CN101498258B

CN101498258B - 用于内燃机运行的方法

Info

Publication number: CN101498258B
Application number: CN2009100026405A
Authority: CN
Inventors: T·吉格; M·丹格尔迈耶; A·纽鲍尔; W·莱赫尔
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: US20090178648A1; JP5352221B2; DE102008064008A1; CN101498258A; JP2009168012A; US8322326B2; DE102008064008B4

Abstract

本发明涉及用于内燃机运行的方法。该内燃机(8)具有一点火装置，一用于燃料供给的装置和一用于内燃机(8)的转速(n)探测的装置。内燃机(8)具有一允许的极限转速(n_g)并且在极限转速(n_g)之上具有一转速(n)的极限区域(A)。用于内燃机(8)运行的方法规定，内燃机(8)的转速(n)在极限区域(A)中通过在单个的发动机循环中放弃点火被限制，在该发动机循环中转速(n)位于在极限区域(A)中的极限转速(n_a)之上。在极限区域中为了废气值的改善空冲程率(ASR)被调节，该空冲程率说明了发动机循环的数量与点火总数的比，对于该发动机循环点火被放弃。

Description

用于内燃机运行的方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机运行的方法。

背景技术

由DE19614464A1的说明书导言得知，尤其是在便携式工具机中已是众所周知的，为了限制转速有目的地切断点火。然而在点火切断时未燃烧的燃料可能泄露到周围的环境中。

发明内容

本发明以该任务为依据，提出一种用于内燃机运行的方法，用该方法可以获得良好的废气值。

该任务的技术解决方案在于一种用于内燃机运行的方法，其中内燃机具有一点火装置、一用于燃料供给的装置和一用于内燃机、的转速探测的装置，其中内燃机具有一允许的极限转速n_g和一在极限转速n_g之上的转速n的限制区域A，其中内燃机的转速n在限制区域A中通过放弃点火被限制，其特征在于，点火在限制区域A中通过在单个的发动机循环中放弃点火被限制，在该发动机循环中转速n位于在限制区域A中的限制转速n_a之上，并且在限制区域A中空冲程率被调节，该空冲程率说明了点火被放弃的发动机循环的数量与点火总数的比。

在限制区域中空冲程率的调节允许这样控制内燃机，以便可以达到良好的废气值。由于通过放弃点火转速被限制，如它对于便携式工具机所要求的，提供了一可靠的转速限制。有利的是空冲程率被提高。然而也可以规定，空冲程率被降低，尤其是通过供给燃油量的改变。

空冲程率可以简单的方式通过供给燃油量的改变被调节。与此同时尤其是供给燃油量被连续的改变。适当的为了空冲程率的调节供给燃油量被减少。

通过供给燃油量的改变首先供给燃油量可以被减少，因此在无燃烧的循环中未燃烧的泄露的燃料部分被改变，尤其是被减少。同时不发生燃烧的循环的数量可以被提高，因此供给燃油量的大部分在内燃机中被燃烧。由此废气值可以被改善，并且总合起来燃料消耗被降低。同时在限制区域中得到一可靠的转速限制。有利的是空冲程率被调节，直到它下降到20％以下，尤其是下降到10％以下，有利的是一直下降到0％，那么直到仅还有在20％或者10％的发动机循环中不发生燃烧。当空冲程率一直下降到大约0％时，那么几乎在每一个发动机循环中发生燃烧。因为在至少80％或者90％或者100％的发动机循环中进行点火，并且因此可以发生燃烧，所以未燃烧的可通过内燃机的排出口泄露的燃油量非常少。

为了供给燃油量的调节，在转速处在极限转速之下时引入一干扰，并且测量内燃机的转速反应。借助于发动机的转速反应可以测定，供给的混合气是否过浓或者过稀。在限制区域中燃料成分的控制是不可能的，因为在限制区域中基于转速限制转速反应是不可能向上的。因此在工具大多数在限制区域中工作的工具机中，例如在灌木剪、便携剪草机或者这一类的工具机中燃料成分的足够良好的调节常常是不可能的。那么规定，发动机的调节量由在限制区域中的参数测定。因为调节量由在限制区域中的参数测定，所以调节量的测定在大多数在限制区域中运行的工具机中也是可行的。

