CN106103952B - 用于优化加速过程中的a/f比率的方法以及手持机器 - Google Patents

用于优化加速过程中的a/f比率的方法以及手持机器 Download PDF

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Abstract

用于在使发动机在至少一个限定速度间隔中加速时优化当前A/F设定的方法，该方法包括将分别包含至少一个限定速度间隔的不同A/F比率的至少两个加速时间相比较。基于该比较，调整A/F比率。

Description

用于优化加速过程中的A/F比率的方法以及手持机器
技术领域
本发明涉及用于优化内燃机的A/F设定的方法。
背景技术
在所有内燃机、IC发动机中，空气/燃料比率对于发动机功能是至关重要的。通常，空气/燃料比率被称为A/F比率，A和F分别指代空气和燃料。为了实现低燃料消耗、低废气排放、良好运行性以及高效率的满意组合，A/F比率必须维持在相对窄的限制内。使得来自IC发动机的废气排放保持较低的规定正变得越来越严格。在汽车发动机的情况下，这些规定已导致废气催化剂的使用以及放置在汽车废气系统中的传感器和探头的使用以控制A/F比率。
然而，对于诸如电锯(power saw)、割草机及相似产品的消费者产品，由于安装原因以及成本效率和操作安全性原因，难以使用该技术。例如，在电锯中，具有传感器和探头的系统将导致尺寸和重量增加以及成本急剧上升并且还可能引起操作安全性问题。进一步地，传感器或探头通常需要具有完全纯氧气的基准，这是在一些发动机(例如电锯的电动机)中实际不可能实现的情况。
相对于来自小IC发动机的CO排放的预期未来法规会使得难以使用手动调整的化油器(carburetor)。考虑到在化油器的情况下可实现的制造容差，利用化油器中的固定喷嘴来满足这些法律规定并且同时以空气压力和温度、不同燃料质量等的所有组合来保证用户良好运行性是不可能的。
EP 0 715 686 B1描述了在不使用氧气传感器(拉姆达探头)的情况下控制发动机A/F比率的方法。最初，暂时地改变A/F比率。这可例如通过暂时节流或停止燃料供给来实现。结合该变化，测量大量发动机旋转时间。旋转时间与发动机旋转速度有关，该发动机旋转速度以使得发动机的至少一次旋转不受到变化的影响的方式来选择，优选地，与A/F比率变化足够早而没有时间影响发动机旋转速度的发动机旋转速度。进一步地，以此方式选择发动机的至少一次即将来临的旋转：使得它受到暂时A/F比率变化的影响。以此方式，变得可以计算由A/F比率变化所造成的旋转时间差异。基于该旋转时间差异，如果需要的话，使得期望方向上的混合物比率的变化朝向更稀或更浓的混合物。因此，使用该方法，可通过测试发动机如何对更稀或更浓的混合物做出反应而实现最佳混合物。然而，EP 0 715 686 Bl的发动机控制方法稍微较慢并且还需要产品在精细调节A/F比率时的负荷下运行。然而，诸如除草锯和修剪机的机器通常不在恒定负荷下操作。
在WO 2012/115548中公开了A/F控制的另一实例。基于以接近切割速度(cut-outspeed)阈值的速度的测量而将A/F比率调整为期望水平，其中，发动机速度将围绕阈值波动。A/F比率在测试周期过程中暂时改变，通常持续4-20次旋转，这将影响发动机速度数据。将受影响的发动机速度数据与未受影响的速度数据进行比较。如果该比较指示在燃烧/多次燃烧之后的加速的增加，则在与暂时变化过程中的方向相同的方向上调整A/F比率，并且在指示下降的情况下，在相反方向上调整A/F比率。指示参数可例如是周期长度，大约为切割速度阈值的发动机速度的振幅或燃烧之后的加速的速率。
WO 2012/115548的控制方法满意地起作用，但是限于应用在需要在切割处执行测试的特定运行条件，即，发动机处于节气门全开并且没有负荷。此外，A/F比率调整的确定不是直接根据测量的参数而是间接根据随后指示确定准则的测量参数的。这可能在调整相关性方面引起不确定性。
本发明的目的
本发明的目的是提供用于优化诸如除草锯、修剪机、链锯以及电力切割器的手持机器的内燃机的A/F比率的方法。具体地，目的是克服与现有技术相关的限制和/或缺点。
发明内容
