CN103392061B - 在切断速度下控制a/f比 - Google Patents

在切断速度下控制a/f比 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在内燃发动机的燃料供给部分中控制向内燃发动机（1）的燃料供给和空气供给中的至少一者的方法，使A/F比自动调节到期望水平。而且，该方法在接近切断速度阈值（52）的速度下起作用，其中发动机速度将围绕阈值（52）波动，该方法包括步骤：-从发动机（1）接收关于旋转速度的发动机速度数据，-使A/F比短暂变化，-将基本上未受短暂变化影响的发动机速度数据与受短暂变化影响的发动机速度数据相比较以评估由短暂变化引起的对发动机速度波动的影响，-如果受短暂变化影响的发动机速度数据表明燃烧后加速度增大，则在与短暂变化相同的方向上调节A/F比，及-如果受短暂变化影响的发动机速度数据表明燃烧后加速度减小，则在与短暂变化相反的方向上调节A/F比。

Description

在切断速度下控制A/F比
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃发动机（internalcombustionengine，内燃机）的燃料供给部分（比如汽化器或者燃料喷射系统）中控制向内燃发动机的燃料和/或空气的供给的方法和装置，以保证在切断速度（cutoutspeed）范围它的混合比被自动地调节到期望的水平。
发明的背景
在所有内燃发动机（IC发动机）中，空气/燃料比对于发动机功能是至关重要的。通常空气/燃料比被称为A/F比，A和F分别表示空气和燃料。为了实现低燃料消耗、低废气排放、优良的运行性能和高效能的令人满意的组合，A/F比必须维持在相当窄的限度内。
将IC发动机的废气排放保持在低水平的要求正在变得日益严格。在汽车发动机的情况下，这些要求已经导致废气催化剂的使用以及导致定位在汽车排气系统中的传感器和探测器的使用以控制A/F比。
但是，对于消费产品，比如动力锯、割草机和类似的产品，这个技术因为安装的原因以及也因为成本效率和操作安全性的原因是难以使用的。例如，在动力锯中，具有传感器和探测器的系统将导致增大的尺寸和重量以及在成本和也可能导致操作安全性问题方面的急剧上升。此外，传感器或者探测器常常需要具有完全纯氧的参比条件，其是在一些发动机中是实际不可能实现的情况，例如动力锯的马达。
预期中未来关于小IC发动机的一氧化碳排放的立法可能使使用手动调节的汽化器变得困难。假设在汽化器的情况下可能达到制造公差，随着在汽化器中固定的喷嘴的使用，满足这些法律要求并且同时在气压和温度、不同的燃料品质等等的所有组合中保证用户良好的运行性能是不可能的。
EP0715686B1描述了一种不使用氧传感器（λ探测器）控制发动机A/F比的方法。起初，A/F比短暂（briefly）变化。这可以例如通过短暂地节流或者停止燃料供给而实现。连同该变化，多个发动机旋转时间被测量。旋转时间涉及以如此的方式选择的发动机旋转速度：发动机的至少一个旋转未被该变化影响，优选地是发动机旋转速度是足够早的，使A/F比变化没有时间来影响发动机旋转速度。此外，发动机的至少一个即将来临的旋转以如此的方式被选择：它受短暂A/F比变化影响。在这个方式中，计算由A/F比变化导致的旋转时间差成为可能。在这个旋转时间差的基础上，如果需要，做出在朝向更稀或者更浓的混合物的期望的方向上的混合比的变化。因此，使用这个方法，可以通过测试发动机对更稀或者更浓的混合物如何起反应而实现最优的混合物。但是，EP0715686B1的发动机控制方法有些慢并且当精细调整A/F比时也需要产品在负载下运转。一些机器（比如灌木铲除机）通常不在恒定负载下工作并且因此用EP0715686B1的方法精细调整可能是困难的或者要花费更长的时间。
US20100011597披露了当空转发动机时快速找到A/F比的方法。调节A/F比直到已经达到期望的速度间隔为止。算法在A/F曲线的浓侧上找到A/F比，即，它寻找稍后可以使用例如如描述在EP0715686B1的方法中的一样的加负载方法优化的适合的A/F比。但是，当不能在负载下调节时也找到最优A/F比有时是期望的。
发明的目的
本发明的目的是通过提供能够调节切断速度下的A/F比的、用于在内燃发动机的燃料供给部分（比如汽化器或者燃料喷射系统）中控制到内燃发动机的燃料和/或空气供给的方法和装置来显著地减小上文中概述的问题。这个目的被实现而不需要使用氧传感器（λ探测器）。