有利的是在限制区域中作为调节量测定一空冲程率的最大值。此外空冲程率的最大值根据供给燃料/空气比或者跟据供给燃油量测定。空冲程率的最大值指出燃料/空气比，在该燃料/空气比时每一次点火的发动机循环的最大功率被达到。此外该最大值的出现不依赖于在内燃机中作用的负荷，因此空冲程率的最大值的测定在工具机的工具调换之后同样毫无问题是可行的。有利的是空冲程率的最大值或者最大值的按百分比计算的部分被用于特性曲线的调节，该特性曲线绘出了供给燃油量关于转速的关系。从在空冲程率的最大值时供给燃油量出发一要求的燃料/空气比可以被调节。此外例如可以规定，供给燃油量小于在空冲程率的最大值时或者在空冲程率的最大值的预先确定的按百分比计算的部分时的最佳功率燃油量，以便避免内燃机的混合气过浓。为了保证足够的润滑，然而也可以要求浓的燃料/空气比。这可取决于工具机的类型。

空冲程率的变化可能波动。此外尤其是在最大值的区域中剧烈波动是可能的，而在微小的空冲程率时几乎不产生波动。由于这一原因这可能是有利的，为了发动机调节量的测定不选择空冲程率的最大值，而是选择预先确定的空冲程率的最大值的按百分比计算的部分。该预先确定的按百分比计算的部分例如可能处在空冲程率的最大值的大约85％到95％的范围中。此外有利的是对于带有负荷的运行选择比不带负荷运行更高的按百分比计算的部分。例如在带有负荷的运行时可规定大约93％的按百分比计算的部分，并且在不带负荷运行时可规定大约90％的按百分比计算的部分。

这里规定利用空冲程率的最大值或者预先确定的空冲程率的最大值的按百分比计算的部分，以便调节一特性曲线，该特性曲线对于全部转速范围绘出各自供给的燃油量。此外例如可以规定，特性曲线根据空冲程率的最大值移动。有利的是在转速处在极限转速之下时为了特性曲线的调节改变燃料/空气比，该特性曲线绘出了供给的燃油量关于转速的变化，并且利用由变化的燃料/空气比产生的转速的变化。借助于转速的变化特性曲线可以被调节，该特性曲线绘出了供给的燃油量关于转速的变化。借此不仅在极限转速之下而且在限制区域中一对于内燃机要求的燃料/空气比被调节。

有利的是燃料/空气比通过供给的燃油量的变化被改变。然而也可以规定，改变供给的燃烧用空气量。为了达到内燃机的良好控制规定，用于燃料供给的装置计量每一个发动机循环的供给燃油量。用于燃料供给的装置例如可以是一阀门、尤其是一分配阀、例如一电磁阀或者这一类的阀门，该阀门与内燃机的控制装置相连接。

已经表明，在限制区域中可能出现一发动机循环的临界模型，对该发动机循环不进行点火。在该没有点火的发动机循环的临界模型时在发动机中产生极端的压力变化，该压力变化使发动机承受巨大的负载。同时也表明，产生的振动可能位于工具机传动杆的固有频率的范围中，因此引起传动杆的振动，该振动同样可能导致工具机的巨大的负载。独立的本发明的构思涉及到该巨大的负荷的避免。为此规定，在限制区域中发动机循环的临界模型被识别，对于该循环不进行点火。这可以是每一恒定的模型或者仅仅是一确定的恒定的模型。尤其是在模型中出现的振动频率与传动杆的固有频率相一致。这里规定，有利的是在运行时出现的发动机循环的模型始终被监视，并且当模型与发动机循环的临界模型相一致时，点火在紧接着的发动机循环中被放弃。

