CN1131977A - 发动机控制 - Google Patents

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Abstract

一种在一内燃机(1)的供油部分(2)，例如汽化器亦即喷油系统中控制对内燃机的燃油和/或空气供给的方法和装置，使得其混合比，即空气/燃油比，能按照不同的运行条件自动地调节到理想水平。在一旋转速度反馈调节电路(3)中，由发动机(2)接收旋转速度信号(5)的反馈控制单元(4)短暂地控制一调节装置(6，7；10，11)以短暂地改变该混合比，并与此短暂的A/F比改变相应地测量多个旋转时间，其中至少一个旋转时间涉及基本上不受该A/F比改变影响的旋转速度，而至少一旋转时间涉及受A/F比改变影响的旋转速度，根据这些旋转时间计算出至少一个不受影响和受影响的旋转速度之间旋转时间中的差，根据这样得到的差和被存贮的信息，控制单元将被具体情况促使调节装置(6；10)在所希望的方向上改变混合比A/F。

Description

发动机控制
本发明是关于在内燃机的燃料供给单元、例如汽化器或注油系统中控制对内燃机油和/或空气的供给以保证按照不同运行情况自动调节油气混合比达到理想值的方法和装置。
在所有内燃机中，气/油比均是最重要的发动机参数。通常将气/油比称作A/F比，A与F分别指空气和燃油。为了能综合地达到理想的低油耗、低燃气排放、良好运行性能和高效率，A/F比必须保持在较窄小的区间内，如图3所示。通常期望的A/F比位于理想效率部位的稍偏于少油侧。内燃机废气排放量应低的要求日趋严格。在汽车发动机的情况下，为满足这些要求而采用废气催化器和采用称之为“λ”探测器之类的装置来控制A/F比。这类专用传感器，亦即氧感受器或“λ”探测器，被安置在汽车排气系统中。在这一位置上它们可以检测燃烧效率，而由探测器测量值所推导得的结果则可在控制系统中用于控制混合比以取得好的效果。由氧感受器(λ探测器)得到的结果无须任何其它传感器直接反馈送回到燃气系统。
但是，这种传感器(探测器)需要一绝对纯净氧时的基准，这是在某些发动机，例如动力锯的发动机中实际上不可能的情况。此外，配置以“λ”探测器的控制系统很苯重，同时这种系统昂贵、复杂而易于在许多应用场合带来运行安全问题。例如说，在动力锯中，这类系统将导致体积和重量增加，以及成本急剧上升还可能引起运行安全问题。运行安全问题主要是因装置及其布线的灵敏度而产生的。这就是说，在消费产品、像动力锯、草坪割草机、及类似产品的情况中，这种技术因为安装上的原因，也因为成本、效率及运行安全上的原因很难采用。预期中的未来关于小发动机CO排放量的法规可能使得难以再使用手动调节的汽化器。在汽化器条件下可能达到的给定制造容差，如汽化器中采用固定的喷嘴就不可能满足这些法定要求而同时保证用户在空气压力和温度，不同燃油质量等等的所有组合情况下的良好操作性能。对理想混合比(A/F)比产生影响的有很多因素。瑞典专利申请公开No.468998揭示了一种控制内燃机汽化器的方法和装置。这一先有技术控制系统由二调节电路组成。第一控制单元主要是不断地对一调整装置起作用以保证混合比能按照预知的转速与混合比的依从关系加以调节，由此后者将得到经修正的与转速的关系。也就是说对汽化器曲线进行矫正，而这样的矫正则是控制操作中绝对必须的。
不过，采用二个分开的调节电路来控制A/F比较之采用一单个的调节电路自然会大大增加复杂性和成本，同时还增加产生误差的危险。但一直认为要实现实效的功能调节就必须采用二个调节电路。
本发明的目的就是为了大大减轻上述问题，提出一种在内燃机的供油部分、如汽化器亦即喷油系统中的控制对内燃机供油和/或空气的方法及装置，以保证能在不同的运行情况下自动地将其A/F比调节到所希望的水平。为达到这一目标而不采用氧感受器(“λ”探测器)。
为实现上述目的，按本发明的方法主要特征即在于：在一转速反馈调节电路中，一由发动机接收转速信息的反馈控制单元短暂地促使一调节装置短暂改变混合比；与该A/F比的短暂变化相关地测量多个旋转时间，这里所谓旋转时间(revolution time)是用来指明一次转动的时间长度，例如为每一旋转时间测量二相继点火脉冲之间的间隔时间，而且至少有一个旋转时间是有关基本上不受该A/F比短暂变化影响的转速的，这多半是那种相当早的、A/F比变化未及影响到的发动机转速，同时也至少有一个旋转时间是有关受A/F比变化影响的；根据这些旋转时间计算出来受影响的和受影响的旋转速度之间的至少一个旋转时间差，并根据这一时间差及所存贮的信息，在需要时控制单元将促使一调整装置在所希望的富油或少油混合方面上改变A/F比，此后在转速反馈调整电路中重复这种过程。换句话说，根据所分析的短暂A/F比改变引起的旋转时间变化来进行控制并形成需要时在所希望方面上的改变A/F比的基础。一般说来是认为转速的增加，亦即旋转时间缩短，表明该短暂的A/F比改变取得了混合比改善的结果。