在至少某些程度上，以上提及的问题或目标中的至少一个通过提供用于优化当前A/F设定的方法来解决，该方法包括如下步骤：
a)限定至少一个速度间隔，
b)基于采用当前A/F设定的基准加速，提供对应于经过限定的至少一个速度间隔的时间的至少一个基准加速时间，
c)通过提高或降低当前A/F设定来提供第一测试A/F设定，
d)基于采用第一测试A/F设定的第一测试加速，提供对应于经过限定的至少一个速度间隔的时间的至少一个第一测试加速时间，
e)将第一测试加速时间与基准加速时间相比较，以确定第一测试加速是否快于基准加速，
f)如果确定第一测试加速更快，则相对于在基准加速过程中采用的A/F设定在第一测试A/F设定的方向上调整当前A/F设定，并且可选地在步骤b重新开始。
假设明显的是，表达“经过…的时间”意味着“遍历…所需的时间”。
通过分析限定的速度间隔的加速时间如何受到不同A/F设定的影响，可优化A/F比率。通过限定不限于特定操作条件(诸如，以切割速度运行)的一个或多个速度间隔，本发明的控制方法变得更总体可适用于不同类型的用户和/或机器。速度间隔可从怠速向最大速度变化，并且可以是其任意小部分。将测试应用至可自由选择的一个或多个速度间隔(并且其中，同一个速度间隔分别以基准条件和测试条件运行)提供了测量是代表性的并且提供可靠的调整标准。根据本发明，确定调整的参数是用于经过速度间隔的加速时间。这对于导致高准确度的调整是直接决定性的。由于相比较几乎瞬时的参数，加速时间具有大量持续时间，所以相关性变得特别高。
因此，本发明的控制方法关于其应用提供高灵活性，并且相比可利用已知方法实现的控制方法，本发明的控制方法是更安全、更严谨和更相关的。
优选地，该方法进一步包括如下步骤：
g)如果确定第一测试加速不是更快的，则通过在与第一测试A/F设定的方向相比相反的方向上调整当前A/F设定来提供第二测试A/F设定，
h)基于采用第二测试A/F设定的第二测试加速，提供对应于经过限定的至少一个速度间隔的时间的至少一个第二测试加速时间，
i)将第二测试加速时间/多个第二测试加速时间与基准加速时间/多个基准加速时间相比较，以确定第二测试加速是否快于基准加速，
j)如果确定第二测试加速更快，则在第二A/F设定的方向上调整当前A/F设定，
k)可选地在步骤b重新开始。
因此，根据该实施方式，在第一测试指示加速是负影响的情况下执行第二测试。通过应用第二测试，与如果仅基于第一、负测试来调整相比，实现更可靠的调整。
优选地，限定的速度间隔是至少两个，优选地，至少三个并且最多20个，优选地，最多10个，更优选地，最多5个。
由于宽的运行条件被多个测试覆盖，所以使用不止一个的速度间隔的构思对于获得尽可能相关的控制是重要的。然而，为了避免过于偶然的控制过程，实用的是保持速度间隔的数量有限。在大多数情况下，从三个到五个的大量速度间隔表示具有精确控制的期望与不使得控制过于复杂的期望之间的足够平衡。
优选地，限定的速度间隔分布在发动机怠速与发动机最大速度之间的加速范围中。例如，其可以在50rps-250rps的范围内或100rps-220rps的范围内。
考虑到使得速度间隔有代表性并且较准确的需要，通过这种分布，将优化测试结果。在大多数情况下，明确限定的优选范围与本发明主要预期用于的机器种类特别相关。
优选地，限定的速度间隔均匀分布在加速范围中。
该均匀分布进一步增加以上提及的优化。
优选地，两个相邻速度间隔彼此部分重叠，使得较低间隔的上部端点在较高间隔的下部端点以上，优选地，每个重叠在5rps-40rps的范围内，更优选地，10rps-30rps。
在某些程度上，使间隔重叠是更进一步地有利于使得控制可靠的措施。
优选地，每个速度间隔具有10rps-200rps的范围内的长度，优选地，20rps-60rps。
优选地，每个限定的速度间隔包含相同量的rps。
在一个实施方式中，限定的速度间隔包含具有增加速度的增加量的rps。
在步骤b)、d)或h)中的至少一个中，可估计在发动机加速过程中未经过的速度间隔的加速时间。
当比较加速时间时；相对于相同的速度间隔来比较加速时间。
优选地，当比较加速时间时；当确定加速中的哪一个最快或最慢时，为与某个/某几个速度间隔对应的加速时间分配更高权重以给予它们更多影响。例如，通过为处于更高发动机速度处的加速时间分配更高权重，和/或通过为估计加速时间的速度间隔分配较低权重。