发明的概要
通过用于在其燃料供给部分中控制向内燃发动机的燃料供给和空气供给中的至少一个使得A/F比被自动地调节到期望的水平的方法解决了起初讨论的目的和/或问题中的至少一个，该方法在接近于切断速度阈值的速度下起作用（activated，激活），该方法包括步骤：
-从发动机接收关于旋转速度的发动机速度数据，
-使A/F比短暂变化，
-将基本上未受短暂变化影响的发动机速度数据与受短暂变化影响的发动机速度数据相比较，以评估由短暂变化引起的在发动机速度波动上的影响，
-如果受短暂变化影响的发动机速度数据表明燃烧后加速度增大，则在与短暂变化相同的方向上调节A/F比，以及
-如果受短暂变化影响的发动机速度数据表明燃烧后加速度减小，则在与短暂变化相反的方向上调节A/F比。
因此当发动机在切断速度下工作时，能够快速地找到期望的A/F比。
附图的简要说明
图1示意性地示出了连接到燃料供给系统的发动机，
图2示意性地示出了以膜汽化器的形式的燃料供给系统，
图3示出了在两个不同的A/F比下关于发动机速度可以如何围绕切断速度变化的两条曲线，以及
图4以简化的方式示出了由于A/F比的短暂变化导致的在取决于围绕切断速度的发动机速度滞变（hysteresis，滞后作用）的参数上的暂时影响。
发明的描述
在示意性地图示的图1中，参考标号1表示两冲程型内燃发动机。它是曲柄箱（crankcase，曲轴箱）扫气的，即，空气3和来自于燃料供给系统20（例如，汽化器或者低压燃料喷射系统）的燃料的混合物40被吸进发动机曲柄壳体。从曲柄壳体，混合物被穿过一个或者多个扫气通道14传送到发动机燃烧室41。燃烧室设有点燃被压缩了的空气-燃料混合物的火花塞。废气42通过排气口43以及通过消声器13排出。所有这些特征在内燃发动机中是完全常规的并且为此原因在这里将不再更详细地描述。发动机具有活塞6，活塞通过连接杆11附装到设有平衡锤的曲柄部12。这样，曲柄轴回转。在图1中，活塞6采取了中间位置，其中流可能经过进气口44、排气口43和经过扫气通道14两者。进气通道21进入气缸5的嘴部被称为进气口44。因此进气通道21被活塞6关闭。通过打开和关闭进气通道21，在通道内产生了变化的流速度和压力。当燃料供给系统10是汽化器型的时，这些变化极大地影响供给的燃料的量。由于汽化器具有微小的燃料供给压力，因此它的燃料供给的量完全由进气通道21中的压力变化影响。本发明利用这些燃料量变化以产生对燃料供给量的短暂的和安全的控制。燃料的供给量基本上被由进气通道的打开和关闭导致的进气通道21内的变化的流速度和压力所影响。并且此外，由于曲柄箱扫气两冲程发动机或者曲柄箱扫气式四冲程发动机中的曲柄箱可以容纳相当数量的燃料并且因此充当拉平容器，因此对每个旋转都调节燃料供给是不必要的，即，在一个旋转中调节燃料供给将影响随后的旋转。
图2图示了根据本发明的汽化器型的燃料供给系统20。汽化器20具有进气通道21，该进气通道具有文氏管22。节流阀23和阻流阀（chokevalve，阻气阀）24安装在进气通道21中。汽化器还包括燃料泵25，燃料泵从燃料罐26中吸取燃料。燃料泵25优选地是脉动控制的隔膜泵，被由发动机的曲柄箱产生的压力脉冲驱动。燃料泵25将燃料经由针阀27输送到燃料调节器29的燃料计量室28。
燃料计量室28通过隔膜30与大气压分隔并且可以容纳预定的量的燃料。来自燃料计量室28的导管31通向燃料阀32。燃料阀32优选地是双稳态阀，在打开和关闭两个位置之间工作。这种阀的一个实例示出在WO2009116902中。燃料阀32打开或者关闭燃料计量室28和通向进气通道21的燃料管线33、34之间的相互连接。较细通道33通向在节流阀23下游的闲置喷嘴35，而略粗通道34通向在节流阀23上游的主喷嘴36。当发动机工作时由于进气通道21中的变化的压力，燃料被从燃料计量室28通过主喷嘴36和闲置喷嘴35吸入；当然，当燃料阀32关闭时阻止燃料从燃料计量室28中吸入。当节流阀关闭时，燃料从闲置喷嘴35吸入，并且当节流阀23完全打开时，燃料从闲置喷嘴35和主喷嘴36两者吸入，但是由于到主喷嘴36的略粗燃料管线34大体上大于到闲置喷嘴35的较细燃料管线33，因此在全节流的期间闲置喷嘴35几乎不影响燃料供给。