按照本发明的另一种改进，采用多个，最好约4个测量得的、与基本上不受短暂A/F比改变影响的发动机速度相关的旋转时间，而多个旋转时间，最好为约4个，则与受该变化影响的发动机速度相关。根据这些旋转时间测量不受影响和受影响的发动机速度之间的多个、最好为4个的旋转时间差。采用数个差值来计算出一种能提供可靠的控制依据的平均值。
为进一步提高可靠性，由数个不同的混合比短暂改变采集旋转时间，这些改变一般是涉及短暂的少油混合，亦即降低燃油量与空气量之比。
重要的是这样实际得到的旋转时间差与混合比的改变相关而与注油改变即加速度变化无关。这可利用各种不同校正方法来达到。一个这样的方法是采集多个、例如说所有的旋转时间，并相对它们出现变化的频率对旋转时间作带通滤波。由于混合比改变一般使得发动机旋转时间快速变化。呈现这种快速变化(频率)的旋转时间即被接收，而呈现较高或较低频率的旋转时间变化则被滤波器隔离掉。
下面对各不同实施例的详细说明将清楚了解求取平均值的方法，以及校正过程、合理性检测等等。借助流程图及附图将大大利于对发明的理解。在以下对实施例的描述中将说明本发明的其他特征和优点。
下面参照附图由各不同实施例对本发明作较详细的说明，其中各不同附图中采用相同标号表明相同部件。
所述附图中：
图1a是按照本发明的控制系统的示意图；
图1b是表示按照本发明的基本控制原理的流程图；
图2为适用于图1的控制系统的汽化器的剖面图，该汽化器系进气方向的视图，主要用于对曲轴箱回油二冲程发动机供燃油；
图3为表明发动机性能随空气燃油比A/F变化的图形；
图4表明作为汽化器发动机中的发动机旋转数的函数的发动机控制燃油比A/F；
图5说明在发动机基本上为少油整定状态时转数受发动机空气/燃油比的短暂改变的影响的情况。列举有五个不同的短暂改变示例。这些改变是指每一曲轴箱回油、汽化器补给二冲程发动机的1、2、3、4和5的发动机转动期间完全切断发动机供油；
图6与图5完全相当，不同的是发动机整定基本上在富油侧；
图7以点线表明一发动机中旋转数变化的举例，其既受空气/燃油比的短暂改变的影响，也受注油改变的影响。以连续曲线说明控制系统中对这种注油改变的补偿的基本状态；
图8是原理说明按照本发明的控制系统的功能的流程图；
图9是关于一具体发动机控制情况的较完整的流程图。控制单元每一旋转执行此流程周期一次；和
图10说明控制系统的能量供给布局。
在示意图1a中，标号1表示一内燃机，标号2为该内燃机的供油部分。此供油部分可以是例如一汽化器，即喷油系统。发动机A/F比的改变通常是由改变对发动机供油产生的。假定发动机是一单缸发动机，这就可以驱使一或二个整定，即调整措施6、7来达到。通常每一汽缸均需要其独自的整定装置。原则上说，A/F比当然也可由对发努机的空气流起作用的整定装置6、7来改变。控制单元4由发动机1接收表明发动机速度的信息。控制单元4至少对一个整定装置6、7起作用。控制单元对整定装置6、7的控制取决于由发动机接收到的转速信息。换言之，控制单元4被组合在一转速反馈调节电路3中。
在具有喷油系统的发动机中，控制单元4通常对每一汽缸控制一喷入阀。此喷入阀可以直接被置于汽缸内部，例如直接注油的柴油发动机，或者可被装置在与汽缸邻近的吸气管之类中，或者在预燃室内。这些举例涉及到的是汽油发动机或者预燃室柴油发动机。执行这一控制是使调节单元4能短暂的控制喷入阀，即短暂地节制通过喷入阀的流量，或者作短暂地关闭阀门。
实现这种短暂改变供油的状态主要取决于相应的发动机类型。在汽化器供油的曲轴箱回流双冲程发动机中，燃油从汽化器到汽缸要经过很长的行程而发生相当充分的混合。给汽化器的供油可被阻断经数个发动机旋转。在燃油被喷射进各个不同汽缸的发动机中不产生混合效应。这种情况下截断供油必然只是很短暂的期限，也许只发生在发动机一个旋转的很小的部分中。这也可以是以短暂地节制供油来控制混合比。
图1b表述控制发动机空气/燃油比的基本原理。开始，短暂地改变A/F比。这可以由例如说短暂的节制或停止供油来执行。与这种改变相应地测量多个发动机旋转时间。这些旋转时间与这样选择的发动机旋转时间。这些旋转时间与这样选择的发动机旋转速度相关联，即至少一个发动机旋转不受这种改变的影响，这多半是一足够先前的发动机转速，该A/F比改变未及影响到它，例如图5和6中的旋转1-4。原则上，也可以选取稍后面的发动机旋转，例如图5和6中50与100之间的旋转，但这将使校正旋转时间以达到整个转速改变成为大大地困难，如下面将说明的。至少要选择一个这样的发动机旋转，即它受此短暂的A/F比改变的影响，例如图5和6中20-40的旋转之一。这样就有可能计算出因A/F比改变所带来的旋转时间差。根据这种时间差，如果有必要，就可以使混合比朝着所希望的少油或富油混合方面上改变。由于旋转速度等于1/旋转时间，所以此系统按转速还是旋转时间操作均可以。
图2是适用于按本发明的控制系统的汽化器的剖面图。示意地表明了该控制系统。图2中所描述的控制系统是数个可取的具体实施例中的一个。为了避免涉及图1中整定装置6、7的通用命名与图2中的标号之间产生误解，图2中的具体整定装置以数码10、11标注。