由于在紧接着的发动机循环中点火也被放弃，模型被干扰，并且出现另一尤其是不均匀的模型。借此一不变的临界空冲程模型以简单的方式被阻止。与此同时发动机循环同样地进入空冲程率的确定，对于该发动机循环点火被放弃。通过放弃点火的转速限制不会由于另外的发动机循环受到影响，对于该发动机循环不发生点火。此外为了发动机调节量的测定空冲程率的调节例如通过供给燃油量的变化是可行的，以便发动机的控制不会由于另外的发动机循环受到不利的影响，对于该发动机循环不发生点火，以便避免临界的空冲程模型。

附图说明

在下面本发明的实施例被借助于附图说明。其中：

图1表示的是一由操作人员手持的便携式工具机的示意透视图，

图2表示的是一由图1所示工具机的内燃机的部分剖视的透视图，

图3表示的是一示意曲线图，该曲线图绘出了在限制区域中转速关于时间的变化，

图4表示的是一示意曲线图，该曲线图绘出了空冲程率关于时间的变化，

图5表示的是一示意曲线图，该曲线图绘出了在图4中所示的空冲程率变化时空气系数λ关于时间的变化，

图6表示的是一便携式工具机的负载关于转速变化的示意曲线图，

图7表示的是一特性曲线的示意曲线图，该特性曲线绘出了供给的燃油量关于转速的变化，

图8表示的是一曲线图，该曲线图绘出了在不同的工具机负载时空冲程率关于空气系数的变化，

图9表示的是一用于特性曲线调节的方法过程的示意图示，

图10表示的是一曲线图，该曲线图绘出了发动机循环的模型关于时间的变化，对于该发动机循环不进行点火，并且

图11表示的是一用于点火模型调节的方法过程的示意图示。

具体实施方式

在图1中例如作为便携式工具机表示了一便携剪草机1。代替在便携剪草机1中有利的是本发明也可以在灌木剪或者在其它的便携式工具机如机动锯、切割机和这一类的工具机中使用。在利用本发明的、主要是在限制区域中运行的工具机、如便携剪草机或者灌木剪时会产生特别的优点。

便携剪草机1具有一导管2，为了在工作中引导便携剪草机1两个手柄3固定在该导管上。此外一背带5布置在导管2上，该背带通过使用者的肩膀引导。在朝向地面的端部一纤维切割头6布置在导管2上，该纤维切割头包括一切割纤维7。纤维切割头6被旋转驱动。一壳体4布置在导管2的另一端部上，一用于纤维切割头6驱动的内燃机布置在该壳体中。

便携剪草机1的内燃机8以透视图的形式表示的图2中。单缸内燃机8构成两冲程发动机。然而内燃机8也可以构成单缸四冲程发动机。内燃机8具有一汽缸9，一活塞10可往复移动地支承在该汽缸中。活塞10通过一连杆11驱动一可旋转地支承在曲轴箱12中的曲轴13。活塞10形成一在汽缸9中构成的燃烧室22的边界，一火花塞23伸入该燃烧室中。火花塞23通过一控制装置25与点火模块24相连接。火花塞23与点火模块24和负责点火的控制装置25的部件构成一点火装置。

在图2中表示的活塞10的下止点处曲轴箱12的内部通过两个溢流管道21和两个溢流管道20与燃烧室22相连接。在图2中只各自表示了溢流管道20和21其中的一个。一排出口19从燃烧室22中引出。两个溢流管道21被布置在排出口的附近。

在活塞10的上止点的区域中一进口16通到曲轴箱12，燃烧用空气通过该进口供给。一节气阀18布置在通到进口16的管道中，通过该节气阀可控制供给的燃烧用空气量。节气阀18装备有一节气阀传感器26，该节气阀传感器与控制装置25相连接，并且通过该节气阀传感器测定节气阀18的位置。两个溢流管道20布置在进口的附近。一喷油嘴17布置在溢流管道20的一个中，该喷油嘴同样与控制装置25相连接，并且该喷油嘴在每一发动机循环中将由控制装置25对该发动机循环确定的燃油量供给溢流管道20。有利的是喷油嘴17是一电磁分配阀。

