Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine für ein handgeführtes Kleinarbeitsgerät wie eine Kettensäge, ein Trennschleifer, ein Grünanlagenpflegegerät oder dgl. und für Fahrzeuge wie Krafträder, Schneemobile und Boote oder dgl., aufweisend ein Polrad, das eine Anzahl von Magneten umfasst und aufweisend einen Stator, der ruhend im Polrad angeordnet ist und eine Anordnung von Generatorspulen und eine Anordnung von Triggerspulen umfasst.

STAND DER TECHNIK

Bei herkömmlichen Zündsystemen für Brennkraftmaschinen liefert ein umlaufendes Magnetsystem den Bezug zur Kolbenposition. Das Polrad mit den am Polrad angeordneten Magneten dreht sich dabei um eine Polradachse, die mit der Achse eines Stators zusammenfällt, wobei der Stator ruhend an der Brennkraftmaschine und im Polrad angeordnet ist. Durch die relative Bewegung zwischen den Magneten und den Generatorspulen beziehungsweise den Triggerspulen werden in den Generatorspulen und in den Triggerspulen Spannungen induziert, die einen Verlauf aufweisen, der einen Bezug bildet zur Hubposition des Kolbens.

Als Trigger, also insbesondere zur Zündung einer Zündkerze, wird in herkömmlichen Zündsystemen eine Spannungsschwelle genutzt, die keinen Nulldurchgang darstellt. Ändert sich eine der Randbedingungen, also beispielsweise die Drehzahl, die Magnetisierung der Magnete, die Temperatur oder beispielsweise der Abstand zwischen dem Polrad und dem Zünder, so verändert sich ebenfalls der Bezug von Triggerschwelle zur Kurbelwellenposition. Um die Randbedingungen möglichst auszugleichen, wird die Triggerschwelle beispielsweise drehzahlabhängig angepasst, die Magnetisierung und der Abstand zwischen den Magneten und der Spule werden dabei in einem engen Toleranzbereich vorgegeben.

Um den Zündzeitpunkt beispielsweise Richtung spät zu variieren, also beispielsweise von 20° vor dem oberen Totpunkt auf eine für einen Leerlauf übliche Position von 10° vor dem oberen Totpunkt, wird eine zusätzlich zum Triggerzeitpunkt aufgeschaltete Verzögerungszeit eingesetzt. Die Verzögerungszeit wird dabei abhängig von der bei der letzten Umdrehung bestimmten Drehwinkelgeschwindigkeit des Polrades ausgewählt. Da insbesondere bei Zweitaktmotoren die Drehungleichförmigkeit während dieser Verzögerungszeit hoch ist, ergibt sich in der Praxis eine Abweichung vom gewünschten Zündzeitpunkt zum tatsächlichen Zündzeitpunkt. Im Leerlaufbereich trägt dieser unkonstante Zündzeitpunkt unter anderem zu einer schlechten Verbrennung und einem daraus resultierenden unruhigen Motorlauf bei und kann zu schlechten Abgaswerten führen.

Beispielsweise offenbart die DE 690 30 447 T2 ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Polrad, das mehrere Magnete aufweist, und mit einem Stator, der ruhend im Polrad angeordnet ist und der eine Anordnung von Generatorspulen und eine Anordnung von Triggerspulen umfasst.

