專利名稱：用于發(fā)動機(jī)速度限制的獨(dú)立正時延遲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于操作內(nèi)燃機(jī)的方法和系統(tǒng)，尤其是用于通過抑制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火和控制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火正時而調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)速度的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多內(nèi)燃機(jī)使用用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)速度的各種方法和系統(tǒng)，以便避免發(fā)動機(jī)超速狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機(jī)以高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，例如節(jié)氣門全開，以及當(dāng)某些工作負(fù)荷突然從發(fā)動機(jī)移走時，例如當(dāng)用發(fā)動機(jī)作動力的鏈鋸的刀刃最終切斷它正在切割的木頭時，發(fā)動機(jī)超速發(fā)生。在用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)速度的選擇中，一些發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)合并了燃料溢出，點(diǎn)火正時延遲，或者點(diǎn)火抑制。
在這些選擇的任何一個中，火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)循環(huán)包括壓縮行程，其中活塞在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)壓縮空氣-燃料混合物，所述燃燒室由發(fā)動機(jī)氣缸和活塞的頂面限定。循環(huán)也包括點(diǎn)火事件，其中火花塞點(diǎn)燃被壓縮的空氣-燃料混合物，典型地當(dāng)活塞上升到相對于氣缸內(nèi)的“上止點(diǎn)”(top dead center，TDC)位置的預(yù)定點(diǎn)時。點(diǎn)火事件發(fā)起燃燒事件，其中空氣-燃料混合物的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為熱能。隨后，在循環(huán)的作功行程過程中，熱能被轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，其中燃燒事件快速使氣體容積膨脹，增加燃燒室內(nèi)的壓力，因而迫使活塞向下運(yùn)動遠(yuǎn)離TDC。因此，活塞在作功行程中的線性位移通過可樞轉(zhuǎn)的連桿被轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)。
點(diǎn)火事件的正時在內(nèi)燃機(jī)的性能中是非常重要的方面，涉及火花塞點(diǎn)火相對于活塞在氣缸內(nèi)參考TDC的位置如何提前或延遲。因?yàn)樵邳c(diǎn)火和峰值燃燒之間有輕微的延遲，如果當(dāng)活塞位于TDC時點(diǎn)火發(fā)生，則在燃燒氣體達(dá)到其最高有用的壓力之前活塞將已經(jīng)向下移動到其作功行程。因而，為了最有效地利用燃料的化學(xué)能，點(diǎn)火應(yīng)該發(fā)生在活塞壓縮行程中活塞到達(dá)TDC之前。但是活塞的速度與發(fā)動機(jī)的整體速度一起增加，即使燃燒時間大約為常數(shù)。因而，發(fā)動機(jī)速度越快，相對于活塞的TDC位置點(diǎn)火需要發(fā)生得越早，以便確定為實(shí)現(xiàn)最佳發(fā)動機(jī)性能得最大燃燒壓力水平。
例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)在相對高的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)時，希望在活塞到達(dá)TDC之前充分開始燃燒，以致峰值燃燒壓力在活塞到達(dá)TDC之后立即出現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)最高的性能和效率。這種事件通常被稱為點(diǎn)火正時提前。相反，如果工作在相對低的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)時，希望當(dāng)活塞接近TDC時例如稍微在TDC之前或者稍微在TDC之后開始燃燒。而且，只要正時被調(diào)整得朝著活塞壓縮位置相對遠(yuǎn)離TDC，也就是在上止點(diǎn)之前(BTDC)，點(diǎn)火正時就是“已提前”或者“提前中”。相反，只要正時沿著通常由相對從BTDC朝著ATDC前進(jìn)限定的方向調(diào)整，點(diǎn)火正時就是“已延遲”或者“延遲中”。
根據(jù)以上提及的幾種選擇，發(fā)動機(jī)超速是在超過預(yù)定高速閾值的發(fā)動機(jī)循環(huán)中可被調(diào)節(jié)的狀態(tài)。根據(jù)第一選擇，空氣-燃料混合物被加濃以便使燃料溢出燃燒室，從而部分或者全部壓制點(diǎn)火。一旦發(fā)動機(jī)速度下降到可接受的水平，空氣-燃料混合物就被正常化。但是，不幸的是，這種方法很難控制，產(chǎn)生增加的從發(fā)動機(jī)排出的未然燒的燃料排放。根據(jù)第二選擇，在所有的超速發(fā)動機(jī)循環(huán)中點(diǎn)火正時被延遲到接近TDC，直到發(fā)動機(jī)速度下降到可接受的水平。但是這種方法典型地發(fā)生在不可接受的多個發(fā)動機(jī)循環(huán)中，產(chǎn)生發(fā)動機(jī)的低效率和高排氣溫度，這可損害發(fā)動機(jī)的多個部件。