燃料阀32由电子控制单元100控制。控制单元100接收传感器输入，比如：来自于节流位置传感器101的节流位置、来自于发动机速度传感器102的发动机速度数据、和来自于额外的传感器103（例如温度传感器）的可选输入。电子控制单元100可以使用传感器输入来控制A/F比，例如决定何时打开或者关闭燃料阀32。
发动机速度数据可以以许多不同的方法获得。通常，以与发动机曲柄相同的速度旋转的飞轮在它的周边上具有一个或者多个磁体，其可以不但用于为点火系统以及为其他电子部件（比如发动机控制单元100）提供能量，而且用于通过具有发动机速度传感器102来监测发动机速度，上述速度传感器检测包括固定检测单元，该固定检测单元被设置以检测飞轮的磁体每次经过检测单元。发动机速度传感器102的精度取决于飞轮上的磁体的数量和检测单元的数量。例如，通过使用一个磁体和一个检测单元，可以测量对于全旋转它所花费的时间，以及通过使用两个磁体和一个检测电路，可以测量对于飞轮的半旋转它所花费的时间。如果发动机速度将被更频繁地测量，磁体和/或检测单元的数量可以增加。当然，在本发明的范围内可以使用提供发动机速度数据的其他装置。
通过关闭燃料阀32来控制燃料供给，即，在数量NS个平均分布的旋转的期间利用曲柄箱的拉平特性关断燃料供给。对于它被关闭的那些旋转，燃料阀32优选地在全部进气循环的期间关闭，并且对于它被打开的那些旋转，它优选地在全部进气循环的期间完全打开。这个控制（其更详细地描述在US2009145399中）在连续的旋转周期中执行，每个周期具有燃料阀控制序列NS/PL，该燃料阀控制序列确定PL个旋转的周期中的关断的数量NS。第一周期之后是第二周期，其之后是第三周期，等等；每个周期具有相应的燃料阀控制序列NS/PL，典型的周期长度是在该周期的期间均匀分布的256个关断。这些关断在周期长度上均匀分布，例如，在128/256的情况下燃料供给每第二个旋转关断。为了提供测试脉冲，燃料供给可以对于多个连续的旋转关断，例如，4-20个旋转。这种测试脉冲在本申请中被称为A/F比的短暂变化。当然，测试脉冲也可以通过改变空气供给和/或通过提供额外的燃料供给而实现。
本发明涉及具有实现速度限制的发动机，其中速度限制通过如果发动机速度超过切断速度阈值则略过点火而实现。当发动机速度变成低于切断速度阈值时点火恢复正常。切断速度阈值可以动态地设定，即，它不需要是固定的值。下文中建议的方法对于控制切断速度下的A/F比是有效的，并且因此优选地当发动机速度超过接近切断速度阈值的预定的阈值时起作用。
切断速度阈值通常将只有当操作者以全节流运行发动机而没有任何负载时达到。然后速度将围绕切断速度阈值反复/波动。在本申请中，这个波动被称为围绕切断速度的滞变。围绕切断速度阈值的滞变取决于A/F比。如果A/F比是更加动力最优的，则直接在燃烧后发动机速度的加速度将更大。增大的加速度例如被增大的周期长度和增大的幅度长度所显现。
图3中的数据组50、51例证了速度可以如何在不同的A/F比下进行波动。测量点x1…x10对应第一组50并且测量点y1…y10对应第二数据组。第一组50对应于燃烧后提供比第二组51更大的加速度的A/F比。如可以看到的一样，对于第一组50与第二组51相比，幅度更高并且周期长度更长。线52示出了切断速度阈值。在切断速度阈值上方点火，发动机将不会试图点火。因此，这里对于第一组50燃烧发生在接近x1、x5和x9处，而对于第二组燃烧发生在接近y1、y4、y7和y10处。
如上文中讨论的一样，当做出A/F比的短暂变化时，发动机速度幅度和发动机速度周期长度将暂时地增大或者减小，取决于变化是通向更加动力最优的设定还是更少动力最优的设定。例如，如果变化是在提供更加动力最优的A/F比的方向上，则发动机速度的滞变将形成朝向更长的周期长度和更高的幅度的短暂的移动，并且其后它将返回到与短暂的变化之前相同的周期长度/幅度。图4图示了在受短暂变化60影响的参数61上的效果。如可以看到的一样，短暂变化的效果是参数曲线61（当然在现实中该曲线将不会如这个实例中的一样光滑）中的暂时增大62。虚线表示参数曲线61中的暂时减小63。通过在A/F比的短暂变化之后计算在预定的时间周期或者预定的旋转数量的期间受短暂变化60影响的至少一个参数的暂时增大或者减小的和，可以做出决定是否变化A/F比-方向取决于这个和是负的还是正的。
因此围绕切断速度的A/F比可以通过包括下列步骤的方法来控制：
