CN101126637B - 确定内燃机的旋转曲轴的曲轴位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定手持式加工设备中内燃机的旋转曲轴的绝对的曲轴角度的方法.内燃机具有带着燃烧室的汽缸，该燃烧室被驱动着曲轴的活塞所界定.通过溢流通道，曲轴箱与燃烧室连接，其中连入到燃烧室中的溢流窗口被活塞控制。并且设置有点火控制器，该点火控制器在合适的曲轴角度处在配属于所述燃烧室的火花塞上释放点火火花.为了为点火系统提供电能，设置有构造为信号发生器的能量供应单元，它通过曲轴旋转产生波动的电压信号。与此同时地由压力传感器测取工作压力信号，如曲轴箱中曲轴箱压力。为了使发生器信号与机械的曲轴位置同步，压力传感器的输出信号和信号发生器的输出信号相结合。

Description

确定内燃机的旋转曲轴的曲轴位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定手持式加工设备，尤其是便携式手持加工设备如机动链锯、磨切机、切割机、鼓风机或类似设备中内燃机的旋转曲轴的绝对的曲轴角度的方法，其中该内燃机具有带着燃烧室的汽缸，该燃烧室被驱动着曲轴的活塞所界定，所述内燃机还具有曲轴箱，该曲轴箱通过至少一个溢流通道与燃烧室连接，并且该溢流通道的溢流窗口在燃烧室中被活塞控制，并且所述内燃机还具有点火控制器，该点火控制器在合适的曲轴角度处在配属于燃烧室的火花塞上释放点火火花，并且所述内燃机还具有被曲轴驱动的、用于为点火系统提供电能的能量供应单元。
背景技术
便携式手持加工设备中的内燃机的点火装置大多具有感应线圈，它靠近随着曲轴旋转的磁体进行布置。随着每圈旋转在感应线圈中感应出电压。该电压信号是大约正弦形的，并理想地具有三个零交叉(Nulldurchgang)。该电压信号用作点火装置的供电，并提供对于在火花塞上释放点火火花所需要的电能。
为了能够确定曲轴的转角位置，必须已知感应线圈的准确安装位置以及旋转的磁体相对于曲轴的旋转位置。如果例如承载着磁体的风机叶轮以一定的转角偏移安装在曲轴上，发生器信号将显示出相应的角度偏移，这可能导致点火时刻误差。尽管通过手动移动感应线圈可以将这种误差降低，不过为此仍需要相应繁琐的调整工作。此外出现的误差可能不能任意地通过感应线圈的位置变化来平衡，因为感应线圈在风机叶轮的圆周上只有有限的可用空间。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种简单且可靠的用于确定内燃机的旋转曲轴的绝对的曲轴角度的方法。
该任务根据本发明按照这样完成：设置有信号发生器作为能量供应单元，该信号发生器在曲轴旋转时产生波动的电压信号，所述内燃机的工作压力信号由压力传感器测取，并且为了确定绝对的曲轴角度，该压力传感器的输出信号和所述信号发生器的输出信号相互结合。
为了使被设置为能量供应单元的发生器(Generator)的电压信号与曲轴的旋转位置同步，由压力传感器测取内燃机的工作压力信号。为了确定绝对的曲轴角度，压力传感器的输出信号和信号发生器的输出信号如此地互相结合，使得发生器信号被同步。
有利地选择曲轴箱中的曲轴箱压力作为工作压力信号，也可以适当使用其它的工作压力信号，例如抽吸通道中的压力。
优选将压力传感器信号的显著的特征分配给曲轴的已知的转角位置，用于在压力传感器信号中出现所述显著特征的时刻将该已知的曲轴角度作为绝对的曲轴角度分配给发生器信号。
信号发生器的电压信号这样构造，使得它具有相继的零交叉。在实现将绝对的曲轴角度分配给发生器信号后，发生器信号的接着的和所有其它的零交叉与实际的机械的曲轴角度位置同步。
曲轴箱中的压力信号是每个内燃机特有的信号，它基本上不依赖结构公差或装配公差。在活塞向上运动时，在曲轴箱中产生负压，它用于抽吸燃料/空气混合气；在活塞向下运动时，吸入的燃料/空气混合气在曲轴箱中被压缩；压力升高。这种压力升高进行到直到活塞打开燃烧室内的溢流窗口。在这一时刻，压缩的混合气从曲轴箱通过溢流通道和溢流窗口进入到燃烧室，并使得曲轴箱中的压力重新下降。曲轴箱中的压力曲线不仅具有显著的最大值；在溢流窗口打开的时刻，在曲线中还能确定显著的压力降。溢流窗口的打开是结构上规定的控制时间，它不依赖感应线圈或所属磁体的位置。内燃机特有的压力曲线一次测取、储存，并寄存在分析单元的存储器中。