Die im Polrad angeordneten Magnete weichen von einer vollumfänglich symmetrischen Anordnung ab, wodurch beim Betrieb des Zündsystems ein Triggersignal abgeleitet werden kann. Durch die Anordnung von Generatorspulen, Triggerspulen und Magneten wird ein Triggersignal erzeugt, das zur Steuerung des Zündsystems nur bedingt geeignet ist. Die Lage des Triggersignals sollte bezogen auf die Kolbenposition so gewählt werden, dass ein Triggersignal genau dann vorliegt, wenn die Spannungsversorgung des Prozessors gewährleistet ist, also wenn eine Induktion in den Generatorspulen einer Induktion in den Triggerspulen vorangeht. Insbesondere ist es für eine vorteilhafte Steuerung des Zündsystems wünschenswert, dass die Lage des Triggersignals bezogen auf die Kolbenposition so gewählt ist, dass das Triggersignal einen Nulldurchgang genau im Leerlauf-Zündzeitpunkt aufweist, was mit der vorbekannten Wicklungsanordnung der Triggerspulen nicht möglich ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Zündsystems für eine Brennkraftmaschine, wobei ein verbessertes Triggersignal erzeugt werden soll. Insbesondere soll das Triggersignal einen Spannungsverlauf aufweisen, der für mehrere Steuerungsfunktionen des Zündsystems genutzt werden kann. Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Zündsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren zum Betrieb eines Zündsystems gemäß Anspruch 9 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Mehrzahl der Magnete des Polrades eine zueinander gleiche Winkelteilung aufweisen und dass alle Generatorspulen des Stators eine zueinander gleiche Winkelteilung aufweisen, wobei die Anzahl der Magnete bezogen auf die Anzahl der Generatorspulen um einen Magnet reduziert ist.

Insbesondere sind auf dem Umfang des Polrades verteilt elf Magnete angeordnet, wobei die Verteilung der Magnete mit einer Winkelteilung von 1:12 vorgesehen ist, sodass zwischen zwei der elf Magnete ein doppelter Abstand vorliegt und dass der Stator zehn zueinander benachbarte Generatorspulen und zwei zueinander benachbarte Triggerspulen aufweist, wobei die Verteilung der Generatorspulen und der Triggerspulen mit einer gleichmäßigen Winkelteilung von 1:12 ausgebildet ist.

Durch die spezielle Aufteilung von insgesamt zwölf Spulen auf dem Stator und elf Magneten am Polrad mit einer Teilung von 1:12 kann ein Triggersignal bezogen auf eine Volldrehung des Polrades mit einer Lage erzeugt werden, mit der das Triggersignal besonders vorteilhaft ausgewertet und für die Steuerung des Zündsystems genutzt werden kann. Insbesondere wird zunächst eine Spannungsversorgung einer Steuereinheit des Zündsystems gewährleistet, und ein Triggersignal wird erst dann bereitgestellt, wenn die Spannungsversorgung für die Steuereinheit vorliegt. Durch die spezielle Winkelteilung von 1:12 in den Spulen des Stators wird das Triggersignal mit Bezug auf einen Kolben der Brennkraftmaschine in einer Position erzeugt, in der auch ein erster Funke für den Start der Brennkraftmaschine ausgelöst werden kann.

Die Erzeugung des Triggersignals erfolgt dabei wie folgt: Wandern durch die Drehung des Polrades die Magnete in regelmäßiger Anordnung nebeneinander an den Triggerspulen vorbei, so wird an den Triggerspulen keine Spannung induziert. Die fehlende Induktion der Spannung resultiert daraus, dass die Triggerspulen eine zueinander gleiche Wicklungsrichtung aufweisen, sodass bei unterschiedlicher Polung der Magnete in nebeneinander folgender Anordnung zwei Spannungen induziert werden, die dem Betrag nach gleich sind und eine unterschiedliche Polungsrichtung aufweisen. Im Ergebnis löschen sich beide in den zwei Triggerspulen induzierten Spannungen gegenseitig aus. Erfolgt eine Weiterdrehung des Polrades, so erreicht bei einem definierten Drehwinkel und damit einer definierten Kolbenposition der Brennkraftmaschine die Polradposition des fehlenden Magneten die erste Triggerspule. Ein Auslöschen von beiden Spannungen in den Triggerspulen erfolgt folglich nicht mehr, da nur in einer der beiden Triggerspulen eine Spannung induziert wird. Folglich entsteht eine erste induzierte Spannung mit einem ersten Vorzeichen, und wandert der Magnet an der weiteren Triggerspule vorbei, so dreht sich die Polungsrichtung der induzierten Spannung um, und über beide Triggerspulen wird eine Spannung mit zwei positiven Spannungsmaxima und zwei negativen Spannungsmaxima erzeugt. Die damit bereitgestellten Wellenzüge ermöglichen eine erweiterte Steuerung des Zündsystems für die Brennkraftmaschine.

