CN102741543A

CN102741543A - 更替tdc之前的点火角

Info

Publication number: CN102741543A
Application number: CN2010800630398A
Authority: CN
Inventors: 卡尔-约翰·丰; 赖内·古斯塔夫松
Original assignee: Husqvarna AB
Current assignee: Husqvarna AB
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: BR112012019080A2; RU2523020C2; EP2531716A4; EP2531716B1; EP2531716A1; US9080545B2; CN102741543B; US20120304966A1; JP5600186B2; RU2012137199A; JP2013519016A; WO2011096852A1

Abstract

本发明涉及调节二冲程内燃机转速的方法和装置。提供了一种更替相对于上止点位置的点火正时的设备。针对给定的发动机转速，点火正时可以是阶梯调整的。当在两个点火正时之间更替时，可使用一个或多个阶梯。当发动机转速增加而超过发动机转速阈值时，可调整点火正时。

Description

更替TDC之前的点火角

技术领域

本发明涉及用于操作二冲程内燃机的装置。更具体地，本发明涉及用于控制二冲程内燃机的转速的方法和设备。

背景技术

二冲程内燃机广泛地用于诸如（但不限于）链锯、树篱修剪器（hedgetrimmer）、草坪修剪器、鼓风机和割草机的各种手持式工具。当二冲程内燃机在工作期间承受非常小的负载时，发动机转速可达到一个非常高的值。这导致发动机过早地磨损并出现故障。因此，为了避免发动机的任何损坏，需要调节发动机转速。

通常，调整发动机相对于上止点（TDC）位置的点火正时来调节发动机转速。这在本领域中是众所周知的，在发动机转速达到预定的发动机转速阈值的情况下，通过逐渐并连续地推迟相对于TDC位置的点火正时来调节发动机转速。相对于TDC的点火正时指的是，在压缩冲程期间火花点燃汽缸中的空气燃料混合物的TDC位置之前以度数衡量的曲轴的角位置。然而，通过将点火正时减小至非常接近TDC，在排气消声器中可能发生未燃燃料的喷出。这导致了输出功率的损失、增加废气中的污染物以及不希望的噪音。此外，废气的温度非常高，而这也可导致非预期的灼热点火。

此外，点火正时还取决于发动机温度；在冷发动机的情况下，将点火正时降低至非常接近TDC，会导致燃烧不完全并导致废气中的污染物增加。

在某些情况下，伴随着对点火正时的控制，采用熄火（cut-out）来调节发动机转速。在熄火期间，在曲轴的一些转中省去（skip，跳过）点火。这有助于调节发动机转速并且还降低废气的温度。然而，其具有在跳过点火的发动机旋转期间喷出了未燃烧的气体的缺点，并且导致废气中的污染物量增加。此外，由于发动机的不均衡功率输出，熄火还影响运行。

根据上文所述的，需要一种调节二冲程内燃机的转速的改进系统和方法。此外，还需要一种用于调节发动机转速以提供提高了的发动机性能和效率的装置。

发明内容

鉴于上文，目的是解决或至少减少上面所讨论的这些问题。具体地，目的是提供用于调节二冲程内燃机的转速以避免对发动机的任何损坏的方法和装置。

该目的利用根据权利要求1所述的新颖设备来实现，其中，该设备包括用于使二冲程内燃机的点火正时更替的装置。用于使点火正时更替的装置被提供为响应于发动机转速来阶梯地调整点火正时。因此，该设备在低负载状态期间能控制发动机转速。该装置被用于针对发动机较高的转速以不连续的方式使点火正时更替，并且控制发动机转速的任何进一步的增加。此外，根据本发明的实施方式，在发动机转速高于发动机转速阀值的情况下，该装置使点火正时更替。

根据本发明的另一实施方式，用于使点火正时更替的装置被提供为控制点火正时，使得点火正时在一个或多个更替跨度（alternating span）中是可阶梯调整的。然而，根据权利要求4，点火正时在第一点火正时和第二点火正时之间的更替跨度中是可阶梯调整的。根据本发明的特定实施方式，在冷发动机的情况下，用于点火正时的装置被设置为使点火正时在上止点（TDC）位置之前的约31度至TDC位置之前的约10度之间更替。此外，在热发动机的情况下，该装置使点火正时在TDC位置之前的约10度和TDC位置之前的约0度之间更替。