因此如果测取并分析了曲轴箱中的压力曲线，可以简单地识别出压力曲线的分配给曲轴角度的显著特征，用于然后-如果出现了这个显著特征-将已知的曲轴的转角位置作为确定值分配给发生器信号。发生器信号与曲轴角度位置同步，不依赖于感应线圈或磁体相对于曲轴的旋转位置的局部位置偏移。
在本发明优选的改进方案中，信号发生器这样构造，使得它在曲轴旋转上产生连续的交变信号。在交变信号同步后，绝对的曲轴角度可以在曲轴旋转的每个时刻只借助于发生器信号的零交叉来确定。为此信号发生器这样构造，使得发生器信号的周期T对应于曲轴旋转的第n部分，其中n优选是大于2的整数。优选数字n最大为12，有利地在4和8之间，尤其是在5和7之间。在本实施例中设置n等于6。
附图说明
本发明其它的特征由其它的权利要求、描述和附图给出，在附图中示出了本发明的随后单独说明的实施例。附图示出：
图1带有点火控制器和分析单元的内燃机的示意图，
图2曲轴箱压力在曲轴角度上的曲线，
图3信号发生器在一圈曲轴旋转上的信号序列，
图4压力信号相对曲轴旋转的位置的示意图。
具体实施方式
在图1中示出的内燃机1优选是单缸的发动机，尤其是单缸的二冲程发动机。举例示出的内燃机1具有适宜地大于20cm3并小于250cm3、尤其是小于150cm3的工作容积。内燃机1可以是带有用于改善废气质量的扫气装置的二冲程发动机。
内燃机1具有汽缸2，该气缸带有在其里面升高和下降的活塞3，该活塞旋转地驱动着支承在曲轴箱4中的曲轴5。为此曲轴5通过连杆6与活塞3连接。
活塞3在实施例中控制着混合气入口10，该混合气入口在曲轴箱4中出现负压时，通过抽吸通道11和空气过滤器17吸入燃烧用空气，该燃烧用空气在穿过汽化器12时被混合入燃料。这样燃料/空气混合气通过由活塞3控制的混合气入口10被吸入到曲轴箱4中，并在活塞3向下运动时被压缩，并通过构造在汽缸2中的溢流通道7被输送到燃烧室8中。该溢流通道通过溢流窗口9接通入燃烧室8，其中该溢流窗口9由活塞3控制。如果活塞向下运动，那么只要溢流窗口9被关闭，曲轴箱4中的压力就上升，直到活塞3释放溢流窗口9，这样吸入的燃料/空气混合气经过溢流通道7和溢流窗口9进入燃烧室8。同时曲轴箱4中的压力下降。
在燃烧室8中被向上运动的活塞3所压缩的燃料/空气混合气通过在火花塞13上的点火火花被点火，由此活塞3被向下驱动，并且通过连杆6驱动了曲轴5。在燃烧时产生的废气通过优选被活塞控制的废气出口18导出。
汽化器12在实施例中是膜片汽化器，其膜片控制的调节腔20通过燃料管23被从燃料箱24供应燃料。燃料从膜片控制的调节腔20出来经过主喷嘴21或者怠速喷嘴22进入到汽化器12的抽吸通道中。
与曲轴5连接有一个以虚线示出的轮子14，它可以是飞轮、风机叶轮或类似的旋转构件。在轮子14中布置了磁体19，它在一个布置在轮子14的圆周上的、与壳体固定的感应线圈15中感应出电压。磁体19与感应线圈15一起构成信号发生器30，该信号发生器构造为能量供应单元，并且为点火系统提供电能。感应线圈15的输出信号通过电信号导线16传输到点火控制器31，该点火控制器是中央处理器33的部分。由旋转的磁体19和感应线圈15组成的信号发生器30不仅为火花塞13上的点火火花提供点火能量，而且也为点火控制器31本身、也为中央处理器33提供必要的电能。
通过短路开关25，可以将信号导线16接地，这样不提供电能。中央处理器33不带电，发动机停止。
中央处理器33此外还包括共同的分析单元32，除了给该分析单元传输信号发生器30的输出信号外，还可以传输压力传感器40的输出信号，该压力传感器测取内燃机的工作压力信号。该工作压力信号可以是抽吸负压、曲轴箱压力或相应的波动的工作压力。在实施例中测取在曲轴箱4中的压力，并转换为相应的电信号。