根據(jù)第三選擇，在超速發(fā)動機(jī)循環(huán)中點(diǎn)火被抑制，例如通過間歇點(diǎn)火或者點(diǎn)火中止。一旦發(fā)動機(jī)速度下降到可接受的水平，點(diǎn)火就被正?；蛘弑换謴?fù)。但是，同時越來越多的燃料趨向于累積在燃燒室中，一旦恢復(fù)點(diǎn)火，燃燒趨向于因累積的燃料而被增強(qiáng)。這種燃燒產(chǎn)生不希望的燃燒室中壓力峰值，其能損壞發(fā)動機(jī)部件，另外還造成不希望的噪音、振動、過量的發(fā)動機(jī)熱量、高排氣溫度以及發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的粗暴。
總而言之，當(dāng)前用于發(fā)動機(jī)速度限制和恢復(fù)的方法在燃料效率、發(fā)動機(jī)完整性、以及平穩(wěn)的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方面還沒有完全最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于操作發(fā)動機(jī)的示例性方法和系統(tǒng)，其中根據(jù)參考發(fā)動機(jī)速度的預(yù)定正時時刻表致動發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，在預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值之上發(fā)動機(jī)點(diǎn)火被抑制，以致發(fā)動機(jī)速度下降到低于預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值，此后，根據(jù)正時恢復(fù)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，所述正時相對于所述預(yù)定正時時刻表被延遲，用于預(yù)定數(shù)值的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，因而降低燃燒室最大壓力中不希望的峰值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供用于控制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的另一個示例性方法和系統(tǒng)，其中指示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的信號被轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)速度值。此后，發(fā)動機(jī)速度值與預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值比較，根據(jù)預(yù)定的正時時刻表生成正時提前信號。當(dāng)發(fā)動機(jī)速度值超過預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值時，生成點(diǎn)火抑制信號以便使發(fā)動機(jī)速度能下降到低于預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值。此后，生成正時延遲信號，用于發(fā)動機(jī)的至少一個轉(zhuǎn)速的至少一部分。
通過本發(fā)明的至少某些實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的至少一些目的、特征和優(yōu)勢包括提供一種點(diǎn)火方法和系統(tǒng)，其很容易適應(yīng)各種發(fā)動機(jī)應(yīng)用，尤其非常適合輕型發(fā)動機(jī)；包括用于限制具有潛在危害的發(fā)動機(jī)超速操作的裝置，還趨向于不產(chǎn)生發(fā)動機(jī)排放的過量未燃燒燃料，或者過度的排氣溫度，或者不希望的具有潛在危害的燃燒室壓力峰值；增加發(fā)動機(jī)在使用中的使用壽命；另外相對簡單的設(shè)計(jì)和相對經(jīng)濟(jì)的制造和裝配，可靠且在使用中具有長的使用壽命。
當(dāng)然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言考慮到該公開內(nèi)容其它目的、特征和優(yōu)勢將會明晰。體系本發(fā)明的其它點(diǎn)火系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)以及類似物可以或多或少實(shí)現(xiàn)已提及的目的、特征或優(yōu)勢。


本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)勢將會從下面對優(yōu)選實(shí)施例和最佳模式的詳細(xì)描述、后附的權(quán)利要求書和附圖中變得明晰，其中圖1根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)動機(jī)和控制系統(tǒng)的局部剖開半示意圖；圖2是圖1的控制系統(tǒng)的電路示意圖；圖3顯示圖2的控制系統(tǒng)的操作步驟的流程圖；圖4是與圖3所示的操作步驟一起使用的查找表的示例；圖5是圖1的發(fā)動機(jī)內(nèi)燃燒室壓力的壓力曲線；以及圖6是具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)控制系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)內(nèi)燃燒室壓力的壓力曲線。
具體實(shí)施例方式
更詳細(xì)地參考附圖，圖1闡述示例性信號生成或點(diǎn)火系統(tǒng)10，其與低成本、輕型內(nèi)燃機(jī)1一起使用，例如典型地由手持或底面支撐的草地和花園設(shè)備使用的類型。這種設(shè)備包括鏈鋸、修剪器、割草機(jī)以及類似物。點(diǎn)火系統(tǒng)10可根據(jù)縱多設(shè)計(jì)中的一個構(gòu)造，其包括永磁性或者電容性放電設(shè)計(jì)，以致它與發(fā)動機(jī)飛輪12相互作用，通常包括控制系統(tǒng)14以及用于連接火花塞(未顯示)的點(diǎn)火罩16。