优选地，假设节气门位置在整个间隔期间恒定(即，假设节气门在整个间隔期间维持在相同程度的开口)，则只比较特定速度间隔的加速时间。节气门位置可通过在WO200911690中公开的类型的节气门位置传感器来确定。节气门位置传感器的输出可用于确定节气门位置是否在整个间隔期间恒定，即，基于节气门位置传感器的输出，可确定是否应执行该比较。
优选地，在节气门全开位置处测量加速时间。
该方法特别适于二冲程曲轴箱清理发动机。
最后提及的实施方式也使得控制的精确度和可靠性提高。
根据第二方面，本发明涉及诸如由内燃机具体地由双冲程发动机驱动的除草锯、修剪机、链锯或电力切割器的手持机器，由此机器设置有布置为用于执行根据本发明的方法的期间，具体地，根据本发明的优选实施方式中的任一个。
本发明的机器具有分别对应于本发明方法的优势以及本发明的优选实施方式的优势，以上描述了这些优势。
附图说明
图1是示出用于不同速度间隔的加速时间以及A/F比率的示图。
图2示意性示出找到优化A/F比率的控制方法。
图3以示图示出根据本发明的机器。
具体实施方式
图1示出用于三个速度间隔A1、A2以及A3的加速时间可如何随不同A/F比率变化的实例。在示图中，在256的周期循环过程中，A/F比率由封闭燃料阀的开口的数量表示。循环可持续发动机的多于一次的旋转，例如，四次旋转。因此，x轴示出A/F比率向左增加，其中，0意味着最大燃料供给并且256意味着没有燃料供给。每条曲线示出经过速度间隔A1、A2以及A3的时间作为A/F比率的函数。速度间隔A1是160rps-200rps，间隔A2是140rps-180rps，并且间隔A3是120rps-160rps。对于每个速度间隔，指示大量测量点。
从示图中，可看出加速时间在特定A/F比率处具有最小值。例如，参见表示A2的曲线图，并且假定P1表示基准A/F设定是50，可看到对于该点，从140rps到180rps的加速时间是0,65ms。随后，A/F设定变为例如由测量点P2表示的110。可看到，在该A/F比率处用于A2的加速时间是0,40ms，即，低于基准加速时间。这表示应从P1处的A/F比率朝向P2处的A/F比率调整A/F设定，使得将获得较短的加速时间。该调整可反复执行，由此使用所调整的A/F比率作为基准。
通过测量同样用于A1和A3的加速时间的改变，可实现A/F比率的更可靠的优化。在该情况下，对每个速度间隔A1、A2以及A3的测量的结果添加到一起用于调整。这可包括不同速度间隔根据它们的相关性而给予不同权重。
将更详细描述的关于图2的控制方法是利用如下事实：加速取决于A/F比率并且在最佳A/F比率处获得最佳(最短)加速时间。因此，基本构思是通过测试不同A/F比率而找到用于每个速度间隔的最短加速时间。
当然，速度间隔的长度或数量都不限于所示的实例。
速度间隔限定为从发动机的怠速变化到最大速度变化的加速区域内。例如，在50rps-250rps的范围内，适当地在80rps-220rps内。适当地，最低速度间隔从远大于怠速的发动机速度开始，优选地，比平均怠速高20rps-60rps。例如，如果怠速是大约50rps-60rps，则最低间隔可例如从80rps、90rps或100rps开始。最高速度间隔可高达最大发动机速度。最高速度间隔也可高达在最大发动机速度以下的预定速度，例如，比最大发动机速度低10rps-50rps。
图2示出用于找到最佳A/F比率的控制算法的流程图。
在第一步骤101中，测量用于当前A/F设定(基准A/F设定)的至少一个基准加速时间T1。基准加速时间T1对应于经过限定的速度间隔A1、A2、A3中的至少一个的时间。理想地，聚集用于每个速度间隔A1、A2以及A3的至少一个基准加速时间。可能地，聚集用于每个速度间隔A1、A2、A3的几个基准加速时间T1以最小化变化。如果在加速过程中不包含速度间隔，则可估计对应加速时间。
此后，在步骤102中，通过调整当前A/F设定(即，提高或降低A/F比率)来采用测试A/F设定。例如，可通过控制空气供给或燃料供给来调整A/F设定。