如果使用了压力传感器40，该压力传感器在压力传感器的壳体中具有用于预调节传感器输出信号的电子设备，则可以取消传感器信号在共同的分析单元32中的处理；预调节过的传感器信号可以直接例如在中央处理器33中继续进一步处理。
预调节是指信号准备处理，它简化了传感器信号的进一步处理。于是可以实现温度补偿，和/或将输出信号标准化到例如到0至5伏。进一步的调节也是可以的，在调节之后，只有当测取到表明了确定的机械的曲轴角度位置的特征的压力信号时，才给出压力传感器信号。
中央处理器33包括微处理器34，它不仅执行分析单元32的工作，而且执行点火控制器31的计算，以根据内燃机1的运行参数来确定合适的点火时刻。设有存储器35作为工作存储器，其中该存储器35不仅可以用作微处理器34的工作存储器，而且可以用作运行参数存储器。同样存储器35可以分成工作存储器和运行参数存储器。
在内燃机1工作期间，通过压力传感器40连续地测取曲轴箱4中的压力，并且作为电信号传输给中央处理器33。曲轴箱中的压力在图2中简化地在曲轴角度上给出。从中看出，曲轴箱压力在0.8bar的值和大约1.5bar的峰值之间波动。其中曲轴箱压力在一圈曲轴旋转上有一次升高到最大压力值Pmax。
在根据图1的实施例中示出了由感应线圈15和旋转的磁体19组成的信号发生器30；此类的信号发生器每圈旋转产生一个约正弦形的半波。此类的半波36在图3中示意地虚线示出。发生器信号36具有周期T，该周期对应于曲轴旋转的部分角度。在所示的实施例中，发生器信号36具有三个零位N3、N4和N5。
在本发明的优选方案中，信号发生器30这样构造(虚线示出)：该信号发生器在曲轴旋转360°期间给出连续的交变信号37。在此该发生器信号37这样构造：其周期T对应于曲轴旋转的第n部分，其中n优选是整数。数字n大于2并最大是12；数字n有利地在4和8之间，尤其是5和7之间。在本实施例中设置n等于6。由此出现三个区间I至IV(图3、4)，其中每个区间分配给三个零交叉N1、N2、N3…N12。零位N1、N2…至N12的转角距离I1、I2至I12在这种分度下准确地对应于30°的曲轴角度。这在图4中借助于圆形图再次给出。在此这样选择分配：零位N1对应于上止点(TDC)，而零位N7对应于下止点(BDC)。
只要将真实的第一实际值分配给曲轴位置，曲轴的转角位置就通过此类的发生器信号37被分配到30°的步进。
为此发生器信号37同样通过信号导线16被传输给分析单元32，如压力传感器40的压力传感器信号41一样。压力传感器信号41被监测显著的特征42，其中该压力传感器信号41的显著的特征被分配给曲轴5的一个已知的转角位置。此类的显著特征42可以是在溢流窗口9打开时刻曲轴箱压力的压力降。在图2中，该显著的特征42在曲轴角度位置
Figure G071E1023420070824D000051
(溢流窗口打开)示出。如果出现了显著的特征42，分析单元32从储存在存储器35中的曲轴箱压力的压力曲线将所分配的曲轴角度位置的值、在实施例中约217°读出，并将这个旋转角度在所述出现时刻作为绝对的曲轴角度分配给发生器信号37。借助于于分析单元32，现在可以将区间角度值240°KW(KW指曲轴角度)分配给下一个零交叉N9。由此发生器信号37在曲轴5的实际旋转位置上同步；不需要其它的信号来控制发动机。现在仅发生器信号37就足够-在30°的步进中-重新位置正确地给出曲轴的实际位置。发生器信号37位置正确地接上。两个零交叉之间的曲轴角度可以足够准确地通过重复的方法根据实际的转数计算。

Claims (14)

