CN101230823B - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行内燃机(1)的方法，在该方法中可以获取内燃机(1)的炽热点火状态，其中做出如下设置，即，对于获取炽热点火状态而言获取并评价内燃机的至少一个转速值。内燃机(1)具有气缸(2)，该气缸内设有燃烧室(3)，其中，燃烧室(3)被在汽缸(2)中往复运动地支承的活塞(5)限界。活塞(5)通过连杆(6)驱动曲轴(7)。内燃机(1)具有用于供应燃料的装置和用于点燃燃烧室(3)中的燃料/空气混合物的装置。

Description

用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及用于运行内燃机的方法，在该方法中可以获取内燃机的炽热点火状态。
背景技术
在DE 694 17 843 T2公开了一种用于获取内燃机的炽热点火状态、即自燃状态的方法，在该方法中为了获取炽热点火状态而对火花塞加以利用。就此而言对火花塞上的电流进行测量和评价。这需要较为昂贵的测量电子装置。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于运行内燃机的方法，在该方法中可以获取内燃机的炽热点火状态，并且该方法可以实现简单并快速地获取炽热点火状态。
该目的通过一种用于运行内燃机的方法得以解决，在该方法中获取内燃机的炽热点火状态，其中，内燃机具有气缸，在该气缸内构造有燃烧室，该燃烧室由往复运动地支承的活塞限界，其中活塞通过连杆驱动曲轴，和其中内燃机具有用于供应燃料的装置和用于点燃燃烧室中的燃料/空气混合物的点火装置，在获取炽热点火状态时获取并评价内燃机的至少一个转速值。
已知在炽热点火状态下内燃机的转速分布较之在普通的外源点火燃烧情况下更为均匀。对于按照发明获取炽热点火状态来说利用了内燃机的不同转速分布。转速可以利用简单的方式获取，例如通过设在内燃机曲轴上的发电机。通常来讲总是要实施转速的获取，因为转速信息对于控制内燃机来说总是需要的。由此无需在火花塞上附加传感器或开关。
优选通过评价转速值获取炽热点火状态的征兆。为了获取炽热点火状态的征兆，对转速信号进行简单的评价就足够了，因此实施评价的控制器可以简单地构成。具体而言，当出现炽热点火状态的征兆时中断内燃机的点火，并且在中断点火期间获取内燃机的转速分布。中断点火期间的转速分布特别用来判断是否出现炽热点火状态。如果中断点火期间的转速下降，那么占据普通运转状态。如果转速在尽管中断点火的情况下仍然恒定，那么便意味着下一步发生燃烧，即混合物自燃。在这里出现炽热点火状态。由此可以以简单的方式推断是否确实出现炽热点火状态。优选在多个发动机循环之后中断点火，以便获得明显的转速反应。
作为转速值优选获取在依次的发动机循环之间的转速差。其中尤其观察一次完整发动机循环的转速。在一个发动机循环内的转速波动优选不涉入转速的获取。当然也可以做下述设置，即借助相对于发动机循环某一确定时间点的转速确定转速差。对转速差与转速差限值进行比较。当出现炽热点火状态时，由于发动机均匀运转的缘故，所以转速差大大小于在普通运转状态下的转速差。由于在普通运转状态下会出现具有近似恒定转速的多个发动机循环，所以转速差与转速差限值的对比结果在多个发动机循环之后得到评价。
对比结果的评价可以以简单的方式借助参数实施，当转速差小于转速差限值时提高该参数，当转速差大于转速差限值时降低该参数。其中，该参数表示具有大转速波动的发动机循环数和具有小转速波动的发动机循环数的比值。对参数与参数限值进行比较，其中达到参数限值表示具有出现炽热点火状态的征兆。按照目的，该参数在达到参数限值后回归到其初始值。
对于内燃机来说，炽热点火仅在一个确定的、高于最小转速并低于最大转速的转速带中出现。检查转速是否处于会出现炽热点火的转速带中，并且当转速处于该转速带之外时将参数回归到其起始值。
