CN103703233A - 汽化控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的汽化控制系统，包括以下活动：a）启动发动机；b）定义因子λ₀；c）测量离子电流ci₀；d）用等于Δ_λ的预定义量从外部将因子λ的值改变为λ₁=λ₀+

；e）反复测量离子电流ci₁；f）计算离子电流的差值

_ci1，等于ci₀–ci₁；g）重复d和e的操作，直到最后一次测得的离子电流的值ci_n与倒数第二次测得的离子电流的值ci_n-1的差值小于Δ_ci，其中，Δ_ci是预定值，并且被假定为对汽化没有影响。

Description

汽化控制系统

技术领域

本发明涉及内燃机汽化控制。

词语汽化（carburetion）用于指示供应给燃烧室的混合物中的助燃物（空气）/燃料比。

正确的助燃物/燃料比对于发动机的正常运作，即，提供其中一种所需的性能，以及减少废气排放是至关重要的，该比率接近，但并不完全是理论燃烧比或当量比。

背景技术

因子λ是用于定义燃烧比的参数，其测量相对于当量比的过量空气，其中，λ=1 相当于当量比，λ<1表示空气不足，λ>1表示空气过量。

控制汽化的问题在小型二冲程发动机中尤为突出，例如，用于农业和林业生产的便携式工具，如修剪机、链锯等。在技术术语中，词语“富混合物”用于表示包含过量的燃料的混合物，而词语“稀混合物”用于表示包含不足量的燃料的混合物，其中，过量或不足量不是指当量比，而是指相比于机器的使用条件所需的正确燃烧比。

实际上，所需的正确燃烧比从不等于当量比，虽然与其非常接近。

供电的最大化和废气中污染元素的最小化都对应于在理想的使用条件下正确的燃烧比。

在小型二冲程发动机中，例如用于便携工具中的，如链锯、切割工具、修剪机等，可以观察到，λ= 0.85-0.95 对应最佳工作范围，即，具有轻微空气不足的燃料混合物，例如，轻微的“富”混合物。

若λ的值低于上面表明的值，将导致动力丧失，以及过多废气；反之，若λ的值高于上面表明的值，将导致有害的机器过热。

由此可见，汽化控制对于内燃机的良性运行是必不可少的，已知存在有一些控制系统。

已知的系统，如文献US 6,029,627中所述的，其将离子电流用作汽化控制参数。

电离现象开始于由于燃料氧化反应和燃烧产生的热量而生成离子的燃烧室。

在燃烧室排布存在有两种不同电极点的情况下，两极点间发生离子迁移，这种现象被称之为离子电流。

燃料混合火花塞的电极用作极点是已知的。该词语离子电流用于表示从外部测得的两电极间传递的电流。

用于测量该电流的系统是已知的，因此在此不再详细描述。

所述离子电流取决于一些发动机操作参数，并且它可以视为两个重要参数的函数，如同机轴的角度位置，即气缸中活塞的位置和因子λ。

机轴的角度位置由相应的上止点到360°所表示。

离子电流图，如驱动轴的转动角度函数，具有两个峰值，第一个是由于混合物的氧化反应（燃烧）生成的离子所导致的，第二个是由于燃烧产生的热量生成的例子所导致的。

第一峰值总是发生，而第二峰值只有当发动机产生给定的功率才会发生，因此其不总是可达到的。

所述峰值是以驱动轴的转动角度函数测试的，并且它的值以λ的函数变化。

对于λ的每一个值，我们将因此有一个以发动机转动角度为函数的离子电流给定曲线。

    对于小型二冲程发动机，该以因子λ为函数的离子电流图具有λ的值接近0.9的峰值。

理想的汽化发生在以驱动轴的位置为函数的离子电流的最大峰值处，该峰值也随着λ的函数而变化。因此，已知的方法用以测量在每个周期以驱动轴的位置为函数的离子电流的值，并且这些方法对λ的值具有追溯作用以保证电流的值接近最大值。

然而，这种操作方法在特定的实践中难以应用，尤其是来自峰值的离子电流的值的变化是如此之低，以致其需要非常灵敏和精密的仪器，而这些仪器在目前的应用领域显得太昂贵了。

在文献WO 98/37322中，由燃烧室内部的电离信号（离子电流）测量，并且所述因子λ根据该信号调整。

调整λ的方法用到对离子电流中的第一和可能的第二峰值的识别，以及根据离子电流的至少其中一个峰值的最大值。

它能够包含对发动机变化的气缸中的电流峰值的比较。

所述因子λ通过对蝶阀或燃料喷射器的作用而修改。

在分析发动机的其他重要参数如废气中的氧气浓度的同时，完成电离信号的分析。

当处理小型二冲程发动机（第13页第9行），上述文献确认上述方法包括最大化发动机的所有操作条件中的电离的第一和第二峰值（第9页第23、24行），或者对发生失火检测的λ的值的确定。

失火检测通过逐步稀释混合物来获得，以确定引起失火检测的λ的值。该功能由于返回相当富油的混合物而稳定。

文献WO2007/042091描述了一种方法，其对于每个汽缸，根据从放电到电离现象结束之间的离子电流建立λ曲线。该文献还包括在曲线上确定λ的值（第4页第15行），以及根据发动机和制造商的类型变化的λ的纠正值。

所述纠正值和记录在前面步骤中的λ的值以及预先记录的λ的值的差值。

文献WO96/05419包括稀释或丰富混合物以分别验证不启动或活塞敲击，其参数与本发明的方法无关。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制汽化的系统，其实现简单，不需要用到精密仪器。