一发电机14布置在曲轴13上，该发电机可产生用于火花塞23点火所必须的能量。然而该能量也可以在点火模块24中产生。发电机14与控制装置25相连接，并且给该控制装置以及便携剪草机1的其它电动装置供给能量。此外发电机14用作内燃机8的转速的探测。此外一通风机转子15固定在曲轴13上，该通风机转子为内燃机8输送冷却空气。

如在图3中的曲线图所示，内燃机8的转速n被限制在极限转速n_g之上。一限制区域A位于极限转速n_g之上，转速限制在该限制区域内进行。一限制转速n_a位于限制区域A中，该限制转速大于极限转速n_g。在超过限制转速n_a时内燃机8的点火被放弃。因为不可能再进行燃烧，所以曲轴13不再继续进行加速，因此转速又下降到限制转速n_a之下。只要转速一下降到限制转速n_a之下，在燃烧室22中混合气的点火就又重新进行。由此转速n又重新提高，直到它位于限制转速n_a之上。只要转速n一超过限制转速n_a，点火就又重新被放弃，并且转速又下降。那么通过在超过限制转速n_a时放弃点火可以简单的方式有效地限制转速n。

在限制区域A中出现一空冲程率ASR，该空冲程率说明了无燃烧发动机循环与发动机循环的总数的比。空冲程率ASR取决于供给的燃油量。在图4和图5中绘出了在预先确定的空气系数λ关于时间t变化时产生的空冲程率ASR的变化。此外空气系数λ是燃料/空气比的量度。空气系数λ说明了与对于化学计算的燃烧所必须的空气量相关的实际上用于燃烧所供给的空气量的比。空气系数λ的值在1之下意味着，混合气过浓，而空气系数λ的值超过1表示一过稀的混合气。空气系数λ的变化在保持同样的空气量时与供给的燃油量的变化相一致。

如图4和图5所示，空气系数λ从一时刻t₁出发连续地变化。与此同时空气系数λ被提高，即供给的燃油量以相应的方式连续地被减少，那么混合气变得过稀。与此同时有利的是变化、尤其是供给的燃油量的减少连续地进行。然而也可以规定分级方式的变化、尤其是分级方式的减少。如图4所示，首先空冲程率提高，直到时刻t₂它达到最大空冲程率ASR_max。当空气系数λ继续被提高时，那么供给的燃油量继续被减少，空冲程率ASR重新下降。到时刻t₃达到90％的空冲程率ASR₉₀，即一空冲程率ASR，该空冲程率大约位于最大空冲程率ASR_max之下10％。到时刻t₄达到大约20％的空冲程率ASR。如线31所示，规定在达到大约20％的空冲程率ASR之后供给的燃油量保持恒定。因此供给的燃油量是非常低的，而同时没有燃烧的发动机循环的数值也小。因此得到微小的废气值。空气系数λ保持在值λ₂。

最大空冲程率ASR_max出现在该空气系数λ时，在该空气系数时内燃机8每次点火的发动机循环达到最大功率。在该空气系数λ时曲轴13达到最大加速度，因此转速上升也是最大的。因此转速相对地说更久地保持在限制转速n_a之上，因此相对地说更多的继续的发动机循环不进行点火。在便携式工具机、如灌木剪或者便携剪草机中，在该机器中内燃机8大多数在限制区域A中运行，调节燃料/空气比这可能是有利的，该燃料/空气比与功率最佳值λ₁，即在最大空冲程率ASR_max时的空气系数相一致。只要一要求发动机高的功率，例如当粗树枝或者这一类的东西被用灌木剪切割时，在该调节时最大发动机功率马上可提供使用。该调节通过线32在图5中绘出。然而这同样是有利的，为了达到内燃机8的充足的润滑，将空气系数λ比最佳功率空气系数λ₁调节的更浓。这在图5中通过空气系数λ₃表示。线33在图5中描述了空气系数λ₃的变化。

图6示范性地表示了发动机负载M_d关于转速n的变化。根据发动机负载M_d的最大值设有一工作转速范围B。在较高的转速n时极限转速n_g与工作转速范围B保持一定距离，具有限制转速n_a的限制区域A紧接着极限转速n_g。如图6所示，在限制区域A中由于转速限制通过放弃点火转速n非常剧烈地下降。