汽化器包括一具有通流通道13的机壳12，图示为从空气通流方向看的汽化器。在此通流通道中装置有节流阀14，和在需要时装有阻流阀。此外，汽化器还包括有一燃油室，即测量室16。后者包围住一薄膜调整节油装置。此汽化器完全是一常用的薄膜式汽化器，因此这里不再对之作更详细的图示说明。油嘴15作为汽化器的燃油入口，借助油泵将燃油泵入燃油室16。由此燃油室16的燃油被引导通过一节油装置，节油作用是由一调节杆17来实现的。此调节杆依靠一直流电动机在其轴向方向作往复运动，此直流电动机经由齿轮传动装置19使调节杆17产生位移。由调节杆17，燃油被引入阻断螺线管11。作为一种电磁阀，它或者阻断通往通流通道13的油流或者让其通过。这是一种非常简单和可靠的通断型电磁阀。如前所述，燃油流离开阻断螺线管11后再进入通流通道13，在此，如阻断螺线管未关闭即进行喷油。原则上说可以将阻断和节流功能两者都置于整定装置10中。那样的话后者就必须能导通和切断油流，并精确地调节它。
图2中的举例主要涉及到曲轴箱回油二冲程发动机中的汽化器，其中该阻断螺线管关闭数发动机旋转长。在四冲程发动机中采用更短暂的阻断周期，因为在这种情况下稀释效果大大地降低了。对于短暂阻断供油来说，多半有可能采用由一薄膜式汽化器的薄膜控制的节流效应。在这种情况下，一脉冲阀瞬间地让一降压作用通过，例如由发动机的曲轴箱产生的，此造成短暂的阻断作用。显然，真空泵可以用来代替作为降压源。有可能采用短暂的节制整个燃油流动。如果使用两个调整装置6、7；10、11，则其中一个，例如阻断螺线管7；11，可能暂时节制该燃油流，即暂时停止汽化器或注入阀中的一部分的燃油流。如果仅仅使用一调整装置(6；10)，那么后者位该再作一次短暂节流。如果使用一步进电动机去操纵一测量棒17，则可使它朝着增加节制作用的方向短暂地前进预定的步数，然后再返回。另一方面，当希望截流时，那么，就要使操作超过所需的步数来有效地截流，然后以反方向运行相同的步数。
发动机燃油供给控制可概述如下。将结合说明控制基理的附图和控制相关的流程图作较详细的说明。反馈控制单元4通过关闭阻断螺线管11短暂地关闭对汽化器通流通道13的燃油供给。在所讨论的情况中，亦即在一曲轴箱回油二冲程发动机时，阻断螺线管关闭1至5发动机旋转，通常为3至4发动机旋转。其结果是改变了发动机的速度。在少油的基本整定情况下，这个变化如图4所示，在发动机为富油基本整定情况下，则如图7所示。换句话说，附图5和6各自说明在5种不同的情况下的旋转速度的变化。数码1所指曲线表示在停止燃油供给一发动机旋转时的旋转速度的变化，而曲线2表示停止燃油供给二发动机旋转时的变化情况，等等。控制单元4接收来自该发动机的有关旋转速度5的信息。收集有关燃供给短暂阻断时的数个旋转时间。所选择的这些中间一些不受燃油切断影响，而一些受燃油切断影响。通过对受影响与不受影响的旋转时间的比较就可能计算发动机因燃油切断面产生的速度变化。因为利用不受影响与受影响旋转时间之间差值来求得旋转速度上的效应，此过程就能看作为与计算平均值相当。反馈控制单元4分析旋转速度的变化，并根据这个变化及被存贮的信息去命令改变测量棒17的整定位置。这种改变的实现是由直流电动机18经过齿轮19在所希望的方向稍稍移动棒17，即就是说，能让较小或较大的燃油量通过，换句话说，是达到富油或少油的混合比A/F。
根据图2的控制系统还可设置有图中以虚线表示的辅助调整电路8。它包括一附加的控制单元9。在这个调整电路中没有旋转速度反馈，只用于完成汽化器曲线的调整。这个过程更详细地表示在图4中现协同此附图加以解释。通常该辅助调整电路被用于调整例如注油式、即汽化器发动机的A/F曲线的旋转速度依从性。
图3和4说明按照图2的汽化器供油发动机的控制的基理。图3是说明发动机功率随各种不同空气一燃油比的变化情况。特性曲线的峰点标志为最佳功率的位置。换句话说，在较产生最佳功率的混合较多油和较少油的混合两者情况下其发动机功率均要降低。一般地说，希望空气-燃油比位于理想效率部位的稍许于贫油侧，其理由是为获得既节省燃油又得到高功率的良好兼致。
图4说明在一普通薄膜式汽化器中，空气-燃油比随发动机旋转速度变化的情况。其最上面的下降形曲线表明所谓的“非校正曲线”，其中未由控制系统作任何校正。此A/F比曲线是在富油侧。而希望的A/F比是由点划线表示的稍许偏向于少油侧的一水平线。旋转速度反馈调整电路3把A/F曲线降低到所期望的水平。由于它的形状，它将部分地偏离理想A/F比值曲线。在图4中该曲线被指明“仅仅由反馈校正以后”。这一控制在二冲程动力锯发动机中证明很有效。这一点出乎意料的，因为为了获得满意的结果，早先总是认为必须“整平”该A/F比曲线。在图2中用点划线所指示的辅助调整电路正是用来进行这种平整的。借助此辅助调整电路使得此未校正曲线的末端“下倾”，使得经校正以后基本上得到一条直线。在借助于调整电路3和8的控制的情况下，它确实可能获得按照直虚线的曲线，即所期望的A/F比。在此附图中这被标以“借助于反馈校正及旋转速度校正以后”。
在前面图5和图6已经进行了一般的讨论，下面将根据图8和9流程图更详细地加以解释。