Zueinander benachbarte Generatorspulen weisen eine unterschiedliche Wicklungsrichtung auf, sodass eine Aufaddition der Spannungen in den einzelnen Generatorspulen zu einer Gesamt-Spannung der Generatorspulenanordnung ermöglicht wird.

Weiterhin weisen zueinander benachbart im Polrad angeordnete Magnete eine jeweils abwechselnde Polung auf. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Polrad Aufnahmetaschen zur Aufnahme der Magnete aufweist, welche zueinander eine gleiche Winkelteilung aufweisen, gemäß der Erfindung nämlich 30°. Die zueinander gleich beabstandeten Aufnahmetaschen weisen eine einzige Aufnahmetasche auf, die als Leertasche ausgebildet ist, in der kein Magnet angeordnet ist, wobei es auch denkbar ist, dass an der Stelle der Leertasche eine Leerstelle vorhanden ist.

Mit weiterem Vorteil weist das Zündsystem eine Steuereinheit auf, mit der die Generatorspulen und die Triggerspulen verbunden sind. Weiterhin kann das Zündsystem eine Zündkerze umfassen, die über die Steuereinheit gezündet werden kann. Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb eines Zündsystems gemäß vorstehender Beschreibung, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: Drehen des Polrades relativ zum Stator; Detektion eines Spulensignals und eines Triggersignals; Aktivieren des Zündsystems und Zünden einer Zündkerze.

Die Detektion eines Spulensignals geht dabei der Detektion eines Triggersignals voran, wobei das Spulensignal zugleich die Stromversorgung einer Steuereinheit darstellt, welche zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.

Das Triggersignal weist zwei Spannungsmaxima auf, wobei eine erste Zündung zum Start der Brennkraftmaschine bei einem zweiten Spannungsmaximum des Triggersignals erfolgt. Läuft die Brennkraftmaschine und stellt sich ein Leerlauf ein, so erfolgt eine regelmäßige Zündung im Leerlauf der Brennkraftmaschine bei einem Nulldurchgang des Triggersignals. Der Nulldurchgang definiert dabei eine genaue Umfangsposition des Polrades in Rotation um den Stator, wobei der Nulldurchgang ein Vorzeichenwechsel in der Polung des Triggersignals beschreibt, der genau dann stattfindet, wenn die magnetische Wirkverbindung eines Magneten mit der ersten Triggerspule wechselt zur Wirkverbindung mit der zweiten Triggerspule.

Mit besonderem Vorteil wird ein Vorwärtslauf des Polrades erkannt anhand eines negativen Triggersignals zum Zeitpunkt eines ersten Generatorsignals, und es wird ein Rückwärtslauf des Polrades erkannt anhand eines positiven Triggersignals zum Zeitpunkt des ersten Generatorsignals. Aufgrund der Charakteristik des Triggersignals kann in Relation zum Generatorsignal folglich durch das Zündsystem bereits erkannt werden, ob ein Vorwärtslauf oder ein Rückwärtslauf der Brennkraftmaschine vorliegt.

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Polrades mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von Magneten, Figur 2 eine Seitenansicht eines Stators mit einer Anzahl von Generatorspulen und einer Anzahl von Triggerspulen,

Figur 3 einen Spannungsverlauf des Spulensignals und des Triggersignals,

Figur 4 einen Spannungsverlauf des Spulensignals und des Triggersignals mit einem Zündzeitpunkt zur ersten Zündung bei Aufnahme des Betriebes der Brennkraftmaschine,

Figur 5 den Verlauf eines Spulensignals und der Verlauf eines Triggersignals mit einem Zündzeitpunkt für den Leerlauf der Brennkraftmaschine und

Figur 6 einen Spannungsverlauf des Spulensignals und des Triggersignals in einem oberen Diagramm für einen Vorwärtslauf der Brennkraftmaschine und einen Spannungsverlauf des Spulensignals und des Triggersignals in einem unteren Diagramm für einen Rückwärtslauf der Brennkraftmaschine, und

Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines Trennschleifers.