在步骤103中，测量至少一个第一测试加速时间T2。第一加速时间T2对应于经过限定的速度间隔A1、A2、A3中的至少一个的时间。理想地，聚集用于每个速度间隔A1、A2以及A3的至少一个第一测试加速时间。可行地，聚集用于每个速度间隔A1、A2、A3的几个第一测试加速时间T2以最小化变化。如果在加速过程中不包含速度间隔A1、A2、A3，则可估计对应加速时间。
在步骤104中，将基准加速时间与第一测试加速时间相比，以确定第一测试加速是否快于基准A/F设定的加速。
将对应于相同速度间隔的加速时间相比较。该比较可给予某些速度间隔额外权重。例如，一些速度间隔可例如通过统计学分析发现是更可靠的并且因此这种间隔可被给予更高权重。例如，对于处于更高发动机速度的加速时间，权重可增加。其中估计测试和/或基准加速时间T1、T2的速度间隔可被给予较低权重。
如果确定第一测试加速更快，则接下来是步骤105。在步骤105中，在第一A/F设定的方向上调整当前A/F设定。优选地，通过比第一测试A/F设定的步幅小的步幅调整当前A/F设定。此后，控制方法从步骤101重新开始。
如果确定第一测试加速不是更快的，则接下来是步骤106。在步骤106中，通过在与第一测试A/F设定的调整的方向相比相反的方向上调整当前A/F设定来提供第二测试A/F设定。在步骤106中，优选地，相对于步骤101中的基准A/F设定来调整第二测试A/F设定，即，如果步骤102中的第一测试A/F设定小于(leaner)步骤101中的基准A/F设定，则步骤106中的第二测试A/F设定为大于(richer)步骤101中的基准A/F设定，并且反之亦然。替换地，相对于步骤102中的第一测试A/F设定来调整步骤106中的第二测试A/F设定。
在步骤107中，测量至少一个第二测试加速时间T3。第二加速时间T3对应于经过限定的速度间隔A1、A2、A3中的至少一个的时间。理想地，聚集用于每个速度间隔A1、A2以及和A3的至少一个第二测试加速时间，可行地，聚集用于每个速度间隔A1、A2、A3的几个第二测试加速时间T3以最小化变化。如果在加速过程中不包含速度间隔A1、A2、A3，则可估计对应加速时间。
在步骤108中，将基准加速时间与第二测试加速时间相比，以确定第二测试加速是否快于当前A/F设定的加速。
将对应于相同速度间隔的加速时间彼此相比较。该比较可给予某些速度间隔额外权重。例如，一些速度间隔可通过例如统计学分析发现是更可靠的并且因此这种间隔可被给予更高权重。例如，对于处于更高发动机速度的加速时间，增加权重。其中估计测试和/或基准加速时间T1、T3的速度间隔可被给予较低权重。
如果确定第二测试加速更快，则接下来是步骤109。在步骤109中，在第二A/F设定的方向上调整当前A/F设定。优选地，通过比第二测试A/F设定的步幅小的步幅来调整当前A/F设定。此后，控制方法从步骤101重新开始。
如果确定第二测试加速不是更快的，则控制方法从步骤101重新开始。
优选地，在步骤101之后的步骤102中，如果步骤101在步骤105之后，则在与步骤105中的方向相同的方向上调整当前A/F设定，并且如果步骤101在步骤109之后，则在步骤109的方向上调整当前A/F设定。优选地，在步骤101之后的步骤102中，如果步骤101在步骤108之后，则在与步骤102中的最后时间相同的方向上调整当前A/F设定。替换地，如果步骤101在步骤108之后，则在较早步骤106的方向上调整当前A/F设定。
优选地，在步骤102中，如果最后调整是不成功的(即，最后调整造成加速时间比基准加速时间T1更长)，则在相对于最后调整的方向的相反方向上调整当前A/F设定，否则在与最后调整的方向相同的方向上调整当前A/F设定。
图3以框图示出根据本发明的机器，例如链锯(chain saw)。该机器具有由双冲程IC发动机2驱动的工具部件9。该机器设置有控制设备1，该控制设备布置为使得可执行用于优化A/F设定的上述方法。
通过A/F控制单元3，记录A/F设定，并且该单元具有用于调整A/F设定的器件。
速度测量单元4具有测量发动机的rps的速度测量器件。该速度测量单元4还具有通过限定讨论中的速度间隔的下端和上端处的速度来指示一个或多个速度间隔的器件。速度间隔的范围和数量与上述关于方法的内容对应。范围和/或数量被预设和固定。可选地，速度控制单元可设置有校准器件，该校准器件用于选择用于速度间隔的适当范围和/或速度间隔的适当数量。