图7说明考虑在混合比短暂变化的同时所发生的注油(加载)亦即加速度的变化的情况。该虚线曲线说明由于注油的改变和混合比的短暂变化引起的发动机中典型的旋转速度的变化。这里能以一动力锯为例，它经受着增长着的阻力而其结果是旋转速度降落，即就是“全面旋转速度变化”。由于混合比的短暂变化，通常为少油混合而引起过量的旋转速度降落大约在10-25转的范围之内。这表现为平滑向下倾斜中的额外的下倾。如果代之以在恒定注油的情况下增加加速度，势必要让该曲线得到一个与混合比短暂变化相关的倾斜的向上趋向。图7中的例子相当于按照图5中的发动机的一少油基本整定情况。这样，注油亦即加速度的变化导致漫长的即全面的旋转速度的变化，这与由于混合比短暂变化而造成短暂的旋转速度变化情况不同。在分析由于混合比的短暂变化而引起旋转速度的变化方面必须考虑此全面的旋转速度变化。附图7说明了实现这种校正的一种方法。
通过关于旋转100和旋转1的旋转速度的比较来进行了校正。此后，将此旋转100的旋转速度增加到与旋转1的旋转速度的相同水平。此后这个增加的值即校正值以线性变化比例被加到其他的旋转，那就是说，若加到旋转50，则要加该校正值的一半，若加到旋转20，则要加该值的1/5等等。这些校正值形成了因注油的改变即加速度的变化而被校正连续的直线的曲线。它正好相当于与之相反的在如果发动机作恒定注油和加速度并经受到混合比的短暂变化时本应该得到曲线。在这个附图中指定rstart＝旋转1而rend＝旋转100。rstart与rend之间的旋转速度差那被转换成一校正信号，而后者被以变化着的比例加到其他的旋转rend。rstart完全校正的均分部分成为(r-rstart)/(rend-rstart)。这里rend是被完全校正的并被变换到与rstart相同的等级，然而后者不包含任何校正值，而r＝50得到近似校正值的一半。很明显，较多数量的旋转速度能被用来提供某种平均亦即中间值，在这种情况下，例如rstart可能包括旋转1-4而rend则包括旋转数97-100。
校正旋转时间的另一个方法是依靠带通变换，亦即相对于他们所呈现的变化频率来对旋转时间作“带通滤波”。这就是说，在频率平面中作带通滤波。这样就借助这类滤波器来变换该虚线曲线，以保证只有那些具有接近所期望的速度即频率的旋转时间变化亦即旋转速度变化能不受影响的通过。在较低频率的情况下，例如在由于注油亦即加速度的变化而产生的频率时引起一种变化，例如以20X阻尼系数“阻尼掉”这些振荡。其结果是近似图7中的连续直线曲线。在虚线直线曲线还包含有一个很高的例如测量干扰之类的“干扰频率”时，由于带通变换，后者也应该被“阻尼掉”。当然，带宽也可能被选择得不被”阻尼掉”所说的高频，即就是采用高通滤波器的特性。由于只作出了旋转时间曲线的变换，所以所有的旋转时间均仍然存在。这就是说，控制程序的其他部分可以与那些早先描述的校正方法中所用的一样。这两种校正方法也可以结合使用。
图8和9是有关根据本发明的控制系统的流程图。图8较概括地表示整个控制过程，而图9则较完整地说明控制单元4在发动机每旋转一次所经历的流程周期。因为他们两者都是关于动力锯的控制，所以两者都是以从控制观点看十分需要的发动机的应用为依据的。它的工作环境的特点是快速的负荷变化及快速的加速度变化。这就使得旋转速度的频繁变化。在许多其他发动机应用中这样的变化不十分频繁，例如飞机和船舶发动机。动力锯发动机是汽化器供油曲轴箱回油型的二冲程发动机。就是说，混合比，亦即A/F比的短暂改变多半是由数个发动机旋转期间的短暂切断供油来实现的。较普遍地，这种改变可能代之以由短暂地节制燃油供给或至甚至由开动对发动机的空气供给来达到。包括说这就意味着在较通常的运行应用中，特别是在从运行方面看较简单的应用中，其流程图可比图8和9中所示更简单，而较类似于图16所示。因而就可以无需校正全面的转速变化及校正测量得的旋转时间。在更“简单”的情况下，为进行控制可采用较少数量的旋转速度差，并免除合理性检验。
鉴于上述，现在来讨论图8和9的流程图，图8中的总图用作导引以利于对图9所示流程的理解。图8中第一方框是关于“短暂切断燃油”。此切断操作被施加到所讨论周期前一周期中的发动机旋转96、97、98和99。见图5-7。下一方框标明为“测量与切断相关的多个旋转时间”。在这一情况中测量旋转1-4和旋转29-32的旋转时间并将这些旋转时间存贮在存贮器中。与前一周期中的旋转96-99期间的该切断(供油)相关联地测量所讨论周期中的4个较早的旋转1-4和同样地还测量了4个稍后的旋转29-32。选择旋转1-4是因为这时的转速还未受到刚刚完成的切断供油操作的影响。应指出的是，在图5中指明与流程图9相层的在旋转96-99期间切断供油。另一方面，该附图中也表明了在旋转1、2、3和5期间切断供油的转速度变化。
图8流程图的下一方框为“符合调整条件？”。在这一阶段只有一个条件要满足，即确定转速是否是在调整极限区间之内，在这一情况是150-200rps，即每分钟9000-12000转。如果是这样，程序就继续顺着调整A/F比的方向进行。如果不是这样，就将旋转和旋转时间复位到零，即将测量得的旋转时间加以抑制。此过程再次从头进行，并继续直至转速成为调节区间之内。