-从发动机接收关于旋转速度的发动机速度数据，
-使A/F比短暂变化，
-将基本上未受短暂变化影响的发动机速度数据与受短暂变化影响的发动机速度数据相比较，以评估由短暂变化引起的在发动机速度波动上的影响，
-如果受短暂变化影响的发动机速度数据表明燃烧后加速度增大，则在与短暂变化相同的方向上调节A/F比，以及
-如果受短暂变化影响的发动机速度数据表明燃烧后加速度减小，则在与短暂变化相反的方向上调节A/F比。
对于受短暂变化影响的发动机速度数据，这里我们意思是指其中来自于短暂变化的影响应该显现的发动机速度数据。即，受短暂变化影响的发动机速度数据优选地应该覆盖由于该短暂变化而导致的任何暂时增大/减小的主要部分。这可以例如通过在短暂变化之后在预定的时间期间或者旋转数量的期间采集数据而完成。参考数据（即，基本上未受短暂变化影响的发动机速度数据）应该从在受短暂的变化影响的发动机速度数据之前和/或之后的发动机速度数据中获得。通过采用在“受影响的数据”之前和之后的参考数据，参数中的任何趋势可以被补偿。
在一个实施例中，基本上未受短暂变化影响的发动机速度数据的第一和第二部分在短暂变化应该显现的影响之前（第一部分）和之后（第二部分）获得，而数据的中间部分（其包括受短暂变化影响的发动机速度数据）从第一和第二部分之间的时间期间获得。第一和最后部分用以确定取决于燃烧后的加速度的至少一个参数的未受影响的值（即，起参考数据的作用），而中间部分用以确定所述参数的至少一个受影响的值。
参数例如可以是周期长度、围绕切断速度阈值的发动机速度的幅度或者燃烧后加速度的比率。短暂变化在发动机速度波动上的影响可以通过从每个受影响的值减去未受影响的值并且计算结果值的和而确定。如果所述和是正的，则在与短暂变化相同的方向上调节A/F比，而如果所述和是负的，则在与短暂变化相反的方向上调节A/F比。
例如，通过提供A/F比的短暂变化，可以研究在周期长度上的影响以确定是否增大、减小或者保持当前的A/F比。如果A/F比的短暂变化之后（例如，从短暂变化开始的预定的时间期间内）周期长度暂时增大，则A/F比优选地在与短暂变化相同的方向上变化。当然如果周期长度减小，则A/F比优选地在相反的方向上变化。
评估周期长度或者它的部分的一个方法是确定在切断速度阈值52上方的连续测量点的数量。例如，图3中的第一曲线50对于每个周期示出了三个在切断速度阈值上方的连续测量点（x2、x3、x4；x6、x7、x8；x10、x11、…），而第二曲线51对于每个周期示出了两个在切断速度阈值上方的连续测量点（y2、y3；y5、y6；y8、y9；y11、…）。
也可以使用幅度变化。通过提供A/F比的短暂变化，可以研究短暂变化之后在幅度上的影响以确定是否增大、减小或者保持当前的A/F比。如果A/F比的短暂变化之后（例如，从短暂变化开始的预定的时间期间内）幅度暂时增大，则A/F比优选地在与短暂变化相同的方向上变化。当然如果评估的幅度减小，则A/F比优选地在相反的方向上变化。
幅度例如可以通过从最高测量速度（x2、x6、x10；y2、y5、y8、y11）减去最低值（x1、x5、x9；y1、y4、y7、y10）评估，或者幅度的一部分通过从最高测量速度（x2、x6、x10；y2、y5、y8、y11）减去切断速度阈值52评估。例如，在图3中，比较最高和最低值，幅度可以被评估为对于第一曲线50为12而对于第二曲线51为7。为了例证，如果滞变对应于曲线51并且完成提供更加动力最优设定的短暂变化，则滞变可以从曲线51的形状朝向曲线50的形状运动且然后返回到曲线51的形状。因此从第二曲线到第一曲线的移动并且返回例如可以提供幅度序列：7、8、9、10、11、10、9、8、7、7。如可以看到的一样，即使第一和最后部分（即，基本上未受短暂变化影响的发动机速度数据）通过使用该序列的三个第一（7、8、9）和三个最后值（8、7、7）计算，影响也可以被检测到，只要中间部分（10、11、10、9）覆盖了短暂变化的主要效果。即，基本上未受影响的发动机速度数据可以包括已经受短暂变化轻微地影响了的数据，只要被选择为受短暂变化影响了的发动机速度数据的数据覆盖短暂变化的主要影响。