在通常在工作转速范围B中运行的工具机中为了空气系数λ和供给燃油量x的调节可以应用在图9中示意表示的方法。在工步34中燃料/空气比被改变，例如通过供给的燃油量的变化。与此同时供给的燃油量尤其是连续地被调节。然而这同时可能是有利的，供给的燃油量以分级的方式调节。在工步35中转速产生的变化被利用。转速信息通过发电机14被供给控制装置25。借助于转速反应，即接着转速n在燃油量提高之后是否降低或者提高，可以被测定，供给的燃料/空气混合气是否被调节的过浓或者过稀。然后供给的燃油量的变化有利的是在该方向上一直进行，直到最佳的燃料/空气比被达到，即当不仅在继续变浓而且在变稀时实现转速n的降低。该测定的最佳燃料/空气比在工步36中被利用，以便调节供给燃油量x关于全部转速范围n的特性曲线。此外根据工具机可调节一最佳的或者一围绕着确定的燃油部分过浓或者过稀的混合气。

在图7中示范性地表示了特性曲线27、28和29，该特性曲线各自说明了供给燃油量x关于转速n的变化。特性曲线27对每个转速n设有最小的供给燃油量x，即最稀的混合气，而特性曲线29对每个转速n规定了最大的供给燃油量x，因此最小的空气系数λ出现在特性曲线29中。供给燃油量x的特性曲线可以在特性曲线27、28和29之间移动或者可以挑选合适的特性曲线。合适的特性曲线的选择取决于在工作转速范围B中测定的最佳供给燃油量x。

在限制区域中特性曲线27、28和29的调节可基于空冲程率ASR_max的最大值进行。因此基于空冲程率ASR的最大值ASR_max的位置供给燃油量x关于内燃机8的全部转速范围的特性曲线被调节。代替最大值ASR_max为了特性曲线的调节也可以利用一预先确定的最大值ASR_max的按百分比计算的部分，例如在图4中所示的空冲程率ASR₉₀，该空冲程率是最大空冲程率ASR_max的90％。在最大空冲程率ASR_max时存在最佳功率空气系数λ₁。也可以规定，这样移动特性曲线27、28和29，以使在限制转速n_a时存在最佳功率空气系数λ₁。然而也可以规定，挑选一特性曲线27、28和29，在该特性曲线中在限制转速n_a时空气系数λ相对最佳功率空气系数λ₁具有一预先确定的距离。此外不仅可以规定，选择空气系数λ，该空气系数大于最佳功率空气系数λ₁，以便实现更低的燃油消耗，而且可选择空气系数λ，该空气系数小于最佳功率空气系数λ₁，以便实现内燃机8的润滑的改善。供给燃油量x根据选择的空气系数λ调节或者选择所属的特性曲线27、28和29。

在图8中表示了在不同的发动机负载M_d1和M_d2时空冲程率ASR的变化。如图8所示，不依赖于负载M_d1、M_d2各自产生一空冲程率的最大值。只是描绘空冲程率ASR的曲线的位置在不同的负载时发生变化。借此提出的方法在用不同的工具机运行的内燃机8时也可以使用。由于为了供给燃油量的调节仅仅测定作为ASR_max的最大的空冲程率或者空冲程率ASR的变化，然而并不是它的绝对值，所以提出的调节不依赖于发动机负载。

已经表明，在通过放弃点火限制转速的内燃机中，在限制区域A中可以调节一发动机循环的临界模型P_krit，对于该发动机循环不发生燃烧。该临界的、通常恒定的模型P_krit导致在内燃机8中非常高的压力。这会产生振动，该振动可能位于工具机、例如便携剪草机1的传动杆的固有频率的范围中。由此可能产生具有高的材料负载和大的振动的谐振现象，该振动在运行中是不受欢迎的。在运行中出现高振动的内燃机8时，在限制区域A中的运行迄今为止是不可行的。但是为了通过空冲程率ASR的调节使在限制区域A中的运行并且因此同时发动机的控制成为可能规定，附加地为了空冲程率ASR的测定和调节要干涉点火。