根据又一实施方式，发动机工作在0RPM至15000RPM的转速范围中，并且发动机转速阈值被设定为8000RPM。因此，在8000RPM以上，点火正时是可阶梯调整的以控制发动机的转速。根据权利要求9和10，除使点火正时更替之外，针对一个或多个曲轴旋转可跳过点火，和/或针对两个或更多的曲轴旋转，发动机可在相同的点火正时下工作。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于操作发动机的方法。该方法可包括获得发动机转速，以及响应于所获得的发动机转速相对于上止点位置使点火正时更替的步骤。然后，当发动机转速增加超过发动机转速阈值时，阶梯地调整点火正时。

根据本发明的第二个方面的实施方式，该方法可包括使点火正时在一个或多个更替跨度之间更替。此外，根据本发明的第二个方面的实施方式，该方法可包括使点火正时在第一点火正时和第二点火正时之间更替，例如，针对冷发动机，使点火正时在31度与10度之间更替，而针对热发动机，使点火正时在10度与0度之间更替。

根据权利要求17的本发明第二个方面的其它实施方式，该方法还包括，在0RPM至15000RPM的范围中操作发动机并针对一次以上的曲轴旋转跳过点火，和/或针对两次以上的曲轴旋转，在相同的点火正时下操作发动机。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1是示出了根据本发明实施方式的用于调节二冲程内燃机的发动机转速的控制单元的框图；

图2示出了根据本发明实施方式的点火正时与发动机转速之间的示例性曲线图；以及

图3示出了根据本发明实施方式的用于调节发动机转速的示例性方法。

具体实施方式

下文中，将参考示出本发明优选实施方式的附图更充分地描述本发明。然而，本发明在本文中可以许多不同的形式体现；相反，更确切地说，提供这些实施方式使得这个公开将是彻底和完整的，并且向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在附图中，相同的数字表示相同的引用。

图1是示出了根据本发明实施方式的用于调节二冲程内燃机（未示出）的发动机转速的控制单元100的框图。二冲程内燃机（下文中被称为“发动机”）可用于手持式电动工具中，诸如如链锯、修剪器、鼓风机、割草机以及其它花园或林业装备。然而，在不背离本发明的精髓的情况下，发动机也可以用于其它任何不同的应用中。

在本发明实施方式中，控制单元100可以是与发动机的发动机控制模块（ECM）相关联的电子点火系统。ECM还可包括燃料喷射控制单元、气门正时控制单元（valve timing control unit）、怠速转速控制单元（idlespeed control unit）和用于控制发动机各种参数的其它控制单元。此外，ECM可利用各种传感器装置，例如，但不局限于气门开度传感器、曲轴位置传感器和温度传感器。在本发明的实施方式中，控制单元100通过以与发动机转速的非连续关系推迟相对于上止点（TDC）位置的点火正时，来调节发动机转速。相对于TDC的点火正时指的是，火花点燃空气燃料混合物的TDC位置之前的以度数表示的曲轴的角位置。在本发明的另一实施方式中，控制单元100可通过更替相对于TDC位置的点火正时来调节发动机转速。

如图1所示，控制单元100包括转速传感器102、处理单元104和存储器装置106。在工作期间，转速传感器102测量发动机转速。由转速传感器102所获得的发动机转速可被提供给处理单元104。处理单元104可将发动机转速与发动机转速阈值进行比较。发动机的发动机转速阈值数据可被存储在存储器装置106中。在发动机转速超过发动机转速阈值的情况下，发动机的点火正时被配置为针对给定的发动机转速阶梯地更替。此外，控制单元100可连接至火花塞108以在压缩冲程期间点燃空气燃料混合物。

在本发明的实施方式中，控制单元100可在一个或多个更替跨度中控制点火正时。在更替跨度中，可在第一点火正时和第二点火正时之间阶梯式地调整点火正时。通过以非连续的阶梯方式推迟点火正时，实现对发动机转速更好的控制。在本发明的另一实施方式中，除使点火正时更替之外，可在曲轴的几转中省去点火来调节发动机转速。在本发明的又一实施方式中，在一些转中，发动机可在第一点火正时下工作，而对于曲轴的其它转，可在第二点火正时下工作。

在本发明的实施方式中，存储器装置106可以为随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存存储器或任何合适的存储装备。存储器装置106可包括用于存储控制单元100的操作指令和其它软件的各种模块。操作指令可以是用于控制控制单元100的总体操作的一组计算机可执行指令。