飛輪12是重量盤狀部件，其與發(fā)動機(jī)曲軸連接，因而在發(fā)動機(jī)11的動力下圍繞軸線20旋轉(zhuǎn)。通過利用其旋轉(zhuǎn)慣性，飛輪12緩和發(fā)動機(jī)速度的波動，因而提供更加恒定和平穩(wěn)的輸出功率。飛輪12包括位于飛輪12的外圓周附件的磁鐵或者磁性部分22。一旦飛輪12旋轉(zhuǎn)，這些磁性部分22就快速旋轉(zhuǎn)，與控制系統(tǒng)14的部件相互電磁作用，用于在這些部件之間傳感發(fā)動機(jī)速度。發(fā)動機(jī)速度與發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率同義，在點(diǎn)火正時控制的操作中起動重要作用，此處將會在下面解釋。
控制系統(tǒng)14被特別放置在非常接近飛輪12的外圓周處，通常包括鐵磁定子芯或者芯部(lamstack)30，其上纏繞有充電繞組32，主點(diǎn)火繞組34以及副點(diǎn)火繞組36。主和副繞組34、36基本限定升壓變壓器或者用于點(diǎn)燃火花塞的點(diǎn)火線圈?？刂葡到y(tǒng)還包括電路38(如圖2所示)，以及殼體40，其中電路38位于芯部30和各種繞組的遠(yuǎn)處。
當(dāng)磁性部分22旋轉(zhuǎn)越過芯部30時，磁場被引入芯部30，接著在各種繞組中感應(yīng)出電壓。例如，旋轉(zhuǎn)的磁性部分22在充電繞組32中感應(yīng)出電壓信號，其指示在控制系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。該信號可被用于確定飛輪12和曲軸19以及因而發(fā)動機(jī)11的轉(zhuǎn)速。最后，充電繞組32中感應(yīng)的電壓也用于為電路38(圖2)提供動力，為點(diǎn)火放電電容器62(圖2)充電。充電繞組32中產(chǎn)生的電路脈沖被用于給放電電容器62充電，一旦致動觸發(fā)信號其隨后就放電。為了在接收觸發(fā)信號之前完全充滿放電電容器62，飛輪12的磁鐵優(yōu)選地參考與曲軸19連接的發(fā)動機(jī)活塞的TDC位置根據(jù)預(yù)定調(diào)整角度計(jì)時，例如提前13°(BTDC)。一旦接收到觸發(fā)信號，電容器62通過點(diǎn)火線圈的主繞組34放電以便在點(diǎn)火線圈的副繞組36中感應(yīng)升壓的高壓，其足夠引起穿過火花塞的火花隙的上萬伏的火花，以便點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的燃料和空氣混合物。與充電繞組32類似，主點(diǎn)火繞組34也被設(shè)計(jì)為沿圓周圍繞芯部30大約幾十圈，主要與副點(diǎn)火繞組36互相感應(yīng)作用，副點(diǎn)火繞組也沿圓周圍繞芯部30大約上萬圈。
殼體40可由塑料制成，保護(hù)控制系統(tǒng)14的部件。安裝孔44用于將點(diǎn)火系統(tǒng)10固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫灾滦静?0和飛輪12的外圓周之間存在小的氣隙46。氣隙46應(yīng)足夠小以便允許足夠的電磁耦合，但也應(yīng)足夠大以便解釋部件中的公差變化，以致飛輪12不與芯部30物理接觸。
點(diǎn)火罩16將控制系統(tǒng)14連接到火花塞47，通常包括延長的銅線連接器50和固定端52。連接器50沿著保護(hù)罩包圍的電導(dǎo)體傳導(dǎo)由控制系統(tǒng)14觸發(fā)的高壓點(diǎn)火脈沖。固定端52被設(shè)計(jì)為接收火花塞的終端，以致兩個部件彼此物理固定，同時也處于電接觸。
在正常的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，在作功行程中發(fā)動機(jī)活塞的向下移動驅(qū)動連接(未顯示)，依次，其使曲軸19旋轉(zhuǎn)，曲軸使飛輪12旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁性部分22旋轉(zhuǎn)越過芯部30時，磁場被建立，其在附近的充電繞組32中感應(yīng)出電壓，其被用于若干目的。首先，電壓可被用于為控制系統(tǒng)14提供動力，包括電路38(如圖2所示)的部件。其次，感應(yīng)電壓被用于充電主放電電容器62，其儲存能量直到它被指示放電，在放電時刻電容器62放出它儲存的能量穿過主點(diǎn)火繞組34。最后，在充電繞組32中感應(yīng)的電壓被用于產(chǎn)生發(fā)動機(jī)速度輸入信號，其被提供給電路38的微控制器60。該發(fā)動機(jī)速度輸入信號在本發(fā)明的點(diǎn)火正時操作中起到重要作用，它典型地只是被監(jiān)視的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，但是可以設(shè)想其它的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)也可被監(jiān)視，例如溫度、節(jié)流位置以及類似的。
微處理器60接收來自充電繞組32的發(fā)動機(jī)速度信號，執(zhí)行基于該信號和發(fā)動機(jī)目前所處的特殊操作順序的一連串指示。該一連串指示可被用于確定希望的點(diǎn)火正時提前或延遲。隨后，微控制器60發(fā)射點(diǎn)火正時信號，其致使高壓點(diǎn)火脈沖被發(fā)動到火花塞。
電路說明現(xiàn)在主要參考圖2，控制系統(tǒng)14包括電路38，其作為示例性類型的電路，可被用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火正時控制系統(tǒng)14。但是，在不脫離本發(fā)明范圈的情況下該電路38的許多變體都可作為選擇使用。電路38與充電繞組32、主點(diǎn)火繞組34、以及優(yōu)選的斷火開關(guān)48互相作用，通常包括微控制器60，點(diǎn)火放電電容器62，和點(diǎn)火晶閘管64。