在会出现炽热点火的转速带中，不仅在依次的发动机循环之间的转速差很小，而且转速的标准偏差也很小。为了获取内燃机的炽热点火状态而获取转速是否处于会出现炽热点火的转速带中。如果转速处于该转速带中，那么为了获取炽热点火状态而获取转速的标准偏差。从转速的标准偏差中可以直接推断炽热点火状态的出现。其中尤其要获取一个完整发动机循环的转速的标准偏差。在一个发动机循环内的转速波动优选不予考虑。尤其对标准偏差与该标准偏差的限值进行比较，其中，当未超过限值时出现炽热点火状态。从标准偏差与该标准偏差的限值的比较中可以直接推断炽热点火状态的出现。当然为了确保确实出现炽热点火状态也可以附加地中断点火并获取转速反应。这在标准偏差的限值帖近在普通发动机运转状态中出现的标准偏差时尤其适用。
作为转速值优选获取平均转速。平均转速可以以简单的方式获取。平均转速给出关于内燃机转速级的信息。内燃机优选是一种如下的内燃机，即在这种内燃机中转速通过中断内燃机点火受到限制。“通过中断点火使得转速受限”尤其设在在人工控制的工作机械例如机动整枝剪或切断机中使用的内燃机中，这些工作机械在通常的运转状态中在空载转速的范围内工作。对于这些工作机械而言在运转状态中经常中断点火。为了获取炽热点火状态可以以简单的方式对在空载转速范围内出现的转速分布加以利用。这可以例如通过获取平均转速实现。如果平均转速高出空载转速的一个预定值，那么便出现炽热点火状态。高于空载转速时当然也可以为了获取炽热点火状态而对两个依次的发动机循环的转速差加以利用。如果两个发动机循环之间的转速差出一个预定的转速上升限值，那么便出现炽热点火状态，原因在于，发动机的点火被中断并且在不发生炽热点火时只可能有微小的转速升高或转速降低。
优选通过比较转速值和该转速值的限值直接获取是否出现炽热点火状态。这可以通过下述内容实现，即，对于一台通过中断点火而使转速受限的内燃机来说，所获取的转速值可以在中断点火之后就已经对转速的发展加以顾及。因此可以以简单的方式获取炽热点火状态。
在识别到炽热点火状态的情况下引入针对炽热点火的措施。优选供应给内燃机提高的燃料量，以中止炽热点火状态。当然也可以做出下述设置，即强烈地减小或中断燃料供应以中止炽热点火状态。
附图说明
下面借助附图阐述本发明的实施例，其中：
图1是内燃机的示意性透视截取图；
图2是用于实施本方法的流程图；
图3是曲线图，该曲线图示出了与在不同发动机状态下的转速有关的转速标准偏差的分布；
图4是实施本方法的一个实施例的流程图；
图5是曲线图，该曲线图描述了在发动机的普通运转状态下的参数分布和转速分布；
图6是曲线图，该曲线图描述了在内燃机的炽热点火运转状态下的参数分布和转速分布；
图7是与时间有关的转速的分布；
图8是根据图7所示转速分布的基于时间的参数分布；
图9是曲线图，该曲线图描述了与图7所示转速分布和图8所示参数分布的时间有关的点火；
图10是曲线图，该曲线图描述了内燃机在空载转速范围内的转速分布；
图11和图12是用于实施本方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1所示的内燃机1作为单缸发动机构成。内燃机1是二冲程发动机，它尤其用于驱动在手动操作的工作机械中的工具，例如机动锯、切断机、自由剪割机或类似物。按照发明的方法也可以用在四冲程发动机中。内燃机1具有气缸2，在汽缸2内设有燃烧室3。燃烧室3被在汽缸2中往复运动地支承的活塞5限界。活塞5通过连杆6旋转地驱动可在曲轴箱4内转动支承的曲轴7。风扇叶轮21抗扭地支承在曲轴7上。风扇叶轮21具有极靴19，极靴19在设在风扇叶轮21周围处的点火模块20中产生用于点火火花的电压。在风扇叶轮21的范围内在曲轴7上设置发电机18。也可以如下地设置，即，让发电机18产生用于生成点火火花的电压。发电机18除此以外还送出一个信号，从该信号中可以获取内燃机1的转速。
内燃机1具有进气口9，进气口9通至气缸2并在活塞5的上止点范围内与曲轴箱4连接。通过进气口9可以将燃烧空气吸入曲轴箱4中。进气口9与吸气通道14连接。节气门13摆动地支承在吸气通道14中。在节气门13上设有捕获节气门13转动位置的节气门传感器23。