1.用于确定手持式加工设备中内燃机(1)的旋转曲轴(5)的绝对的曲轴角度的方法，其中该内燃机(1)具有带着燃烧室(8)的汽缸(2)，该燃烧室被驱动着曲轴(5)的活塞(3)所界定，所述内燃机还具有曲轴箱(4)，该曲轴箱通过至少一个溢流通道(7)与燃烧室(8)连接，并且该溢流通道的溢流窗口(9)在燃烧室(8)中被活塞(3)控制，并且所述内燃机还具有点火控制器(31)，该点火控制器在合适的曲轴角度处在配属于燃烧室的火花塞(13)上释放点火火花，并且所述内燃机还具有被曲轴(5)驱动的、用于为点火系统提供电能的能量供应单元(31)，其特征在于，设置有信号发生器(30)作为能量供应单元，该信号发生器(30)在曲轴旋转时产生波动的电压信号(36)，所述内燃机(1)的工作压力信号由压力传感器(40)测取，所述压力传感器(40)输出信号(41)的显著的特征(42)被分配给所述曲轴(5)的已知的曲轴角度
Figure FSB00000626287200011
并且在该显著的特征(42)在压力传感器(40)的输出信号(41)中出现的时刻，该已知的曲轴角度
Figure FSB00000626287200012
被作为绝对的曲轴角度分配给信号发生器(30)的电压信号(36)，使得仅信号发生器(30)的电压信号就能位置正确地给出曲轴(5)的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)的工作压力信号是曲轴箱(4)中的曲轴箱压力(P)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号发生器(30)的电压信号(36)具有相继的零交叉(Ni)，并且在将绝对的曲轴角度分配给电压信号(36)后，电压信号的接着的零交叉(Ni)被与曲轴角度位置同步。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述信号发生器(30)在曲轴旋转时所产生的电压信号(36)是连续的交变信号(37)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由所述信号发生器(30)在曲轴旋转时所产生的电压信号(36)是连续的交变信号(37)，在将已知的曲轴角度
Figure FSB00000626287200013
分配给信号发生器(30)的电压信号(36)后，所述曲轴(5)的绝对的曲轴角度可以在曲轴旋转的每个时刻只借助于交变信号(37)的零交叉(N1，N2，...N12)来确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)的工作压力信号是曲轴箱(4)中的压力(P)，所述压力传感器(40)的输出信号(41)的显著的特征是曲轴箱中的所述压力的压力曲线的最大压力值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力传感器(40)的输出信号(41)的显著的特征(42)是在溢流窗口(9)打开时刻的曲轴箱压力的压力降。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号发生器(30)的电压信号(36)的周期(T)对应于曲轴旋转的第n部分，其中n是大于3的整数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数字n最大是12。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数字n在4和8之间。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数字n在5和7之间。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机是单缸的内燃机(1)。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)具有在20cm3到250cm3之间的工作容积。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)具有小于150cm3的工作容积。
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