圖2所示的微控制器60優(yōu)選地為8針、4MHz的處理器，例如由Microchip有限公司生產(chǎn)的#12C509型號，其使用1024Kb的存儲器以便存儲用于點(diǎn)火正時的代碼，也用于存儲變量。但是也可使用任何其它理想的控制器、微控制器或者微處理器。微控制器60的針1通過電阻器和二極管與充電繞組32連接，以致充電繞組32中的感應(yīng)電壓被整流，為微控制器提供動力。同樣，如前所述，當(dāng)充電繞組32中被感應(yīng)出電壓，電流通過二極管70，充電點(diǎn)火放電電容器62，假定點(diǎn)火晶閘管64處于非傳導(dǎo)狀態(tài)。點(diǎn)火放電電容器62保持充電直到微控制器60改變晶閘管64的狀態(tài)。微控制器的針5與充電繞組32連接，接收代表發(fā)動機(jī)速度的電子信號。微控制器使用該發(fā)動機(jī)速度信號以便選擇特定的操作順序，該選擇影響希望的點(diǎn)火正時。針6與斷火開關(guān)48連接，其起到手動清除的作用用于使發(fā)動機(jī)熄火。針7通過電阻器72與晶閘管64的門連接，從微處理器60發(fā)射控制晶閘管64狀態(tài)的點(diǎn)火信號。當(dāng)針7上的點(diǎn)火信號為低時，晶閘管64處于非傳導(dǎo)狀態(tài)，電容器62被允許充電。當(dāng)點(diǎn)火信號為高時，晶閘管64處于傳導(dǎo)狀態(tài)，電容器62放電穿過主繞組34，因而致使在副繞組36上感應(yīng)出點(diǎn)火脈沖，將其發(fā)動到火花塞47。因而，微控制器60通過控制晶閘管64的傳導(dǎo)狀態(tài)管理電容器62的放電。最后，針8為微控制器60提供地參考電壓。
總結(jié)電路的操作，充電繞組32經(jīng)歷感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓充電點(diǎn)火放電電容器62，為微控制器60提供功力和發(fā)動機(jī)速度信號。微控制器60執(zhí)行一連串指示，所示指示利用發(fā)動機(jī)速度信號確定是否需要點(diǎn)火提前或延遲，以及需要點(diǎn)火提前或延遲多少。接著微控制器60根據(jù)計(jì)算得到的點(diǎn)火正時在針7上輸出點(diǎn)火信號，點(diǎn)火信號接通晶閘管64。一旦晶閘管64處于傳導(dǎo)狀態(tài)，就形成通過晶閘管64和主繞組34的電流路徑，其用于儲存在電容器62中的電荷。通過主繞組34放電的電流在副繞組36中感應(yīng)出高壓點(diǎn)火脈沖。該高壓脈沖接著被輸送給火花塞47，在此處它以弧形跨過其火花隙，因而點(diǎn)燃燃燒室中的空氣-燃料填充物，從而開始燃燒過程。如果在任何時刻致動斷火開關(guān)48，則微控制器60停止操作，固而防止點(diǎn)火系統(tǒng)14向發(fā)動機(jī)的燃燒室輸送火花。
系統(tǒng)功能說明現(xiàn)在大體上參考圖3和4，本發(fā)明的控制系統(tǒng)使用各種指示以便根據(jù)發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)特定的操作順序計(jì)算點(diǎn)火正時?？傉龝r值指示點(diǎn)火正時，其通過把點(diǎn)火正時提前值與基礎(chǔ)時間值相加來確定，其可表示延遲正時值。提前值表示正常運(yùn)轉(zhuǎn)的點(diǎn)火正時，通常不受特定發(fā)動機(jī)操作順序的影響。基礎(chǔ)時間值時額外的正時值，其根據(jù)某個操作順序確定，例如在此處以下公開的和/或美國專利申請公開號2003/0015175 A1中公開的操作順序，其被分配給本代理人，因而此處其全文并入作為參考。因而，總正時值時提前值和基礎(chǔ)時間值之和，典型地，可從45°BTDC變化到15°ATDC，依賴于在某些特定的狀況下理想的發(fā)動機(jī)性能的要求。
現(xiàn)在主要參考圖3，控制系統(tǒng)的整個操作100被顯示為從發(fā)動機(jī)被最初起動，直到操作者接合斷火開關(guān)以便關(guān)掉發(fā)動機(jī)。所示操作順序是一組指示，類似于子程序，被設(shè)計(jì)為按照當(dāng)前發(fā)動機(jī)狀態(tài)控制點(diǎn)火正時。
在最初被起動之后，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火正時由起動順序102控制，其設(shè)計(jì)為使發(fā)動機(jī)起動，僅僅在發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速下控制點(diǎn)火正時。因而，起動順序102僅僅在發(fā)動機(jī)起動時使用，被公開在公開號為2003/0015175 A1的美國專利申請中。在起動順序102之后，本發(fā)明的控制系統(tǒng)根據(jù)正常模式操作，直到某些情況，例如不尋常的發(fā)動機(jī)速度，致使操作轉(zhuǎn)移到某些其它模式，其被設(shè)計(jì)為按照這些確定的情況操作發(fā)動機(jī)。例如，速度限制和恢復(fù)模式快速有效地使發(fā)動機(jī)速度返回到可接受的正常操作范圍，同時不會排出過量未燃燒的燃料，也不會在不可接受的持續(xù)數(shù)值的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或循環(huán)上過度增加排氣溫度，也不會產(chǎn)生不希望的燃燒室最大壓力峰值。