时间测量单元5连接至速度控制单元4，并且被触发以便在速度间隔的下端处开始时间测量并且在速度间隔的上端处停止测量，以便获得用于间隔的端部之间的加速的时间。
处理器单元6从其他单元收集协调数据，使得测量的时间耦合至某一A/F设定和某一速度间隔。将测量的用于某一速度间隔的时间与用于相同速度间隔但是不同A/F设定的测量时间相比较。处理器单元根据上述本发明方法提供用于调整A/F设定的输出。提供该输出可包括用于处理测量值的算法，具体地，当测量多个速度间隔时，当重复执行该方法时，以及当不同测量值被给予不同权重时。
该输出被布置为根据本发明方法自动调整A/F设定。可选地，该输出可只向操作者提供用于手动调整的信息。
为了示例性的目的，控制设备3、4、5、6的软件被描述为与分离单元功能上相关。然而应理解，在实践中，优选地，这些单元被或多或少地集成。具有机器硬件的主接口是rps传感器7和A/F设定设备8。rps传感器与点火系统相关，该点火系统发射对每秒转数计数的脉冲。A/F设定设备可以是如下类型：调整在限定的循环周期(例如，256周期系统)过程中的燃料阀的封闭的数量。
技术人员将理解，控制设备1可包括除了以上描述的那些功能的进一步控制功能，并且可更复杂地适配至本发明方法的各种优选实施方式。从该方法的这些实施方式的描述中，固有地推断出其所需的装置。

Claims (27)

1.一种用于优化用于发动机的当前A/F设定的方法，包括如下步骤：
a)限定至少一个速度间隔(A1、A2、A3)，
b)基于采用所述当前A/F设定的基准加速，提供与经过所限定的至少一个速度间隔(A1、A2、A3)的时间对应的至少一个基准加速时间(T1)，
c)通过提高或降低所述当前A/F设定来提供第一测试A/F设定，
d)基于采用所述第一测试A/F设定的第一测试加速，提供与经过所限定的至少一个速度间隔(A1、A2、A3)的时间对应的至少一个第一测试加速时间(T2)，
e)将所述第一测试加速时间(T2)与所述基准加速时间(T1)相比较，以确定所述第一测试加速是否比所述基准加速快，
f)如果确定所述第一测试加速更快，则相对于在所述基准加速过程中采用的A/F设定在所述第一测试A/F设定的方向上调整所述当前A/F设定，并且可选地在步骤b重新开始。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
g)如果确定所述第一测试加速不是更快的，则与所述第一测试A/F设定相比通过在相反的方向上调整所述当前A/F设定来提供第二测试A/F设定，
h)基于采用所述第二测试A/F设定的第二测试加速，提供与经过所限定的至少一个速度间隔(A1、A2、A3)的时间对应的至少一个第二测试加速时间(T3)，
i)将所述第二测试加速时间(T3)与所述基准加速时间(T1)相比较，以确定所述第二测试加速是否比所述基准加速快，
j)如果确定所述第二测试加速更快，则在所述第二A/F设定的方向上调整所述当前A/F设定，
k)可选地在步骤b重新开始。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)是至少两个并且最多20个。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)是至少三个。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)是最多10个。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)是最多5个。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)分布在发动机怠速与发动机最大速度之间的加速范围中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)分布在50rps-250rps的范围内。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)分布在100rps-220rps的范围内。