In Figur 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Polrad 10 gezeigt, das auf der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine 100 aufgenommen werden kann. Die Brennkraftmaschine 100 kann dabei beispielsweise ein Trennschleifer 110 sein, wie er in Fig. 7 dargestellt ist. Das Polrad 10 ist topfartig ausgeführt und weist über einen Umfang auf der Innenseite eine Anzahl von Magneten 11 auf. Die Magnete 11 befinden sich auf Positionen zueinander mit einer Winkelteilung von 30°, sodass alle 30° über den Umfang verteilt ein Magnet 11 angeordnet ist. Damit sind zwölf Aufnahmestellen für Magnete 11 geschaffen, wobei an einer Aufnahmestelle eine Leertasche 15 vorgesehen ist, und an der Position der Leertasche 15 befindet sich kein Magnet 11 in Anordnung am Polrad 10. Folglich sind über einer Teilung von 1:12 insgesamt elf Magnete 11 angeordnet, und zwischen zwei der elf Magnete 11 befindet sich ein doppelter Abstand mit der dazwischen angeordneten Leertasche 15. Die Magnete 11 weisen in nicht näher gezeigter Weise eine zueinander abwechselnde Polung auf, sodass ein nach innen weisender N-Pol einem nach innen weisenden S-Pol folgt und so weiter.

Figur 2 zeigt einen Stator 12, der ruhend am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet wird, und der Stator 12 befindet sich im Innenbereich des topfartigen Polrades 10, wenn dieses über dem Stator 12 montiert wird. Der Stator 12 weist insgesamt zwölf Generatorschenkel 18 auf, die über den Umfang des Stators 12 gleich verteilt und mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Auf zehn der zwölf Generatorschenkel 18 befinden sich jeweilige Generatorspulen 13 in nebeneinander vorgesehener Anordnung, wobei die Generatorspulen 13 eine unterschiedliche Wicklungsrichtung zueinander aufweisen. Eine rechtsgewickelte Generatorspule 13 befindet sich neben einer linksgewickelten Generatorspule 13, auf die wieder eine rechtsgewickelte Generatorspule 13 folgt, und so weiter. Die übrigen zwei Generatorschenkel 18 nehmen Triggerspulen 14 auf, und die Triggerspulen 14 weisen eine zueinander gleiche Wicklungsrichtung auf. Mit anderen Worten entsteht zwischen den beiden Triggerspulen 14 eine Symmetrie in Bezug auf die Wicklungen in Anordnung auf den Generatorschenkeln 18, und eine Spannung, die in den Triggerspulen 14 induziert wird, weist die gleiche Größe und den gleichen Betrag auf, wenn eine definierte Polung eines Magneten 11 an der Außenseite des Generatorschenkels 18 vorbeigeführt wird.

Weiterhin dargestellt ist eine Steuereinheit 16, die mit den Generatorspulen 13 und mit den Triggerspulen 14 verbunden ist.