现在参看图9中的较完全流程图的对应部分。这一程序每一旋转从头进行一次，其入口由方框“点火脉冲？”所左右。求得旋转时间需要一点火脉冲信号。当接收到一点火脉冲信号时，就将旋转加值一个单位。在下一方框“旋转低于5，或在29和32之间？”中，选择8个旋转以便测量它们的旋转时间并予以存贮。这就是说，在为旋转1的情况中，回答将是“YES”，并存贮其旋转时间。程序再次重头进行，由此来存贮关于旋转2、3和4的旋转时间。此后回答将为“NO”。下一方框标题为“旋转≥96？”。在此方框中对旋转5-28的回答将为“NO”，其结果是前面的那些方框将再次重头进行。当旋转为29号时与之相应的时间将被存贮，以及旋转30、31和32亦如此。对于旋转33-95，程序顺着4个最先的方框从头进行而不进行任何测量。当旋转号为96时，螺线管闭合360°，即发动机的一个旋转。下一方框“旋转＝100？”，针对旋转96、97、98和99的回答是“NO”。如回答为“NO”流程的前面部分即从头进行，据此，在相应的4个发动机旋转期间螺线管将维持闭合状态。当旋转为号100时，下一方框将为“转速在调节极限区间之内”。在这一情况中，调节区间为150-200rps，亦即每分钟9000-12000旋转。在回答为“NO”时，旋转和旋转时间被复位则零，由此将所测得的旋转时间加以抑制并重新启动此过程。这时，二流程图的直到点线为止的起始部分已被从头进行一遍。
紧接着在图8该点线以下出现标明为“对因加速度和负载改变引起的全面的旋转速度变化进行校正”的方框。前面已经对照7对这一过程作了说明。在附图9中，相应的情况显示在方框“计算旋转1扣除旋转100的时间，将结果作为常数保存。将旋转复位为零”。当旋转100已被采用过时，即将旋转复位到零。这是指重新计数旋转0，1，2，…等等。从而当进行中的周期结束时就将另外在流程中开始一新的周期。同样地此新的周期包括收集多个旋转时间数据和作4个发动机旋转期间切断供油(螺线管)。在这一情况中选取100个发动机旋转为一循环周期，因为发动机转速在混合比的短暂改变后稳定需要时间。这一周期长度是适应于讨论中的发动机潜在应用的。如前面说过的，完全校正将加到旋转100，亦即最后的旋转rend。最好将旋转1与旋转100之间的旋转时间差除以100后作为一常数加以存贮。从而使得，此常数在以后只需要乘以所需的发动机旋转，亦即1与100之间的发动机旋转。在随后的方框中，将平均值数量增大一个单位。在这一情况中，平均值是针对每一周期，即旋转0至100的间隔期间。
图9中的下一方框是关于为取得一所谓的调整值的计算处理。这一计算对应于图8中的除最后一方框的合理性检测外的三个不同方框。此三方框是：
-“对全面的转速变化进行校正得的测量旋转时间”；
-“由被校正旋转时间的比较来求得因切断而产生的转速差”；和
-将多个旋转时间差加到(符号加)调整值(经过合理性检测的)。
在图9的计算方框中，首先计算旋转1+常数×零的时间。得到结果为零，因为旋转1的r＝rstart。这就是说，(r-rstart)除以(rend-rstart)等于零。由这一未注校正的关于旋转1的旋转时间减去有关旋转29的时间(持续时间)加以常数×28。在这种情况下，此校正成为恰恰超过完全校正的28％。这样，第一行即为相对于A/F比变化的一早先的旋转和一后面的旋转的旋转时间差。这是二经校正后的旋转时间之间的差值，它是一由A/F比变化促成的旋转时间变化的量度。在这一值上加以一新的一早先的旋转与一后面的旋转，即旋转2与旋转30之间的旋转时间差，此二旋转时间均已经过校正。以同样方式被加以关于旋转3和旋转31的差，以及加以有关旋转4和旋转32的差值。这四个包括校正值的旋转时间差的总和被作为调整值加以存贮。
下一步是合理性检测。在按照图9的流程中这一检测生成有一特定的子程序。“调整值合理？低于1200或超过-1200”。换句话说，检测调整值是为保证它位于上、下限之间。如果回答为“NO”，调整值即被设置成合理电平，即最接近的极限(+或-1200)。显然，也将有可能只是将调整值降到所指明的极限之外。不过，如果代替以将调整值设置到合理电平的话，将能改善功能。在现在的情况中，排除极限之内的调整值，要不将其设置到最接近极限的值。
在附图9中，接着是方框“将调整值加到较早的计算得的调整值。这一值被空名为总的调整值”。在图8中也产生有相应的方框。每一调整值均与混合比的某一短暂变化相关联。依靠将数个调整值合并来由混合比的数个不同变化计算某种平均值。在随后的方框中查询调整值的数量是否超过n(例如5)。这是说平均值的数量是有条件的，即包含在总调整值内的调整值的数量。调整值数量越大，平均值计算越可靠。这就是权利要求的观点。当平均值的数量小于5时，此总的调整值被加以存贮以便加到下一调整值。当此流程迄至此的部分被再从头进行过一次时就得到该下一调整值。