為了程序100的正常模式下的點(diǎn)火正時，微控制器60優(yōu)選地使用正時查找表以便對照目前的發(fā)動機(jī)速度和預(yù)定的理想的正時值，從而確定提前值，同時將基礎(chǔ)時間設(shè)置為零。尤其是，在程序100的步驟104中，微控制器對目前的發(fā)動機(jī)速度采樣，存儲目前的發(fā)動機(jī)速度，對每一個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速都這樣做。如前所述，發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)次數(shù)可從發(fā)動機(jī)速度信號確定，反之亦然。因而，通過或者采樣發(fā)動機(jī)速度信號或者采樣發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器信號，并轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)速度，兩個參數(shù)都可得知。可作為選擇的，本發(fā)明打算使用能更精細(xì)的測量轉(zhuǎn)速或者發(fā)動機(jī)速度的手段。例如，單獨(dú)的速度傳感器(未顯示)適合于傳感飛輪或曲軸上的齒或類似物，也適合與微控制器通信。在任何一種情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會意識到發(fā)動機(jī)速度作為在已知的一段時間內(nèi)接收的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)脈沖的函數(shù)被確定，所述已知的一段時間由電容器、或者即使元件或者微處理器中的類似物、或者與微處理器相關(guān)聯(lián)的類似物提供。
在程序100的步驟106中，發(fā)動機(jī)速度信號通過查找表被提及，所述查找表將給定的發(fā)動機(jī)速度和用于那些給定的發(fā)動機(jī)速度的優(yōu)選點(diǎn)火正時聯(lián)系起來。不同的發(fā)動機(jī)可使用不同查找表，因?yàn)槊恳粋€查找表為特定的發(fā)動機(jī)和應(yīng)用而設(shè)計(jì)。無論無何，圖4闡述一個示例性的正時查找表，其適合于與本發(fā)明給定的4沖程發(fā)動機(jī)一起使用。本發(fā)明也可用于2沖程發(fā)動機(jī)。正如所看到的，表包括發(fā)動機(jī)速度欄和正時參考欄，其中欄的每一行將優(yōu)選點(diǎn)火正時值和當(dāng)前發(fā)動機(jī)速度值聯(lián)系起來。例如，一旦發(fā)動機(jī)已經(jīng)達(dá)到8000轉(zhuǎn)/分(RPM)及以上的高速操作范圍，則從表中提取的正時值為25°BTDC。該參考特定發(fā)動機(jī)速度的正時值是前面部分討論的提前值。表中的正時值優(yōu)選地通過測試特定的發(fā)動機(jī)以產(chǎn)生最佳發(fā)動機(jī)性能來經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證。換句話說，給定發(fā)動機(jī)速度下的正時值會隨著不同的發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和不同的理想性能標(biāo)準(zhǔn)而變化。仍然參考圖3的步驟106，基礎(chǔ)時間值設(shè)置為零，因而是總正時值(提前+基礎(chǔ)時間)簡單地等于提前值。在該示例中，總正時值將是25°+0°＝25°BTDC。
在步驟106之后是選擇步驟108，其確定是否系統(tǒng)操作將進(jìn)入速度限制模式。在程序100的步驟108中，微控制器比較當(dāng)前發(fā)動機(jī)速度和預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值或者點(diǎn)火切斷速度。如果在正常模式中曾經(jīng)檢測到發(fā)動機(jī)速度超過該預(yù)定速度或者高速閾值，則接著微控制器啟動速度限制模式，下面將更加詳細(xì)完整地闡述。
在步驟110中，作為速度限制模式的一部分，只要控制系統(tǒng)傳感到超過一個或多個預(yù)定閾值的發(fā)動機(jī)速度，就執(zhí)行點(diǎn)火抑制循環(huán)。特別是，微控制器在步驟110中產(chǎn)生點(diǎn)火抑制信號，其中點(diǎn)火在一個或多個預(yù)定發(fā)動機(jī)速度閾值之上被抑制。換句話說，微控制器不允許主放電電容器62的任何放電，以致點(diǎn)火線圈不會點(diǎn)燃火花塞?；蛘呶⒖刂破鏖g歇地，或者另外最低限度地允許主放電電容器放電，以致點(diǎn)火線圈間歇地，或者另外最低限度地點(diǎn)燃火花塞。換句話說，點(diǎn)火操作被限制但沒有被完全抑制，例如通過在交替的作功行程中產(chǎn)生點(diǎn)火火花。無論無何，發(fā)動機(jī)速度被允許下降到一個或過個預(yù)定閾值之下。
在步驟112中，恢復(fù)模式標(biāo)志被設(shè)置為“n”，即預(yù)定的恢復(fù)轉(zhuǎn)速的數(shù)值。任何理想的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值都可被用于執(zhí)行恢復(fù)模式?；謴?fù)模式標(biāo)志在以后被用于比較該標(biāo)志和在設(shè)置該標(biāo)志后發(fā)動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)值，下面將對此做出描述。
點(diǎn)火抑制循環(huán)一直重復(fù)，直到發(fā)動機(jī)下降到低于點(diǎn)火切斷速度。在每一個循環(huán)中，微控制器從步驟112回退到步驟104，其中發(fā)動機(jī)速度被傳感、讀取，或者另外地由微控制器基于充電繞組脈沖、速度傳感器脈沖或者其它確定。正如此處使用的術(shù)語傳感、讀取、確定及類似術(shù)語可互相交換使用，除傳感或者讀取步驟之外可包括計(jì)算或者變換步驟。微控制器再次前進(jìn)到步驟106，其中正時提前值再次由最近的發(fā)動機(jī)速度數(shù)據(jù)通過圖4的查找表計(jì)算。此后，在步驟108處，微控制器再次比較傳感的發(fā)動機(jī)速度和預(yù)定閾值。如果在步驟108處，發(fā)動機(jī)速度仍然超過預(yù)定閾值，則過程返回步驟110以便重復(fù)點(diǎn)火抑制循環(huán)，其中恢復(fù)模式標(biāo)志被再次設(shè)置到預(yù)定的理想的恢復(fù)轉(zhuǎn)速數(shù)值“n”但是，如果在步驟108處發(fā)動機(jī)速度已經(jīng)下降到低于預(yù)定閾值，則過程改為前進(jìn)到步驟114。