Rotiert das Polrad 10 um den Stator 12, so wird ein Spulensignal S und ein Triggersignal T erzeugt, wie in dem Diagramm der Spannung U über der Zeit t in Figur 3 dargestellt. Das Triggersignal weist ein erstes Maximum Tl und ein zweites Maximum T2 auf, und zwischen den beiden Triggersignalmaxima Tl und T2 befindet sich das Triggersignalminimum T3 mit einem negativen Vorzeichen. Der dargestellte doppelte Wellenzug des Triggersignals T wiederholt sich für jede Umdrehung ein-fach, wie im hinteren Bereich des Diagramms für eine nachfolgende Umdrehung dargestellt. Das Triggersignal T weist folglich zwei Wellenzüge auf, die, wie nachfolgend beschrieben, zur Steuerung des Zündsystems entsprechend genutzt werden können. In Figur 4 ist ein Diagramm mit einer induzierten Spannung U über der Zeit t gezeigt, und zu einem Zündzeitpunkt Z erfolgt eine erste Zündung zum Start der Brennkraftmaschine. Die Zündung erfolgt zu dem Zeitpunkt, zu dem ein erstes Triggersignalmaximum Tl bereits durchlaufen wurde, und nachdem ein erstes Maximum des Spulensignals S bereits erkannt wurde. Die Zündung erfolgt dabei zum Zeitpunkt des zweiten Triggersignalmaximums 12. Eine Vorverlagerungszeit 17 zeigt die Vorverlagerung des Zündzeitpunktes Z über dem oberen Totpunkt OT, und die Vorverlagerung kann beispielsweise 0° bis 10° vor dem oberen Totpunkt OT betragen.

Figur 5 stellt einen Leerlauf L der Brennkraftmaschine dar, und der Zündzeitpunkt Z wird entsprechend der gezeigten Vorverlagerungszeit 17 vor den oberen Totpunkt OT vorverlagert. Die Zündung zum Zündzeitpunkt Z erfolgt bei einem Nulldurchgang TN des Triggersignals T. Das Spulensignal S erzeugt dabei die Spannung zur Zündung insbesondere der Zündkerze der Brennkraftmaschine.

Die Figur 6 stellt einen Vorwärtslauf V und einen Rückwärtslauf R der Brennkraftmaschine in zwei Spannungs-Zeitdiagrammen mit der Spannung U über der Zeit t dar. Gezeigt sind das Spulensignal S und das Triggersignal T, und bei einem Maximum eines ersten Generatorsignals Sl kann ein Aufwachzeitpunkt TA abgeleitet werden. Ist zu diesem Aufwachzeitpunkt TA das Triggersignal T negativ, wenn also das Signal V erkannt wird, so erkennt die Steuereinheit der Brennkraftmaschine einen Vorwärtslauf V.

Ist zum Zeitpunkt des ersten Generatorsignals Sl das Triggersignal positiv, gezeigt mit T", so kann aus den Polungsverhältnissen des Triggersignals T in Bezug auf das erste Generatorsignal Sl ein Rückwärtslauf der Brennkraftmaschine abgeleitet werden.

Der Vorwärtslauf beziehungsweise der Rückwärtslauf erzeugt verschiedene Polungsrichtungen des Triggersignals T, abhängig davon, ob ein erster Magnet eine N- Polung in Wirkverbindung mit dem Generatorschenkel 18 aufweist, auf dem die erste Triggerspule 14 aufgewickelt ist, oder ob der Magnet eine S-Polung aufweist. Abhängig von der Wicklungsrichtung der Spulen und der Polungsrichtung, die für den Besatz des Polrades 10 mit den Magneten 11 bekannt ist, erfolgt zum Zeitpunkt des ersten Generatorsignals Sl ein positives oder ein negatives Triggersignal T' oder T". Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass die Magnete 11 und/oder die Generatorspulen 13 in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind.

Bezugszeichenliste

100 Brennkraftmaschine

110 Trennschleifer

10 Polrad

11 Magnet

12 Stator

13 Generatorspule

14 Triggerspule

15 Leertasche

16 Steuereinheit

17 Vorverlagerungszeit

18 Generatorschenkel

s Spulensignal

T Triggersignal

Tl erstes Triggersignalmaximum

12 zweites Triggersignalmaximum

13 Triggersignalminimum

Z Zündzeitpunkt

OT oberer Totpunkt

TN Nulldurchgang des Triggersignals

U induzierte Spannung

t Zeit

TA Aufwachzeitpunkt

V negatives Triggersignal

1" positives Triggersignal

Sl erstes Generatorsignal

L Leerlauf

V Vorwärts lauf

Rückwärtslauf