另一方面，当总调整值包含多于5个调整值时，在方框“总调整值＞最高调整极限或总调整值＜最低调整极限？”中进行其大小和某些极限值之间的比较。由于调整值和总调整值均还包含符号，所以比较这两个极限值是重要的。这样，一个正的总调整值应该超过最高调整极限，而一个负的总调整值应该比最低调整极限低。例如，在本发明情况下，最高调整极限被设置到1500，而最低调整极限被设置到-750。如总调整值没有超过给定极限值的任何一个，则该总调整值被存贮并被加到下面的调整值，并再进行该过程，以便把另一个调整值加到总和中。
另一方面，如果调整值的总数超过3最近的极限值，则回答是YES。这样就引导到方框“燃油的调整。总调整值与调整极限的差值定义直流电动机运行的时间，而它的符号定义方向”。在这种情况下，在总调整值与最接近调整极限间的差值之间进行比较。差值的符号定义需进行调整的方向。这样就向着更适当的混合比即富油或少油的方向进行调整。很明显，为了获得良好性能的调整过程这是很重要的。差值的大小定义该电动机运行的时间，即就是所需调整的量。其结果是某种需要控制的调整，虽然不一定完全需要，但是有益的。例如可代之以在正确的方向上以预定的量进行调整。在这种情况下，进行了燃油量即就是A/F比的调整。此后，总调整值和平均值号被设置为零。而旋转号已被设置到零。然后重复该过程。
此控制的最重要基理是一方面通过平均值的计算提供可靠性，而另一方面作全面旋转速度变化方面的校正，及完成合理性的检验。用数个步骤进行平均的计算。首先，在每一个周期中，即就是发动机旋转0-100，使用四个在不同旋转时间之间的不同差值。然后在与预定的调整极限进行比较以前至少将5个调整值相加。每个调整值与一个周期相关联，而对它的输入校正时间作了全面旋转速度变化方面的校正。这样，与调整极限作比较的调整值的数量不是被固定增长的。即就是，当发动机运行良好时，亦即具有一个合适的A/F比，在总调整值超过一调整极限之前，多半需要大量的例如10个调整值。在这个情况下，这种过剩也多半是适中的。这就是说因为直流电动机只运行一个短的周期，所以只作小的燃油量调整。另一方面，如果A/F比不十分满意，那么每一个调整值将是高的，而在5个调整值时的总调整值已远远超过调整值极限。这就是说，在正确的方向进行很大的校正。此例清楚地表明了这个控制原理的优点。
将发动机过速保护与A/F比控制系统相结合是比较简单的。其理由是控制旋转速度的所有必须的设备已经具备。控制单元4接收来自发动机所有旋转速度信息5，并能启动调整装置6，7；10，11节制对发动机的供油。所需要的仅仅是控制程序中的一个子程序用来限制发动机转速。在图9的流程图中，这一子程序被插入在由上面起的第四方框中，即“旋转≥96？(或转速高于极限转速？)”。此括号是指与过速保护相关的部分。这一部分最好被包括在A/F比控制中，不过自然也并不一定非如此不可。当转速高于此极限速度时，螺线管闭合360°，即一发动机旋转。下一方框的问题是“旋转＝100？”，通常回答是“NO”并再次从头执行流程中到此为止的部分。如转速仍然高于此极限速度，螺线管即保持闭合发动机另一旋转的期间，因此而使过程继续进行直至转速不再大于旋转极限速度为止。当旋转＝100时，接着的方框为“转速在调整范围之内？”，答复将为“NO”，旋转和旋转时间被复位到零并再次从头执行到此为止的程序部分。当然，这里指的是，螺线管维持闭合直到转速不再高于极限转速。如果在旋转100时旋转时间在调整范围之内，控制过程就朝着如前所述的调整A/F比进行。
图9的流程图涉及到一汽化器供油的二冲程动力锯发动机。一般说，各种与旋转相关的值和极限值是明显不同的。通常，转速极限受供油的节制左右，这种节制可在程序上因各种不同应用而异。总的来说，这就意味着在A/F控制系统中加进过速保护功能是简单而有效的。获得这种过速保护功能不会导致直接的成本增加。
供油部分听A/F比控制需要操作能量。图10表示一典型的应用，即相应于图2的汽化器控制。在这种情况下，借肋于切断螺线管11短暂地切断燃油供给。通常，这在每100旋转间隔中进行4发动机旋转长度，即占有4％的时间。因而，此螺线管作为一电磁阀，正常情况下是打开的而在当其作运行时间的约4％被供给能量时被闭合。在所讨论的动力锯应用中，螺线管闭合接近需要5W。A/F比的调整由整定装置10控制。一直流电动机18驱使一调节杆进行对燃油流作所希望的节流控制。此DC电动机12在作节流调整期间消耗能量。在对应图2和9的动力锯应用中，这种调节最多每500旋转时才发生。而当调整发生缓慢时，调整时间通常肯定小于运行时的1％。在调整期间，DC电动机约需要1W。此外，这一控制程序还被设计得保证在螺线管被激活时不发生借助此DC电动机的调整。控制单元4消耗极小的能量，与切断螺线管11和DC电动机18所消耗的相比几乎可予忽略。
图10中所示的供给系统主要针对汽化器供油的二冲程动力锯发动机的，但自然也能被用于类似的二冲程或四冲程或任何其他型式的内燃机，只要它不具有在较大发努机中通用的发电机或电池系统。早先有关对汽化器即喷油系统供油的说明也适用于此所讨论的供能系统。如果在此控制系统中采用一单纯的整定装置，只要其能量消耗足够低，也能用同样方式提供能量。