在步驟114處，微控制器確定程序100是處于正常模式還是處于恢復(fù)模式。例如，微控制器監(jiān)視恢復(fù)模式標(biāo)志是被清除還是設(shè)置。如果被清楚且沒有被設(shè)置，則程序100處于正常模式，如下所述前進(jìn)到步驟124。如果確定恢復(fù)模式標(biāo)志目前未被清除，而是已被設(shè)置，則程序100處于恢復(fù)模式，前進(jìn)到步驟116。
在步驟116處，微控制器將恢復(fù)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器增加1。該增加步驟用于確定是否在步驟118中退出恢復(fù)模式。
在步驟118中，微控制器確定恢復(fù)模式的狀態(tài)，以便確定是繼續(xù)恢復(fù)模式還是從恢復(fù)模式中退出。微控制器比較恢復(fù)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的值和恢復(fù)轉(zhuǎn)速的預(yù)定數(shù)值。如果轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的值等于恢復(fù)轉(zhuǎn)速的預(yù)定數(shù)值，則程序100前進(jìn)到步驟120，其中基礎(chǔ)時間被重新設(shè)置為0，恢復(fù)模式標(biāo)志被清除。因此，恢復(fù)模式從而被終結(jié)，程序100返回步驟124處的正常模式，如下所述。但是，如果在步驟118處恢復(fù)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器的值小于恢復(fù)轉(zhuǎn)速的預(yù)定數(shù)值，則程序100仍然處于恢復(fù)模式，繼續(xù)前進(jìn)到步驟122。
在步驟122處，微控制器計(jì)算恢復(fù)模式基礎(chǔ)時間值，大致當(dāng)在步驟108中確定發(fā)動機(jī)速度已經(jīng)下降到低于預(yù)定閾值時在第一個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速內(nèi)生成正時延遲信號中使用該基礎(chǔ)時間值。因此，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火基于預(yù)定點(diǎn)火正時延遲時間表或值被恢復(fù)活動。術(shù)語“大致當(dāng)”意味著在可接受的微控制器動作的時間內(nèi)存在優(yōu)選地某個預(yù)定時間容限，作為一個示例，例如在大約0到10毫秒之內(nèi)。但是可以想到可使用任何一個合適的時間容限。而且，術(shù)語“時間表”應(yīng)被廣泛地理解為任何列表、電子數(shù)據(jù)表、指示、查找表、公式、值或者類似物。
在恢復(fù)模式中，程序100使用正時延遲以便在速度限制模式的點(diǎn)火抑制循環(huán)停止之后獲得第一預(yù)定數(shù)量的燃燒事件的控制。優(yōu)選地，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火正時延遲僅用于點(diǎn)火抑制終結(jié)之后的第一燃燒事件，但是延遲可用于任何希望數(shù)量的燃燒事件。例如，本發(fā)明優(yōu)選示例性實(shí)現(xiàn)打算將點(diǎn)火正時從大約8,500RPM下的25°BTDC延遲到僅僅5°BTDC，用于在發(fā)動機(jī)速度下降到約8,500RPM之下后在第一轉(zhuǎn)速過程中的燃燒事件。但是，可作為選擇地，可使用任何希望的正時延遲值。實(shí)際上，對任意給定的發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和理想操作標(biāo)準(zhǔn)，最佳正時延遲值需要通過經(jīng)驗(yàn)確定。
本發(fā)明的其它示例性實(shí)現(xiàn)打算基于基礎(chǔ)時間相對當(dāng)前恢復(fù)轉(zhuǎn)速的可變時間表或者查找表延遲點(diǎn)火正時。例如，使用圖4的示例性正時表，在大約8,500RPM的第一恢復(fù)轉(zhuǎn)速過程中，基礎(chǔ)時間值可被指定為最大數(shù)量例如-20°以便從25°BTDC的提前值產(chǎn)生5°BTDC的總正時值。在第二恢復(fù)轉(zhuǎn)速過程中，基礎(chǔ)時間值被調(diào)整為較小的數(shù)量例如-10°以便從25°BTDC的提前值產(chǎn)生15°BTDC的總正時值。同樣，在第三恢復(fù)轉(zhuǎn)速過程中，基礎(chǔ)時間值被調(diào)整為更小的數(shù)量例如-5°以便從25°BTDC的提前值產(chǎn)生20°BTDC的總正時值。該過程可在任何預(yù)定數(shù)量的恢復(fù)轉(zhuǎn)速上已任何希望的梯度實(shí)現(xiàn)。換句話說，基礎(chǔ)時間值可以計(jì)算得到，可被設(shè)置為從恢復(fù)模式中的第一轉(zhuǎn)速的最初延遲正時逐漸使發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火正時退回或前進(jìn)到提前值。在基礎(chǔ)時間值被計(jì)算之后，程序100繼續(xù)到步驟124。
在步驟124處，微控制器通過相加提前值和當(dāng)前基礎(chǔ)時間值確定總正時值，所述提前值在步驟106中使用查找表得到，所述當(dāng)前基礎(chǔ)時間值在步驟106和/或120中被設(shè)置為0，可從步驟122中計(jì)算得到。無論如何，程序100此后繼續(xù)到步驟126。
在步驟126處，為控制器發(fā)送點(diǎn)火信號，以便根據(jù)在步驟124中得到的總正時值指引電容器62放電。在步驟126處致動或觸發(fā)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火之后，程序100繼續(xù)到選擇步驟128。