出气8从燃烧室3引出。曲轴箱4在活塞5的下止点范围内通过两个近进气口的旁通道10和两个近出气口的旁通道11与燃烧室3连接。在图1中分别示出了旁通道10和11的其中之一。另外两个旁通道10和11就此而言对称地设置。阀门15通入近进气口的旁通道10并将燃料供应给该旁通道10。阀门15通过燃料管路16与未示出的燃料箱连接。阀门15具有与内燃机1的控制器22连接的控制管路17。发电机18和节气门传感器23也与控制器22连接。火花塞12突入燃烧室3中并同样与控制器22连接。控制器22此外还与点火模块20连接。控制器22也可以集成在点火模块20上。火花塞12与点火模块20一起形成内燃机1的点火装置。
在内燃机1的运转中，在活塞5的向上冲程时，燃烧空气从吸气通道14通过进气口9被吸入曲轴箱4中。在活塞5的向下冲程时，燃烧空气在曲轴箱4内受到压缩。向下行驶的活塞5使得旁通道10和11开启，从而燃烧空气能够从曲轴箱4流入燃烧室3中。阀门15将燃料配入流入燃烧室3的空气。此外，当旁通道10和11相对于燃烧室3关闭的时候，阀门15还可以将燃料配入曲轴箱4。由此可以实现曲轴箱4的润滑。燃烧空气和燃料在燃烧室3中形成燃料/空气混合物，所述燃料/空气混合物被向上行驶的活塞5压缩并在活塞5的上止点范围内被火花塞12点燃。燃烧使得活塞5向着曲轴箱4加速。向下行驶的活塞5使得出气8开启，从而废气能够通过出气8流入设在内燃机1上的排气消声器。
在内燃机1的运转中会出现炽热点火。在这种情况下燃料/空气-混合物在燃烧室3中在由火花塞12产生点火火花之前自动点燃。在炽热点火期间会在燃烧室3中达到很高的温度和压力。这导致内燃机1具有很高的机械和热负荷。因此炽热点火是不好的。
在图2中示出了用于获取炽热点火状态和用于克服炽热点火状态的方法。为此探测整个发动机循环的转速n。
对于二冲程发动机来说，一个发动机循环包括曲轴的一次整个的翻转，而对于四冲程发动机来说，一个发动机循环包括曲轴的两次翻转。在方法步骤45中首先检查所获取的转速n是否高于下限转速nmin和低于上限转速nmax。就通常的内燃机而言，炽热点火仅在确定的、靠近额定转速的转速带中出现。其中，转速下限nmin可以在每分钟约10000转时存在，转速上限nmax可以例如在每分钟约14000转时存在。转速极限nmin和nmax须针对每个内燃机合适地选取。如果瞬间转速不处于该转速带之内，那么不会出现炽热点火。本方法因此对于该发动机循环来说中止。
如果测得的转速n处于该转速带之内，那么在方法步骤46中会获取标准偏差σ。为了获取转速n的标准偏差σ，有必要对大量转速值进行保存。对标准偏差σ与标准偏差的限值σgrenz进行比较。如果标准偏差σ高于标准偏差的限值σgrenz，那么便不会出现炽热点火。该方法流程中止。
如果标准偏差σ小于或等于标准偏差的限值σgrenz，那么便会出现炽热点火状态。因此在方法步骤47中采取措施，以便中断炽热点火状态。就此而言尤其通过阀门15供应给附加的、使得燃烧室3中的混合物变浓的燃料。混合物的变浓克服炽热点火。
如果标准偏差的限值σgrenz近似处于可在普通运转状态下获得的标准偏差上，那么在方法步骤47中首先做下述设置，即，中断内燃机的点火并观察内燃机1的转速反应。如果内燃机1的转速n在点火中断后下降，那么便不会出现炽热点火状态，而是出现普通的运转。如果转速n在点火中断后依旧恒定，那么便会出现炽热点火。
在图3中描述了与转速n有关的、内燃机1的不同运转状态的标准偏差的分布。曲线37至42示出了发动机普通运转状态下的标准偏差σ，曲线43和44则示出了内燃机1的炽热点火状态。曲线37至39示出了在分负荷下的标准偏差σ的分布，其中，曲线37示出了低分负荷、曲线38示出了中等分负荷、曲线39示出了高分负荷。在低分负荷下，节气门13近似半开启。在中等分负荷和高分负荷下，节气门13相应地进一步开启。曲线42示出在全负荷下、即在节气门13完全开启时的标准偏差σ。就全负荷而言，标准偏差σ略微高于标准偏差的限值σgrenz。曲线42同时说明了在经最佳调节的燃料/空气-比例下的标准偏差σ的分布。曲线40示出了在全负荷下和在稀的燃料/空气-混合物下的标准偏差σ的分布，曲线41则示出了在全负荷和过浓的燃料/空气-混合物下的标准偏差σ的分布。如图3所示，不同负荷状态下得到的标准偏差σ处于普通运转状态中并分布在高于标准偏差限值σgrenz的广阔转速范围上。