图10中号码20指明一用于例如动力锯的发动机的飞轮。此飞轮具有弯曲的叶片，为清楚原因已省略掉叶片中的几个。一包括南北极的铸入式永久磁铁21为磁芯22、23所包围。一用于点火系统和控制系统的能源的集成单元24被安置在飞轮的周边上。由线框围住的区段25被用于发动机的点火系统，完全是一通常的结构。它包含有一初级线圈和一次级线圈，二线圈各自被装置在一铁芯的相应芯柱上，另外还包含有一个控制电路。依靠飞轮部分25的旋转来对点火系统的火花塞提供能量。通常部分25包含具有为支撑点火系统线圈的二个芯柱的铁芯。不过，在这种情况中此铁芯已被加长而具有第三芯柱26。这后一芯柱上设置有其自己的，亦即辅助线圈27，其二端线连接到一能量存贮单元28。单元28包括有一用于存贮能量的电容器和用于将电压信号由AC电压变换为DC电压并平滑此信号的电子单元。此能量存贮功能是很重要的一功能，因为此控制系统仅只短暂地需要“高”功率。例如，该切断螺线管单独需要约5W。另一方面，线圈27仅只提供约3W，如无能量存贮单元28这就是不够的。附图中的图形表明至单元28的电压信号。在此单元中它被变换成DC电压，被用以驱动该切断螺线管11、DC电动机18和控制单元4。到达控制单元4的DC电压信号还被用于触发的目的，即作为转速信息。应注意到，线圈27的两端连接到能量存贮单元28。换句话说，避免了线圈27和点火系统线圈的共同接地。这给出一较可靠的输入信号至能量存贮单元24，再到控制系统4。
因而这一电流供给系统的新颖特点就在于电流是从一被作在点火系统模块中的完全独立的线圈取得的。所以如此，是因为它是置于铁芯的第三芯柱上。此外，整个单元是浇铸成为一塑料复合体再用螺钉固紧到现场的。并利用飞轮中的现有的磁路系统。这就表明是一种成本很低而简单和可靠的解决措施。因为附加线圈27与点火系统的线圈完全分开，对控制系统的信号干扰水平即很低。控制系统和电流供给系统在数个方面相互协调。控制系统被设计得只需要很小能量。这样就可以利用简单、可靠且便宜的电流供给装置。另外还设计得使电流供给功能中的干扰水平很低。而且此电流供给装置还被用来将转速信息提供给控制单元。

Claims (20)

1.在内燃机(1)的供油部分(2)、例如汽化器或喷油系统中控制对内燃机供油和/或空气的方法，以使得其混合比，即空气/燃油比，能按照不同的运行条件自动地被调节到理想的水平，例如达到最大的效率，最经济的油耗，或者此二目的任何一个还协同有过速保护，其特征是：
在一旋转速度反馈调节电路(3)中，一由发动机(2)接收旋转速度信息(5)的反馈控制单元(4)短暂地促使调节装置(6，7；10，11)将此混合比作短暂的改变；与此A/F比的短暂改变相应地，例如依靠对每一旋转时间测量二相继点火脉冲间的间隔时间来测量多个旋转时间，其中至少一旋转时间涉及基本上不受该短暂A/F比改变影响的旋转速度，此多半为一相当早的、该A/F比改变不及影响其转速的发动机旋转，而至少一旋转时间涉及受该A/F比改变的旋转速度；根据这些旋转时间计算出至少一个不受影响与受影响的转速之间的旋转时间差；并根据如此得到的这种差和被存贮的信息，该控制单元将视情况而定促使一调节装置(6；10)将混合比A/F以所希望的向着富油或少油混合的方向加以改变；而后在此旋转速度反馈调节电路(3)中重复整个过程。
2.权利要求1所述的方法，其特征是：
多个被测量的旋转时间涉及基本上未受短暂的A/F比改变影响的旋转速度；而多个旋转时间涉及受到A/F比改变的旋转速度；根据这些旋转时间计算出数个未受影响和受到影响的旋转速度之间的旋转时间差；然后利用数个差值来实现某种平均值计算。
3.权利要求1所述的方法，其特征是：
多个被测量的旋转时间，最好为约四个这种时间，涉及基本上未受短暂的A/F比改变影响的旋转速度；而多个旋转时间，最好为约四个这种时间，涉及受到A/F比改变影响的旋转速度；和根据这些旋转时间计算出多个，最好为约四个，未受影响与受到影响旋转速度之间的旋转时间差，而在所述差的计算中每一旋转时间只被应用一次；和此被计算的差被用于连续的控制，以使得利用数个差值实现一种平均值计算来取得该控制功能的可靠依据。
4.权利要求1或2所述的方法，其特征是：
该A/F比改变包括一减少油的混合比，亦即降低燃油量与空气量间之比。
5.前列权利要求中任一个所述方法，其特征是：
至少一个被测量的旋转时间涉及一旋转速度rend，例如图5-7中的100，它发生在受到该短暂A/F比改变的作用后发动机转速恢复稳定之后；控制单元(4)计算至少一个所述旋转时间和一与旋转速度rstart，例如图5-7中的1，相关的旋转时间之间的差值，此rstart是足够早的、该A/F比改变未及影响到的旋转速度，亦即旋转时间；此差值在以后被用于校正被测量的旋转时间，以使它们能在考虑到因例如加速度变化亦即负荷改变所引起的全面转速变化被加以校正。
6.权利要求5所述的方法，其特征是：