在图10中示范地表示了进行点火的发动机循环的模型P关于时间t的变化。进行点火的发动机循环通过垂直的细线条表示。首先出现一不均匀的模型P₁。紧跟着一均匀的模型P₂，在该模型中在每六个带有点火的发动机循环之后是一没有点火的发动机循环。该模型被一模型P_krit接替，在该模型中在七个带有点火的发动机循环之后是一没有点火的发动机循环。一总共16个发动机循环的模型在实施例中表示了一临界模型P_krit，在该模型中各自在七个带有点火的发动机循环之后进行一没有点火的发动机循环。因此发动机控制装置在时刻t₅放弃点火，而且不依赖于，转速n是否大于或者不大于限制转速n_a。通过附加的没有点火的发动机循环没有燃烧的发动机循环的模型被干扰，并且谐振的形成被避免。在时刻t₅之后出现一模型P₄，该模型又是不均匀的。

图11示意地表示了用于发动机控制的方法过程。在工步37中临界模型P_krit被识别。这例如在工具机生产时已经可以实施或者例如在运行中有规律的进行，例如通过出现的振动或者压力变化的监视。在工步38中出现的模型P(t)被连续监视。测定的模型P(t)在工步39中被与临界模型P_krit比较。当模型P(t)与临界模型P_krit相一致时，那么在工步40中点火在紧接着的发动机循环中被放弃，并且由此模型被干扰。当模型P(t)偏离临界模型P_krit时，不会干涉点火。紧接着方法从工步38开始重复。

无点火发动机循环的临界模型P_krit的监视相对发动机循环的总变化进行，不依赖于空冲程率ASR的变化。由此使其可能，在限制区域A中可能出现谐振的发动机中，依赖于在限制区域A中的参数可进行空冲程率ASR的改变和发动机控制。总合起来内燃机的转速波动将更小，因此出现更平稳的运行。当空冲程率不被改变时，也可以设有模型P的规定的监视。

Claims

1.用于内燃机运行的方法，其中内燃机(8)具有一点火装置，一用于燃料供给的装置和一用于内燃机(8)的转速(n)探测的装置，其中内燃机(8)具有一允许的极限转速(n_g)和一在极限转速(n_g)之上的转速(n)的限制区域(A)，其中内燃机(8)的转速(n)在限制区域(A)中通过放弃点火被限制，其特征在于，点火在限制区域(A)中通过在单个的发动机循环中放弃点火被限制，在该发动机循环中转速(n)位于在限制区域(A)中的限制转速(n_a)之上，并且在限制区域(A)中空冲程率(ASR)被调节，该空冲程率说明了点火被放弃的发动机循环的数量与发动机循环的总数的比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空冲程率(ASR)通过供给燃油量的改变被调节。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，供给燃油量连续地被改变。

4.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于，为了空冲程率(ASR)的调节供给燃油量被减少。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空冲程率(ASR)被调节，直到它下降到20％以下。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，空冲程率(ASR)被调节，直到它下降到10％以下。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，空冲程率(ASR)被调节，直到它下降到大约0％。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，发动机的调节量由在限制区域(A)中的参数被测定。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，空冲程率(ASR)的最大值(ASR_max)在限制区域(A)中被测定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了特性曲线(27，28，29)的调节利用空冲程率(ASR)的最大值(ASR_max)或者一最大值(ASR_max)的按百分比计算的部分，该特性曲线绘出了供给燃油量(x)关于转速(n)的变化。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了特性曲线(27，28，29)的调节，在极限转速(n_g)之下燃料/空气比被改变，该特性曲线绘出了供给燃油量(x)关于转速(n)的变化，并且由改变的燃料/空气比产生的转速(n)的变化被利用。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，燃料/空气比通过供给燃油量的变化被改变。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于燃料供给的装置计量每一个发动机循环的供给燃油量(x)。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在限制区域(A)中不进行点火的发动机循环的模型(P)被监视，并且当模型(P)与不进行点火的发动机循环的临界模型(P_krit)相一致时，点火在紧接着的发动机循环中被放弃。