存储器装置106还可以存储用以针对给定发动机转速确定相对于TDC位置的点火正时所需要的参数的数据库。这些参数可包含与发动机转速的点火正时映射以及发动机的工作条件、工作负载等。工作条件可包括发动机的功率输出和负载状况。在本发明的实施方式中，存储器装置106可存储代表TDC位置之前的点火正时与发动机转速之间的阶梯关系的数据。点火正时可以实时地计算，或者可脱机计算。来自存储器装置106的一个或多个参数可与处理单元104通信。

处理单元104执行调节发动机转速所需的所有计算。处理单元104可包括输入/输出（I/O）接口110。I/O接口110可以是可用于获得存储在存储器装置106中的参数和计算机可执行指令。在本发明的实施方式中，处理单元104可经由I/O接口110从转速传感器102获得发动机转速。

处理单元104还可包括用于计算与确定点火正时相关的参数的计算模块112。在本发明的实施方式中，参数可以为发动机的工作条件。在本发明的可选实施方式中，计算模块112还可确定其他的参数，诸如但不限于发动机的温度以及跳过点火的旋转次数。

点火正时模块114可包含在处理单元104中。基于在计算模块112中计算出的参数，点火正时模块114确定相对于TDC位置的点火正时。在本发明的实施方式中，基于发动机转速确定点火正时。在本发明的另一实施方式中，点火正时模块114还可以利用其他的参数，诸如但不限于发动机的温度、跳过点火的转数、以及发动机的工作历史，以确定相对于TDC位置的点火正时。

处理单元104可将输出信号发送到火花塞108，用于设定所确定的点火正时。在本发明的实施方式中，信号可表示用于点火正时的阶梯调整和发动机转速调节的更替跨度。在本发明的另一实施方式中，在发动机转速高于发动机转速阈值时，处理单元104可发送输出信号。在本发明的各种其它实施方式中，信号可表示需跳过点火的转数，和/或可包括点火正时的一个或多个更替跨度。

图2示出了根据本发明实施方式的点火正时与发动机转速之间的示例性曲线图200。参考曲线图200，发动机转速可在0RPM至大约12000RPM的范围中，并且发动机转速阈值可以为大约8000RPM。正如曲线图200中的实线所示出的，在冷发动机的情况下，控制单元100可使点火正时在TDC位置之前的约25度与TDC位置之前的12.5度之间更替。如图2所示，在发动机转速约等于9000RPM时，点火正时从TDC位置之前的25度被阶梯式地推迟至12.5度。此外，在热发动机的情况下，控制单元100可使点火正时在TDC位置之前的约12.5度与TDC位置之前的0度之间更替。

根据本发明的另一实施方式，在冷发动机的情况下，控制单元100可使点火正时在TDC位置之前的约31度和TDC位置之前的10度之间更替，而在热发动机的情况下，控制单元可使点火正时在TDC之前的10度与为TDC之前的0度之间更替。

推迟点火正时的阶梯数还可以多于二个，使得图2中所示的点火角度-转速曲线图会有更多的阶梯。

最高发动机转速可变化。针对本发明的其他可行实施方式，最高发动机转速例如可以为15000RPM。

发动机转速阈值以及推迟点火正时的（多个）发动机转速可根据发动机的特性而变化。

在本发明的实施方式中，发动机的点火正时可在一个或多个更替跨度之间更替。此外，对于发动机的某些转，点火正时可以是更替跨度中的第一点火正时，而对于其它转则可以是更替跨度中的第二点火正时。例如（但不限于），在热发动机的情况下，对于发动机的每两转或三转，点火正时可以为约12.5度，而对于其他转则可以为0度。

具有多于两个的更替跨度当然也是可行的，使得在图2中所示的点火角度-转速曲线图会有更多的阶梯。

在使用两个更替跨度的情况中，即，当曲线图具有如图2中所示的形状时，在后面的时间间隔中可发现所用的不同点火正时的适当值：

第一更替跨度中的第一点火正时可优选地从TDC位置之前的20度至40度的间隔范围中选择。

第二更替跨度中的第二点火正时（对于更高的发动机转速）可优选地从TDC位置之后的5度至TDC之前的25度的间隔范围中选择。

与第二更替跨度中的第一点火正时相当的第一更替跨度中的第二点火正时，可从第一间隔中的所选第一点火正时和第二间隔中的第二点火正时之间得到的间隔中选择。

在本发明的各种其他实施方式中，发动机可利用机械点火系统来控制发动机的点火正时。机械点火系统可使用火花分配器（spark distributor）将高电压电流分配给火花塞108。机械点火系统的火花分配器可被调整为使点火正时阶梯式地更替。在本发明的实施方式中，火花分配器根据发动机转速可使用设置在火花分配器内的砝码和弹簧来控制点火正时。而在本发明的另一实施方式中，除机械火花分配器以外，可使用发动机歧管压力（engine manifold pressure）和温度传感器来控制点火正时。