另一个选择是直接研究发动机速度的正加速度，即，被时间除的正发动机速度变化，其中该时间为对于那个速度变化它花费的时间。例如，看图3，x2-x1/（用于旋转0-1的时间）、x6-x5/（用于旋转4-5的时间）和x10-x9/（用于旋转8-9的时间）将是第一曲线50的正加速度，而y2-y1/（用于旋转0-1的时间）、y5-y4/（用于旋转3-4的时间）、y8-y7/（用于旋转6-7的时间）和y11-y10/（用于旋转9-10的时间）将是第二曲线51的正加速度。第一曲线50的正加速度高于第二曲线51的正加速度，并且因此由于A/F比的短暂变化引起的从一个曲线变化到另一个曲线并且返回将通过评估在这个参数上的暂时影响而被捕捉到。
研究由于在围绕切断速度的滞变方面的变化而引起的其他参数将也是可能的，并且本发明不应该被限制在描述的实例中。
当在切断速度下A/F比已经被优化时，在其他速度下的A/F比可以通过使用发动机映射（enginemappings）设定。在其他速度下，也可以使用用于优化A/F比的其他方法，例如，使用被映射的A/F比作为这种方法中的输入值。

Claims (8)

1.一种用于在内燃发动机的燃料供给部分中控制向所述内燃发动机(1)的燃料供给和空气供给中的至少一者的方法，使得A/F比被自动地调节到期望的水平，所述方法包括步骤：
-从所述发动机(1)接收关于旋转速度的发动机速度数据，
-使所述A/F比短暂变化，
-将基本上未受所述短暂变化影响的发动机速度数据与受所述短暂变化影响的发动机速度数据相比较，以评估由所述短暂变化引起的对发动机速度波动的影响，其特征在于，所述方法在接近于切断速度阈值(52)的速度下起作用，所述切断速度阈值当操作者以全节流运行发动机而没有任何负载时达到，并且其中，发动机速度将围绕所述阈值(52)波动，并且
-如果受所述短暂变化影响的所述发动机速度数据表明燃烧后加速度增大，则在与所述短暂变化相同的方向上调节所述A/F比，以及
-如果受所述短暂变化影响的所述发动机速度数据表明燃烧后加速度减小，则在与所述短暂变化相反的方向上调节所述A/F比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
-所接收的发动机速度数据包括这样的序列，所述序列包括基本上未受所述短暂变化影响的第一部分和最后部分、以及位于所述第一部分与所述最后部分之间的中间部分，所述中间部分包括受所述短暂变化影响的发动机速度数据，
-使用所述第一部分和所述最后部分来确定取决于燃烧后的加速度的至少一个参数的未受影响的值，
-对于所述中间部分确定所述参数的至少一个受影响的值，
-通过从每个受影响的值中减去所述未受影响的值并且计算结果值的总和，确定来源于所述短暂变化的对所述发动机速度波动的影响，
-如果所述总和是正的，则在与所述短暂变化相同的方向上调节所述A/F比，以及
-如果所述总和是负的，则在与所述短暂变化相反的方向上调节所述A/F比。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，评估对围绕所述切断速度阈值的所述发动机速度波动的周期长度的影响，并且其中，将暂时增大的周期长度视为对应于燃烧后暂时增大的加速度，并且其中，将暂时减小的周期长度视为对应于燃烧后暂时减小的加速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，评估对围绕所述切断速度阈值的所述发动机速度波动的幅度的影响，并且其中，将暂时增大的幅度视为对应于燃烧后暂时增大的加速度，并且其中，将暂时减小的幅度视为对应于燃烧后暂时减小的加速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，评估对围绕所述切断速度阈值的所述发动机速度波动的正加速度的影响，并且其中，将暂时增大的正加速度视为对应于燃烧后暂时增大的加速度，并且其中，将暂时减小的正加速度视为对应于燃烧后暂时减小的加速度。
6.根据权利要求1或5中任一项所述的方法，其中，所述短暂变化受到对于预定次数的旋转关断所述燃料供给的影响。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，对于每次发动机速度旋转，一次或多次监测所述发动机速度。
8.一种曲柄箱扫气式内燃发动机(1)，使用根据权利要求1-7中任一项所述的方法。
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