在步驟128處，微控制器檢查是否操作者已經(jīng)接合斷火開關(guān)。如果斷火開關(guān)接合，微控制器立即使發(fā)動機(jī)熄火，控制系統(tǒng)退出程序100。如果斷火開關(guān)未接合，則控制返回發(fā)動機(jī)速度傳感步驟104，其中恢復(fù)模式繼續(xù)運(yùn)行到步驟118直到恢復(fù)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器等于由恢復(fù)模式標(biāo)志指定的恢復(fù)轉(zhuǎn)速預(yù)定理想數(shù)值。再次，在恢復(fù)模式停止的時刻，其中在步驟120中基礎(chǔ)時間設(shè)置未0，恢復(fù)模式標(biāo)志被清除。此后，程序回復(fù)到步驟124處的正常模式，其中基于圖4的正時表的提前值計(jì)算點(diǎn)火正時。換句話說，微控制器根據(jù)預(yù)定正時時間表或表生成正時提前信號。點(diǎn)火和發(fā)動機(jī)操作因而返回正常，不要求手動重置開關(guān)的操作或者類似物。
圖5闡述具有根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的點(diǎn)火抑制和正時系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的壓力曲線。對應(yīng)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的以磅/平方英寸(pounds persquare inch，PSI)為單位的燃燒室壓力被繪制成曲線，所述數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)根據(jù)每秒50,000個數(shù)據(jù)點(diǎn)的速率采樣。圖5描述發(fā)動機(jī)在大約8,500RPM的速度限制閾值下操作，沒有負(fù)荷，執(zhí)行根據(jù)上述的通用速度限制和恢復(fù)模式的點(diǎn)火正時。在沒有火花的壓縮行程中，例如在上面討論的速度限制模式下，燃燒室經(jīng)歷低于大約150PSI的最大壓力，如示例性壓力CN’所示。在排氣行程中，燃燒室壓力下降到低于50PSI，如示例性壓力EN’所示。在以上討論的恢復(fù)模式下的作功行程中，其中正時相對延遲，燃燒室經(jīng)歷最大壓力典型地被抑制在150PSI之下的穩(wěn)定模式，如示例性壓力Cs’所示。
但是，相反，圖6顯示具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)點(diǎn)火抑制和正時系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的壓力曲線，其中最大壓力峰值不被抑制。圖6是對應(yīng)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的以磅/平方英寸(pounds per square inch，PSI)為單位的燃燒室壓力的曲線，所述數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)根據(jù)每秒50,000個數(shù)據(jù)點(diǎn)的速率采樣，該曲線描述發(fā)動機(jī)在大約8,500RPM的速度限制閾值下操作，沒有負(fù)荷，根據(jù)正常操作參考正時表，具有提前到25°BTDC的點(diǎn)火正時。在沒有火花的壓縮行程中，例如在速度限制模式下，燃燒室承受低于大約150PSI的壓力，如壓力CN示例。在排氣行程中，燃燒室壓力下降到低于50PSI，如壓力EN示例。但是，在沒有火花的限制速度壓縮行程之后的具有火花的作功行程中，燃燒室經(jīng)歷壓力峰值分布在大約340至400PSI范圍的不穩(wěn)定模式，如400PSI處的壓力峰值Cs示例。這是因?yàn)?，在沒有火花的限制速度壓縮行程中燃料已經(jīng)累積在燃燒室中，一旦根據(jù)正常正時恢復(fù)點(diǎn)火，燃燒固累積的燃料和25°BTDC提前正時的組合而增強(qiáng)。這種燃燒產(chǎn)生燃燒室中不希望的壓力峰值，其可損壞發(fā)動機(jī)部件，另外引起不希望的噪音、振動、過量的發(fā)動機(jī)熱量、高排氣溫度，以及發(fā)動機(jī)操作中的粗暴性。
因此，上述示例性發(fā)動機(jī)和點(diǎn)火系統(tǒng)以及方法包括用于限制發(fā)動機(jī)超速操作的設(shè)備，還產(chǎn)生燃燒室最大壓力數(shù)量的降低，以及燃燒室最大壓力之間較大變化的降低。因此，因過量壓力峰值引起的周期性疲勞帶來的發(fā)動機(jī)損壞被大幅降低，實(shí)質(zhì)上被消除，發(fā)動機(jī)壽命增加。類似，發(fā)動機(jī)的最大噪音、振動和粗暴性被顯著降低。而且，沒有過量的未燃燒燃料從發(fā)動機(jī)中排出，排氣也沒有過高的溫度。
盡管此處公開的本發(fā)明形式組成了目前的優(yōu)選實(shí)施例，但是許多其它形式是可能的。例如，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會意識到本發(fā)明很容易適應(yīng)與任何內(nèi)燃機(jī)使用，不局限于兩沖程和四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)。此處并不打算提及本發(fā)明所有可能等同的形式或衍生。可以理解此處使用的術(shù)語僅是描述性的，而非限制性的，在不脫離由后附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可做出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于輕型燃燒式發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)速度傳感裝置，以及電子處理裝置，其與所述發(fā)動機(jī)傳感裝置連接以便從所述發(fā)動機(jī)傳感裝置接收指示發(fā)動機(jī)速度的信號，所述電子處理裝置使用預(yù)定的正時時刻表以便基于其生成正時提前信號，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)速度超過至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值時，所述電子處理裝置生成點(diǎn)火抑制信號，大致當(dāng)所述發(fā)動機(jī)速度下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值時，所述電子處理裝置生成正時延遲信號用于至少一個轉(zhuǎn)速的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述正時延遲信號被提供，以便延遲用于發(fā)生在發(fā)動機(jī)速度已經(jīng)下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值之后的至少第一點(diǎn)火燃燒事件的正時。