曲线43给出了在炽热点火状态下当发动机加速时的标准偏差σ的分布。并且标准偏差σ随着上升的转速n降低，其中，标准偏差σ近似从下限转速nmin起处于标准偏差σ的限值σgrenz之下。曲线44示出了在炽热点火状态下在普通运转状态中的标准偏差σ的分布。在这里得到的标准偏差σ也处于标准偏差σ的限值σgrenz之下。
如图3所示，标准偏差σ在从下限转速nmin至上限转速nmax的转速带内是评价是否出现炽热点火状态的尺度。
图4示出了本方法的一个实施例。就图4所示方法而言，在方法步骤48中也还是首先检查转速n是否处于预定的、在下限转速nmin和上限转速nmax之间的转速带内。只有在处于在下限转速nmin和上限转速nmax之间的转速带内才会出现炽热点火。如果转速n不在该转速带内，那么参数x回归到初始值、即回归到0。由此可以确保当出现在转速带内的转速n的时候，参数x总是重新开始计算。其中，转速n尤其是一个发动机整循环的转速。优选不考虑在发动机循环内的转速波动。
如果转速n处于在下限转速nmin和上限转速nmax之间的转速带内，那么会在方法步骤49中检查，当前转速与之前的发动机循环的转速的转速差Δn是否小于转速差限值Δngrenz。如果转速差Δn小于转速差限值Δngrenz，那么在方法步骤50中将参数x加1。低转速差Δn意味着内燃机1平稳运转，从而会出现炽热点火状态。如果转速差Δn大于转速差限值Δngrenz，那么在方法步骤50′中将参数x减1。接下来在方法步骤51中检查，参数x是否高于或者低于该参数的限值xgrenz。如果该参数低于限值，那么本方法重新开始。如果该参数x高于该参数的限值xgrenz，那么便具有炽热点火状态的征兆。
因此在方法步骤52中首先将参数x回归到其初始值，即回归到0。然后在方法步骤53中中断内燃机1的点火并获取基于此得出的转速分布。其中同样优选对在依次的发动机循环之间的转速差Δn进行观察。在方法步骤54中检查转速差Δn是否小于转速下降的限值Δnabfall。如果转速差Δn较大，那么便意味着转速n在点火中断后较为强烈地降低。因此不会出现炽热点火。本方法中止。
如果转速差Δn大于转速下降的限值Δnabfall，那么便会出现炽热点火状态。因此在方法步骤55中引入用于避免炽热点火的措施。尤其是引进提高的燃料量，以使得混合物变浓。由此可以克服炽热点火状态。内燃机于是又进入普通运转状态中。
在图5和图6中示出了在普通运转状态下(图5)和在炽热点火运转状态下(图6)的、基于时间t的转速分布和参数x的分布。其中，曲线30描述了各转速n，曲线31描述了参数x的分布。如图5所示，在普通运转状态下，转速n的波动较高。参数x得到提高或降低，从而曲线31示出锯齿形的分布。参数x继续保持在该参数的限值xgrenz之下。该参数的限值xgrenz可以例如计为30。该参数的限值xgrenz针对每个内燃机合适地选取。
在图6中示出了在炽热点火状态下的转速。从发动机循环到发动机循环的转速n波动较小。因此，依次的发动机循环的转速的转速差Δn在大部分循环中低于转速差限值Δngrenz，从而参数x在多个发动机循环中增加。如图6的曲线图所示，参数x的曲线非常陡峭地上升并在0.2至0.3秒之后就已经达到该参数的限值xgrenz。
在图7至9中说明了按照发明的方法。图7示出转速n基于时间t的分布。在范围32之内占据的是普通运转状态。从发动机循环到发动机循环的转速n波动较强。在范围33之内的转速波动只是很小。如图8所示，这导致参数x迅速升高并达到相对于时间点t1的、该参数的限值xgrenz。为了确保在范围33之内确实占据炽热点火运转状态，如图9中所示那样相对于时间点t1中断点火一个时间段Δt。其中，该时间段Δt优选包括多个发动机循环。对在时间段Δt内得到的转速分布进行评价。