被计算的旋转时间差被用于将该差值保存作为一常数来校正被测量的旋转时间，在校正中，未被校正的旋转时间被加以作为rend组成的其发动机旋转的部分r，亦即所述部分等于(r-rstart)/(rend-rstart)，其中rend是经完全校正的，因而被换算为与rstart同级，而rstart是未被校正的，r＝50，是被给予接近与图5-7相对应的举例中的校正的一半。
7.前列权利要求中任一个所述方法，其特征是：
测量多个，例如全部的旋转时间，然后将这些旋转时间相对于它们呈现的变化频率作带通滤波，亦即在频率平面上进行带通滤波，而由此产生旋转时间曲线上的变化；在此，与负荷亦即加速度的改变相关的缓慢振荡也像快速振荡那样被平展掉，而接近于因短暂A/F比改变的结果所得到的旋转时间变化的速度的振荡则不受影响的地通过，从而获得经校正的旋转时间。
8.权利要求6或7所述的方法，其特征是：
将数个，最好是四个，涉及未受影响的和受到影响的旋转速度的经校正的旋转时间之间的差值相加并被存贮作为一所谓的调整值，这一调整值以后被用来控制A/F比，由此来实现关于数个被校正的旋转时间之间的差值的某种平均值的计算。
9.权利要求8所述的方法，其特征是：
对该调整值依靠检验其是否位于一上限和一下限值之间进行合理性检查，如果是这样，所述调整值即在后面被用来控制A/F比，而如果不是这样，即将此调整值改变到最接近的极限值的值，并在后面被用于A/F比控制。
10.权利要求9所述的方法，其特征是：
多个调整值，最好均经过合理性检查的，被加进一总的调整值，以便按此来对数个每一个均与一特定的混合比短暂改变相关联的这种调节值进行一种平均值计算。
11.权利要求10所述的方法，其特征是：
在将所述值与给定的调整极限进行比较前，该总的调节值中应包含有一定的最少数量的，例如五个调节值。
12.权利要求11所述的方法，其特征是：
只要该总的调节值超过调节上限或低于调节下限，就对A/F比最好以改变燃油供给来进行调节，该总的调节值与最接近的调节极限间之差决定所述改变的大小，而其符号决定方向，即向着富油混合还是向着少油混合改变。
13.前列权利要求中任一个所述方法，其特征是：
在该A/F比控制系统中结合有一过速保护，控制单元(4)检查旋转速度是否超过极限速度，如果是这样，即以使控制单元操作一整定装置(6，7；10，11)来节制供油直到程序的下一次遍历，例如说，在当如果旋转速度仍然超过极限速度等而需要继续节制供油的话；而当旋转速度不再超过极限速度时，控制单元(4)即操作一定位装置(6，7；10，11)来停止这种节制过程，并在控制单元中继续对A/F比的控制，以使得在一汽化器供油的二冲程发动机中该过速保护动作，即依靠切断该阻断螺线管(11)来使对汽化器的燃油供给闭合一或数个发动机旋转的期间。
14.前列权利要求中任一个所述方法，其特征是：
整个燃油供给被短暂地切断。
15.权利要求14所述方法，其特征是：
整个燃油供给被切断一和五发动机旋转之间的一段时间。
16.前列权利要求中任一个所述方法，其特征是：
在前面的混合比作短暂改变后的旋转速度稳定之后重复混合比A/F短暂改变，例如每100个发动机旋转重复该短暂改变。
17.前列权利要求中任一个所述方法，其特征是：
除旋转速度反馈调节电路(3)外还设置有一非反馈电路的辅助调节电路(8)，在所述调节电路中，一辅助控制单元(9)主要是连续的控制一调节装置(6)，以使得按照一予先已知的转速混合比依从关系来调节混合比，从而使该混合比被给予一修改后的旋转速度相关性，例如在不同的旋转速度时基本上为一常数。
18.内燃机的供油部分，例如一汽化器亦即一喷油系统中的用于控制内燃机的燃油和或空气供给的装置，使得在不同的运行情况下，其混合比A/F能自动地调节到理想的水平，以便得到例如最高效率，或最经济的油耗，或者协同有过速保护地达到这些目的，其特征是：
该装置包括一以导线连接到至少一调节装置(6，7；10，11)的控制单元(4)，所述调节装置的安置是用于例如以调控发动机供油部分中的燃油量来控制发动机的混合比；控制单元(4)由多根导线连接到一置于一铁芯的附加芯柱(26)上的辅助线圈(27)，所述铁芯和所述辅助线圈(27)被构成在用于点火系统和控制系统的能源的集成单元(24)中；和所述控制单元(4)由所述线圈接收电压脉冲，此脉冲一方面被用于提供控制单元(4)和调节装置(6，7；10，11)的电能，另一方面用于接收旋转速度信息(5)以便计算旋转时间。
19.权利要求18所述装置，其特征是：
控制单元(4)被连接到二个调节装置(6，7；10，11)，其中之一由一切断螺线管(7，11)构成，用于短暂地关闭整个或部分燃油流，第二调节装置由一例如以一DC电动机驱动的节流阀(6，10)构成，所述节流阀用于由控制单元(4)操作被给予所希望的节流程度来产生理想的A/F比。
20.权利要求18或19所述装置，其特征是：
一储能单元(28)被耦合在辅助线圈(27)与控制单元(4)之间，此储能单元(28)包含至少一个用于存贮能量的电容器以及为将AC信号变成DC信号的部件。
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