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)均匀地分布在所述加速范围中。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，两个相邻的速度间隔(A1、A2、A3)彼此部分重叠，使得较低间隔的上部端点在较高间隔的下部端点以上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，每个重叠在5rps-40rps的范围内。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，每个重叠在10rps-30rps的范围内。
14.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，每个速度间隔(A1、A2、A3)具有在10rps-200rps的范围内的长度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，每个速度间隔(A1、A2、A3)具有在20rps-60rps范围内的长度。
16.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，每个限定的速度间隔(A1、A2、A3)包含相同量的rps。
17.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所限定的速度间隔(A1、A2、A3)包含具有增加速度的增加量的rps。
18.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，步骤b)、步骤d)或步骤h)中的至少一个包括估计在发动机加速过程中未经过的至少一个所限定的速度间隔(A1、A2、A3)的加速时间(T1、T2、T3)。
19.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，比较加速时间(T1、T2、T3)包括相对于相同的所述速度间隔(A1、A2、A3)来比较所述加速时间(T1、T2、T3)。
20.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，比较加速时间(T1、T2、T3)包括：当确定加速中的哪一个最快或最慢时，为与某个/某几个所述速度间隔(A1、A2、A3)对应的所述加速时间(T1、T2、T3)分配更高权重以给予它们更多影响。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，为处于更高发动机速度(A3)的所述加速时间(T1、T2、T3)分配更高权重。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，为估计所述加速时间(T1、T2、T3)的所述速度间隔(A1、A2、A3)分配较低权重。
23.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，在节气门全开位置测量所述加速时间。
24.一种由内燃机驱动的手持机器，其特征在于：所述机器设置有被布置为用于执行根据权利要求1-23中任一项所述的方法的器件。
25.根据权利要求24所述的手持机器，其中，所述手持机器由双冲程发动机驱动。
26.根据权利要求24所述的手持机器，其中，所述手持机器为除草锯、修剪机、链锯或电力切割器。
27.根据权利要求24所述的手持机器，其中，所述器件包括：A/F控制器件、速度测量器件、时间测量器件以及处理器器件，所述A/F控制器件包括A/F调整器件，所述速度测量器件包括速度测量器件以及指示至少一个速度间隔的器件，所述时间测量器件连接至速度指示器件以测量遍历至少一个所述速度间隔所需的时间，并且所述处理器器件包括输入器件、比较器件、处理器件以及输出器件，所述输入器件从所述A/F控制器件、所述速度测量器件以及所述时间测量器件接收数据，所述比较器件比较时间测量值，所述处理器件处理所述测量值以提供用于所述输出器件的输出数据。
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