图7示出了这两种转速分布的可能性。曲线34示出了在炽热点火运转状态下的转速分布。内燃机1的转速n在点火中断的情况下相对于时间点t1并不下降。转速n保持近似不变。在这种情况下占据的是炽热点火运转状态，因为尽管点火中断仍然发生混合物的起燃。曲线35示出了在普通运转状态下的转速分布。在普通运转状态下，当点火中断的时候，转速n强烈地下降，因为燃烧不再进行，并且活塞5因此不再受到加速。只有在再次实施点火时，转速n才会重新上升。因此，通过转速分布可以安全地获取是否出现炽热点火运转状态。由于只在确实出现炽热点火的征兆时才中断点火，所以不用过于频繁地中断点火，从而内燃机1的运转通过点火的中断不会受到过于强烈的损害。
通过按照发明的方法可以以简单的方式基本上通过捕获内燃机1的转速而获取是否出现炽热点火状态。图4中示出的方法还具有下述优点，即，为了获取转速差Δn以及参数x的当前值仅须保存很少的数值，即当前的转速n以及之前的发动机循环的转速n。由此可以实现控制的简单构成。
工作机械例如机动锯或类似物通常明确地在内燃机的空载转速之下运转。因此对于这类工作机械中的内燃机来说很少发生点火的中断。其他工作机械例如自由剪割机或机动整枝剪在通常的运转中在空载转速的范围内运转。其中，转速的调节通常通过在高于空载转速n0情况下的中断点火实施，空载转速n0在图10中有所展示。图10示出在工作机械中的内燃机的示意性转速分布，其中，内燃机1在空载转速n0的范围内工作。转速n基于空载转速n0升高到时间点t2为止。点火被中断并且转速n落到空载转速n0以下。然后转速n又上升超过空载转速n0，这导致至时间点t3之前点火重新中断并且导致由此引起的转速下降。至时间点t4之前点火重新中断。然而大于空载转速n0的转速n不会下降，而是继续升高。在这里出现炽热点火状态。该炽热点火状态可以被识别，并且转速n可以通过相应的措施得到减小，例如通过提高燃料的供应或者减小或停止燃料的供应使得转速n减小。
图11示出本方法的、用于获取炽热点火状态的第一道流程。在方法步骤58中获取转速是否高于空载转速n0。如果不是这种情况，那么本方法便重新开始，原因在于，低于空载转速n0不会出现炽热点火状态。
如果转速n大于空载转速n0，那么在方法步骤59中检查，两个依次的发动机循环之间的转速差Δn是否大于转速差限值Δngrenz。同时还可以考虑在多个发动机循环后的转速差Δn，即例如第一与第五发动机循环之间的转速差Δn。如果转速差Δn小于转速差限值Δngrenz，那么不会出现炽热点火状态。这可以是转速n基本保持不变时或转速下降时的情况。如果转速差Δn·大于转速差限值Δngrenz，那么便出现炽热点火状态。因此在方法步骤65中采取针对内燃机炽热点火的措施。该措施可以是提高浓度，即提高燃料供应，或者是降低浓度，即减小或停止燃料供应。如果转速n又一次落到空载转速n0之下，则内燃机1回归到普通运转状态中。
图12示出本方法的一个实施例变型。在方法步骤58中可以检查转速n是否大于空载转速n0。该方法步骤58可以在图12所示的方法中省略。在方法步骤69中可以获取平均转速Δnm是否大于平均转速的限值nmgrenz。其中，平均转速nm代表转速n在多个发动机循环后的平均值。如果平均转速nm小于平均转速的限值nmgrenz，那么不会出现炽热点火状态。如果平均转速nm大于平均转速的限值nmgrenz，那么便会出现炽热点火状态。于是在方法步骤65中采取针对炽热点火状态的措施，例如提高或强烈地降低供应给内燃机1的燃料/空气-混合物的浓度。
空载转速n0可以例如是每分钟近似12500转。转速差限值Δngrenz可以例如是每分钟近似200转，平均转速的限值nmgrenz可以例如是每分钟近似13000转。当然，对于每个发动机来说必须单独地获取转速值。
对于在普通运转状态下通常在空载范围内工作的内燃机而言可以通过获取和评价至少一个转速值而直接推断出是否出现炽热点火状态。在这之前获取炽热点火状态的征兆可以省略。由此实现简单地获取炽热点火状态。

Claims (18)

