 Umgebungsdruck p
U. Der Umgebungsdruck p
U herrscht im ersten Kurbelwellenwinkelbereich 41 in einem Bereich von etwa 150° Kurbelwellenwinkel
α bis zum Schließen der Überströmfenster 12 zum Zeitpunkt ÜS. Dadurch kann auch im
Leerlauf über den Kurbelgehäusedrucksensor 21 der Umgebungsdruck p
U ermittelt werden. Der Umgebungsdruck p
U kann dabei umso genauer bestimmt werden, je mehr Umdrehungen der Kurbelwelle 7 bei
der Messung des Kurbelgehäusedrucks p
KGH seit der letzten Verbrennung im Brennraum 3 vergangen sind. Unmittelbar nachdem eine
Verbrennung im Brennraum 3 stattgefunden hat, wird das Druckniveau im Kurbelgehäuseinnenraum
4 von der Verbrennung stark beeinflusst. Um diesen Einfluss zu verringern, ist es
zweckmäßig, die Druckmessung im Kurbelgehäuse 8 durchzuführen, nachdem zwei oder mehr
Umdrehungen der Kurbelwelle 7 stattgefunden haben, ohne dass eine Verbrennung im Brennraum
3 erfolgt ist. Um den Umgebungsdruck p
U möglichst genau zu bestimmen, kann vorgesehen sein, den ermittelten Druckwert über
mehrere Motorzyklen, also bei einem Zweitaktmotor über mehrere Umdrehungen der Kurbelwelle
7, zu mitteln.
[0036] Zur Bestimmung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters 17 wird der Kurbelgehäusedruck
p
KGH im Verfahrensschritt 51 bei Volllast gemessen. Vorteilhaft erfolgt die Druckmessung
immer beim gleichen Kurbelwellenwinkel α, beispielsweise etwa im unteren Totpunkt
UT, also bei einem Kurbelwellenwinkel α von etwa 180°. Aus dem Verhältnis des beim
Starten beispielsweise im unteren Totpunkt UT gemessenen Werts für den Kurbelgehäusedruck
p
KGH, der etwa dem Umgebungsdruck p
U entspricht, und dem bei Volllast bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel α, beispielsweise
ebenfalls im unteren Totpunkt UT gemessenen Wert für den Kurbelgehäusedruck p
KGH kann der Verschmutzungsgrad des Luftfilters 17 ermittelt werden. Das ermittelte Druckverhältnis
wird vorteilhaft mit einem zulässigen Wert verglichen. Alternativ kann die Druckdifferenz
zwischen Umgebungsdruck p
U und dem Kurbelgehäusedruck p
KGH bei Volllast ermittelt werden. Auch eine andere Auswertung der Druckwerte, insbesondere
eine Berechnung oder die zu Fig. 8 beschriebene Auswertung von Ist-Luftaufwand und
Soll-Luftaufwand, kann zur Ermittlung des Verschmutzungsgrads des Luftfilters 17 vorteilhaft
sein. Wird eine übermäßige Verschmutzung des Luftfilters 17 festgestellt, wird dem
Bediener vorteilhaft über die Anzeige 40 angezeigt, dass der Luftfilter 17 zu reinigen
ist.
[0037] Es kann vorteilhaft sein, dass der Verbrennungsmotor 1 eine Energiequelle wie beispielsweise
eine Batterie, einen Akku oder dgl. besitzt, die bereits vor dem Starten des Verbrennungsmotors
1 Energie bereitstellt. Bei einem Arbeitsgerät, bei dem bereits Energie bereitsteht,
bevor die Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 1 sich zu drehen beginnt, kann die
Messung eines Druckwerts im Kurbelgehäuse bereits vor dem Starten des Verbrennungsmotors
1, also bevor die Kurbelwelle 7 sich dreht, erfolgen. Vor dem Starten herrscht im
Kurbelgehäuseinnenraum 4 vorteilhaft Umgebungsdruck, so dass der Umgebungsdruck p
U vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 im Kurbelgehäuseinnenraum 4 unmittelbar
gemessen werden kann.
1. Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (1) in einem handgeführten Arbeitsgerät,
wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Zylinder (2) besitzt, in dem ein Brennraum (3)
ausgebildet ist, der von einem hin- und hergehenden Kolben (5) begrenzt ist, wobei
der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (8) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) antreibt,
mit einer Einlassöffnung (9) für Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse (8), mit einer
Auslassöffnung (10) aus dem Brennraum (3), und mit mindestens einem Überströmkanal
(11), der das Kurbelgehäuse (8) im Bereich des unteren Totpunkts (UT) des Kolbens
(5) mit dem Brennraum (3) verbindet, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Kurbelgehäusedrucksensor
(21) zur Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH), Mittel zur Erfassung der Drehlage der Kurbelwelle (7) und eine Auswerteeinrichtung
(23), die die Messwerte des Kurbelgehäusedrucksensors (21) auswertet, besitzt,
dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kurbelgehäusedrucksensor (21) ein Kurbelgehäusedruck (pKGH) gemessen wird, aus dem der Umgebungsdruck (pU) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusedruck (pKGH) zu einem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem im Kurbelgehäuse (8) etwa Umgebungsdruck
(pU) herrscht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusedruck (pKGH), aus dem der Umgebungsdruck (pU) ermittelt wird, beim Startvorgang des Verbrennungsmotors (1) bei drehender Kurbelwelle
(7) vor der ersten Verbrennung gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusedrucksensor (21) während der Messung ausschließlich über die Bewegung
der Kurbelwelle (7) mit Energie versorgt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) erfolgt, sobald der Kurbelgehäusedrucksensor (21) mit ausreichend Energie für die
Messung versorgt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) in einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich (41) erfolgt, in dem die Einlassöffnung
(9) geschlossen und das Kurbelgehäuse (8) über mindestens einen Überströmkanal (11)
mit dem Brennraum (3) verbunden ist und in dem die Auslassöffnung (10) offen ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) in einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich (42) erfolgt, in dem die Einlassöffnung
(9) offen ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Luftfilter (17) besitzt, über den die Verbrennungsluft
angesaugt wird, und dass aus mindestens einem ermittelten Wert für den Umgebungsdruck
(pU) der Verschmutzungsgrad des Luftfilters (17) ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei Volllast des Verbrennungsmotors (1) gemessen wird und dass der Verschmutzungsgrad
des Luftfilters (17) aus dem Umgebungsdruck (pU) und dem Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei Volllast ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Luftaufwand des Verbrennungsmotors (1) bei Volllast ermittelt wird, dass
aus dem Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei Volllast ein Ist-Luftaufwand des Verbrennungsmotors (1) bei Volllast ermittelt
wird, und dass aus der Differenz von Ist-Luftaufwand und Soll-Luftaufwand der Verschmutzungsgrad
des Luftfilters (17) ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Generator (24) zur Energieerzeugung besitzt, dass
der Kurbelgehäusedrucksensor (21) den Kurbelgehäusedruck (pKGH) bei jedem Nulldurchgang des Generatorsignals (47) misst und dass die gemessenen
Werte des Kurbelgehäusedrucks (pKGH) zwischengespeichert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die ungefähre Drehlage der Kurbelwelle (7) ermittelt wird und dass anhand der ermittelten
Drehlage der Kurbelwelle (7) aus den zwischengespeicherten Druckwerten ein Messwert
ausgewählt wird, der in dem gewünschten Kurbelwellenwinkelbereich (41, 42) gemessen
wurde.