所述目的通过具有独立权利要求所述的特征的系统实现。

本发明基于以下原理。

每个发动机出厂时都具有工厂校准设置，在这种情况下，提供的使用条件是给定值的λ所对应的标准条件，该给定值的λ表示为λ₀。

因此，λ₀值对应校准时的要达到的理想汽化。

机器的实际使用受环境、气候或工作条件影响，这些条件可能与实施校准的条件不同，在这些条件下的校准不再是理想的。因此，需要对λ进行新定义。

根据本发明，上述情况的发生不再需要离子电流峰值的最大化，但是用到以λ的值的微量增加或减小（可选的）为函数的离子电流的变化。

离子电流的变化与离子电流的最大峰值无关，但是这些变化按绝对值估算，不管它们是在周期的哪一点被读取。

λ的值可以通过在其中一种已知的方法中预定义的量改变，例如，介入燃料喷射时间、助燃气体供给或任何其他可能参数。

所述喷射时间是改变λ的优先的但不是唯一的参数。

离子电流的值在λ的值的每个改变之前都被记录。

在改变λ之后，如果离子电流的变化包含在要求的和预定的范围内，那么意味着汽化是正确的。重复该操作直到读到的最后一次和倒数第二次离子电流间出现一个大于预定范围的变化。

此时，λ的值由预定义的量改变，但在相反的意义上，汽化被认为是理想地调整。

每隔一定时间或优选的是每个机器使用的环境或天气条件被视为变化到对汽化产生消极影响的时刻重复所述控制。

每当视为足以启动机器的时候执行该控制。本发明的优点以及结构和功能特点将在下文的详细描述中体现，以下通过非限制性实施例的方式描述了本发明的优选实施例。

具体实施方式

首先，应当观察到，对于每个λ值，在排放气体中都有一个一氧化碳百分比与之对应，这两者之间的关系如下表所示：

                                                

下文将以一个具有以下数据的二冲程单缸发动机为例。

 

从一开始就实施发动机调整，假设其使用在海平面上，工作温度为大约20摄氏度。

在这些条件下采用λ₀ 为0.8的值，其对应一氧化碳浓度6%的排放量以及ci_o=0.6 μΑ的离子电流。

关于最优条件Δ_rif≤0.1 μΑ的离子电流，离子电流的变化是可以接受的。

选择从外部设置的λ的变化等于Δλ< 0.05。

发动机的第一次使用发生在海拔1500米的位置，工作温度接近0°C。

因此，需要调整发动机的汽化，并执行以下步骤。

因子λ通过等于Δ_λ的预定量改变，例如，从汽化值λ₀= x到λ₁= λ+ Δ_λ。

接着，测量离子电流，ci₁=0.3μΑ，测得离子电流的差值Δ_ci为(ci₁–ci₀) = 0.3μΑ。如果Δ₁小于Δrif，可以认为λ₁对应正确的汽化。

然而，为了获得更好的汽化调节，适于采用λ_1...n重复该操作直到最后一次测得的和倒数第二次测得的离子电流（ci_n 和 ci_n-1）的差值超过Δ_rif的值。

倒数第二个值l_n-1在此刻恢复，并且该值被认为是正确的。

这允许在λ可接受的取值中选择最接近富混合物的一个。

显然，如果对获得的第一个λ₀改变，得到离子电流的变化<Δ_rif，Δ₀的值被认为是正确的。

前面描述的方法可以通过该本领域技术人员所熟知的电子测量仪器手段执行。

例如，提供有传感器，以适于读取离子电流的值，以及处理器，适于计算最后两次读数的差值Δ_ci，并将计算的结果与Δ_rif进行比较。

接下来对该发动机的使用发生在海平面位置，工作温度接近-10°C。

因此发动机汽化需要调整，并执行以下步骤。

因子λ通过等于Δ_λ的预定量改变，例如，从汽化值λ₀= x到λ₁= 0.77。

接着，测量离子电流，ci₁=0.5μΑ，以及离子电流的差值Δ₁为(ci₁–ci₀) = 0.15μΑ。

如果Δ₁小于Δrif，可以认为λ₁对应正确的汽化。

然而，为了获得更好的汽化调节，适于采用λ_1...n重复该操作直到最后一次测得的和倒数第二次测得的离子电流（ci_n 和 ci_n-1）的差值超过Δ_rif的值。

倒数第二个值λ_n-1在此刻恢复，并且该值被认为是正确的值。

这允许在λ可接受的取值中选择最接近富混合物的一个。

可以理解的是本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明权利要求保护范围的情况下，可以对其进行变换和改进。

Claims (5)

1.用于内燃机的汽化控制系统，包括以下活动：

a）启动发动机；

b）定义因子λ₀；

c）测量离子电流ci₀；

d）用等于Δ_λ的预定义量从外部将因子λ的值改变为λ₁=λ₀+Δ_λ；

e）反复测量离子电流ci₁；

f）计算离子电流的差值                                               

，等于ci₀–ci₁；

g）重复d和e的操作，直到最后一次测得的离子电流的值ci_n与倒数第二次测得的离子电流的值ci_n-1的差值小于Δ_ci，其中，Δ_ci是预定值，并且被假定为对汽化没有影响。

2.根据权利要求1所述的汽化控制系统，其特征在于，λ₀是发动机在标准工作条件下校准的因子λ。

3.根据权利要求1所述的汽化控制系统，其特征在于，ci₀是在发动机标准工作条件下校准的离子电流。

4.根据权利要求1所述的汽化控制系统，其特征在于，Δ_ci处在0.6μΑ和0.7mA之间。

5.根据权利要求1所述的汽化控制系统，其特征在于，λ₁处在0.8和1之间。