1.用于运行内燃机的方法，在该方法中获取内燃机(1)的炽热点火状态，其中，内燃机(1)具有气缸(2)，在该气缸内构造有燃烧室(3)，该燃烧室由往复运动地支承的活塞(5)限界，其中活塞(5)通过连杆(6)驱动曲轴(7)，和其中内燃机(1)具有用于供应燃料的装置和用于点燃燃烧室(3)中的燃料/空气混合物的点火装置，其中，在获取炽热点火状态时获取并评价内燃机(1)的至少一个转速值，和通过评价转速值获取炽热点火状态的征兆，其特征在于，当出现炽热点火状态的征兆时中断内燃机(1)的点火并获取在中断点火情况下的内燃机(1)的转速(n)的分布。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在多个发动机循环之后中断点火。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，获取在依次进行的发动机循环之间的转速差(Δn)作为转速值。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，将转速差(Δn)与转速差限值(Δngrenz)进行比较。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，在多个发动机循环上对转速差(Δn)与转速差限值(Δngrenz)的比较结果进行评价。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，借助参数(x)实施所述比较结果的评价，如果转速差(Δn)小于转速差限值(Δngrenz)便提高该参数，如果转速差(Δn)大于转速差限值(Δngrenz)便降低该参数。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，将参数(x)与参数限值(xgrenz)进行比较，其中，达到参数限值(xgrenz)表示出现炽热点火状态的征兆并且在达到参数限值(xgrenz)之后将参数(x)回归到其初始值。
8.按权利要求6或7所述的方法，其特征在于，检查转速(n)是否处于会出现炽热点火的转速带内，并且在该转速处于该转速带之外时将参数(x)回归到其初始值。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，为了获取内燃机(1)的炽热点火状态而获取转速(n)是否处于会出现炽热点火的转速带内。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，如果转速(n)处于会出现炽热点火的转速带内，那么为了获取炽热点火状态而获取转速(n)的标准偏差。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，获取一次完整发动机循环的转速(n)的标准偏差(σ)。
12.按权利要求10或11所述的方法，其特征在于，对标准偏差(σ)与该标准偏差(σ)的限值(σgrenz)进行比较，其中，当未超过限值(σgrenz)时出现炽热点火状态。
13.按权利要求1所述的方法，其特征在于，获取平均转速(nm)作为转速值。
14.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过中断内燃机(1)的点火限制内燃机(1)的转速(n)。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，通过将所述转速值与所述转速值限值进行比较而对于该转速值直接查明是否出现炽热点火状态。
16.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在识别到炽热点火状态的情况下引入针对炽热点火的措施。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，给内燃机(1)供应提高的燃料量。
18.按权利要求16所述的方法，其特征在于，给内燃机(1)供应强烈减少的燃料量或不供应燃料。
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