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，大致當(dāng)所述發(fā)動機(jī)速度下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值時，所述電子處理裝置根據(jù)正時生成用于恢復(fù)所述發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火的信號，所述正時相對于所述預(yù)定正時時刻表被延遲，用于所述發(fā)動機(jī)的至少一個轉(zhuǎn)速的至少一部分。
4.一種操作發(fā)動機(jī)的方法，其包括以下步驟確定發(fā)動機(jī)速度；根據(jù)參考所述確定的發(fā)動機(jī)速度的預(yù)定正時時刻表啟動所述發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火；在至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值之上抑制所述發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火，以便允許所述發(fā)動機(jī)速度下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值；以及大致當(dāng)所述發(fā)動機(jī)速度下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值時，根據(jù)正時恢復(fù)所述發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火，所述正時相對于所述預(yù)定正時時刻表被延遲，用于所述發(fā)動機(jī)的至少一個轉(zhuǎn)速的至少一部分。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢復(fù)步驟在所述發(fā)動機(jī)的一個轉(zhuǎn)速上執(zhí)行。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢復(fù)步驟在所述發(fā)動機(jī)的若干轉(zhuǎn)速上執(zhí)行。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述恢復(fù)步驟包括所述發(fā)動機(jī)的恢復(fù)點(diǎn)火，以便朝著所述預(yù)定正時時刻表逐漸提前所述正時。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述啟動步驟包括使用所述預(yù)定正時時刻表的預(yù)定提前值計(jì)算總正時。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述啟動步驟包括的所述預(yù)定正時時刻表是查找表，其將發(fā)動機(jī)速度和所述預(yù)定提前值聯(lián)系在一起。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述恢復(fù)步驟包括在所述預(yù)定提前值上增加延遲正時值，以便確定所述正時，其相對于所述預(yù)定的正時時刻表被延遲。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢復(fù)步驟延遲用于發(fā)生在發(fā)動機(jī)速度已經(jīng)下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值之后的至少第一點(diǎn)火燃燒事件的正時。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢復(fù)點(diǎn)火步驟包括生成正時信號，其能在所述發(fā)動機(jī)的所述若干轉(zhuǎn)速上變化，以便朝著所述預(yù)定正時時刻表逐漸提前所述正時。
全文摘要
一種用于操作發(fā)動機(jī)的方法和系統(tǒng)，其中根據(jù)參考發(fā)動機(jī)速度的預(yù)定正時時刻表致動發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，在預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值之上點(diǎn)火被抑制以便允許發(fā)動機(jī)速度下降到低于預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值。此后，大致當(dāng)所述發(fā)動機(jī)速度下降到低于所述至少一個預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度閾值時，根據(jù)正時恢復(fù)點(diǎn)火，所述正時相對于所述預(yù)定正時時刻表被延遲，用于預(yù)定數(shù)值的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，因而降低燃燒室最大壓力中不希望的峰值。
文檔編號F02P5/15GK1755100SQ200510107108
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者M·N·安德遜, G·M·帕圖洛 申請人:沃爾布羅發(fā)動機(jī)使用有限責(zé)任公司