在这里，本发明参考具体的实施方式进行了解释。尽管已参考特定的硬件和软件部件对本发明的实施方式进行了描述，但本领域中的技术人员应当理解，也可使用硬件和/或软件部件的不同组合，并且在硬件中实施的特定操作也可在软件中实施，或反之亦然。其它实施方式对本领域技术人员将将是显而易见的。

图3示出了概括在本发明的示例实施方式中所涉及的各种步骤的方法300。控制单元100的存储器装置106可包括用于执行方法300的步骤的计算机程序指令或软件。计算机程序指令可包括用于获得和存储发动机转速并确定与获得的发动机转速相对应的点火正时的计算机可读指令。

在步骤302中，可通过使用转速传感器102获得发动机转速。转速传感器102可使用光学的或接触型传感器设备来获得发动机转速。在步骤304中，发动机的点火正时相对于TDC位置被阶梯式地更替。在步骤302获得的发动机转速可用于确定相对于TDC位置的点火正时的更替跨度。

在本发明的实施方式中，当获得的发动机转速增加而超过发动机转速阀值时，通过阶梯式地更替相对于TDC位置的点火正时，方法300可提供发动机转速的调整。在本发明的实施方式中，发动机转速阀值可被设置为8000RPM。在更替跨度之内，点火正时可在第一点火正时和第二点火正时之间更替。

在附图和说明书中，已公开了本发明的优选实施方式和示例，尽管使用了专门的术语，但它们仅仅用于普通和描述的意义而不是为了限制的目的，本发明的范围在所附权利要求中被阐明。

Claims

1.一种用于操作二冲程内燃机的设备，包括：

用于更替相对于所述二冲程内燃机的上止点位置的点火正时的装置；

其特征在于

用于更替所述点火正时的所述装置被提供为控制所述点火正时，使得所述点火正时响应于发动机转速是可阶梯调整的。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述发动机转速高于发动机转速阈值时，所述点火正时是可阶梯调整的。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述点火正时在一个或多个更替跨度中是可阶梯调整的。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述点火正时在第一点火正时和第二点火正时之间是可阶梯调整的。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，点火正时在所述上止点位置之前的约31度和所述上止点位置之前的约10度之间是可阶梯调整的。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，点火正时在所述上止点位置之前的约10度和所述上止点位置之前的约0度之间是可阶梯调整的。

7.根据权利要求2至6所述的设备，其中，所述发动机转速阀值为6000rpm至14500rpm。

8.根据以上任一权利要求所述的设备，其中，所述发动机转速在0rpm至15000rpm的范围内。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，在曲轴的一转或多转中省去点火。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，在曲轴的多于一转的旋转中，所述发动机可在相同的点火正时下工作。

11.一种用于操作二冲程内燃机的方法，所述方法包括：

获得发动机转速；以及

更替发动机的相对于上止点位置的点火正时，其中，更替所述点火正时包含响应于获得的所述发动机转速来阶梯式地调整所述点火正时。

12.根据权利要求11的所述方法，其中，更替所述点火正时包含将所述发动机转速与发动机转速阈值进行比较。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，更替所述点火正时包含在一个或多个更替跨度之间阶梯式地调整所述点火正时。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，更替所述点火正时包含在第一点火正时和第二点火正时之间阶梯式地调整所述点火正时。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，更替所述点火正时包含在所述上止点位置之前的约31度和所述上止点位置之前的约10度之间阶梯式地调整所述点火正时。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，更替所述点火正时包含，在所述上止点位置之前的约10度和所述上止点位置之前的0度之间阶梯式地调整所述点火正时。

17.根据权利要求11所述的方法，还包含在0rpm和15000rpm之间操作所述二冲程内燃机。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，还包含在曲轴的一转或多转中省去点火。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，还包含在曲轴的多于一转的旋转中可在同样的点火正时下操作所述发动机。