一种内燃机(1),具有燃烧室(3),该燃烧室由活塞(5)限定而成,其中活塞(5)驱动可转动地支撑在曲轴箱(4)中的曲轴(20)。内燃机(1)具有燃油输送装置、点火装置和控制装置(18)。内燃机(1)的功率(P)与燃烧室(3)中的空气系数(λ)之间的关系用功率曲线(21、22、23、24)来说明,所述功率曲线具有上升的第一分支线(25)、最大值(26)和下降的第二分支线(27),其中在所述第二分支线(27)的区域内,空气系数(λ)小于1。为了使得内燃机(1)工作,规定:求取内燃机(1)的工作点(B
1.一种内燃机工作方法,其中内燃机(1)具有燃烧室(3),该燃烧室由活塞(5)限定而成,其中活塞(5)驱动可转动地支撑在曲轴箱(4)中的曲轴(20),其中内燃机(1)包括燃油输送装置、点火装置和控制装置(18),其中内燃机(1)的功率(P)与燃烧室(3)中的空气系数(λ)之间的关系用功率曲线(21、22、23、24)来说明,所述功率曲线具有上升的第一分支线(25)、最大值(26)和下降的第二分支线(27),在所述第二分支线的区域内,空气系数(λ)小于1,其中该方法包括如下步骤:-xa0求取在所述功率曲线(21、22、23、24)上内燃机(1)的工作点(B₁、B₂、B₃、B₄)的位置,其中为了求取工作点(B₁、B₂、B₃、B₄)的位置,在第一方法步骤(40、43、51)中调节点火时刻(ZZP),且在第二方法步骤(41、44、52)中在调节点火时刻(ZZP)时分析内燃机(1)的转速反应;-xa0如果所求取的工作点(B₁、B₂、B₃、B₄)不是所希望的工作点(B₁、B₂、B₃、B₄),则在第三方法步骤(42、45、53)中根据所求取的工作点(B₁、B₂、B₃、B₄)来改变所输送的燃油量(x)。
2.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(40)中对点火时刻(ZZP)进行“超前”调节。
3.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(40、43)中对点火时刻(ZZP)进行连续调节。
4.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(40)中在预先给定的时段(⊿t)内对点火时刻(ZZP)进行改变,在该时段内,曲轴(20)旋转若干圈。
5.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,如果识别到内燃机(1)的工作点(B₁)位于第一分支线(25)上,则在所述第三方法步骤(42、45、53)中增加所输送的燃油量(x)。
6.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,如果识别到内燃机(1)的工作点(B₃、B₄)位于第二分支线(27)上,则在所述第三方法步骤(42、45、53)中减少所输送的燃油量(x)。
7.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(44、51)中,在求取工作点(B₁、B₂、B₃、B₄)的位置时,除了点火时刻(ZZP)外,还改变所输送的燃油量(x)。
8.xa0如权利要求7所述的方法,其特征在于,如果内燃机(1)的工作点(B₁、B₂、B₃、B₄)是所希望的工作点(B₁、B₂、B₃、B₄),则在所述第一方法步骤(43)中适当地选择所输送的燃油量(x)的变化,使得内燃机(1)的转速(n)不发生改变。
9.xa0如权利要求7所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(52)中对点火时刻(ZZP)的调节进行控制,其中对点火时刻(ZZP)进行适当控制,使得内燃机(1)的转速(n)大致不发生改变。
10.xa0如权利要求7所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(43)中减少所输送的燃油量(x),并“滞后”地调节点火时刻(ZZP)。
11.xa0如权利要求7所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤中增加所输送的燃油量(x),并“超前”地调节点火时刻(ZZP)。
12.xa0如权利要求7所述的方法,其特征在于,在所述第一方法步骤(43)中,首先改变所输送的燃油量(x),且在曲轴(20)旋转预定的圈数之后才改变点火时刻(ZZP)。
13.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,在内燃机(1)满载情况下实施该方法。
14.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过定量阀(13、13′)来输送燃油。
15.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过汽化器(10)来输送燃油。
16.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,将燃油直接输入到曲轴箱(4)中。
17.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,内燃机(1)具有进气道(9),将燃油输入到该进气道(9)中。
18.xa0如权利要求1所述的方法,其特征在于,内燃机(1)具有至少一个溢流通道(7),将燃油输入到所述溢流通道(7)中。技术领域
本发明涉及一种内燃机工作方法。
背景技术
在内燃机工作时,必须要控制燃油与空气的比,使得燃烧室中的混合物能可靠地点火。汽车中的内燃机通常使用设置在废气流中的λ试探器。例如在手持式工具机如电锯、修剪机、割草机等中使用小型的结构简单的内燃机,这种内燃机通常并未设有λ试探器。在这里,对混合物组分进行控制,即引入形式为所输送的燃油量变化的干扰,并对由此产生的发动机转速反应进行分析。视内燃机的工作点而定,在喷射量短时间地减少和增加之后,转速上升或降低。可以对转速反应进行检测,由此推断出内燃机的工作点。然后可以基于所求取的工作点来调节所希望的工作点。转速变化-特别是当燃油进入到两冲程发动机的进气道或曲轴箱中时-非常缓慢。这要持续曲轴旋转若干圈,直至可确定转速反应。这在燃烧室中的混合物贫油程度很严重且为了调节工作点而继续减少所输送的燃油量时会导致发动机熄火。在混合物贫油程度很严重时,还存在特别是由于润滑不充分而引起的发动机受损的危险。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种内燃机工作方法,借此能良好地调节所希望的工作点。所述目的通过一种内燃机工作方法得以实现,其中内燃机具有燃烧室,该燃烧室由活塞限定而成,其中活塞驱动可转动地支撑在曲轴箱中的曲轴,其中内燃机包括燃油输送装置、点火装置和控制装置,其中内燃机的功率与燃烧室中的空气系数之间的关系用功率曲线来说明,所述功率曲线具有上升的第一分支线、最大值和下降的第二分支线,在所述第二分支线的区域内,空气系数小于1,其中该方法包括如下步骤:-求取内燃机的工作点的位置,其中为了求取工作点的位置,调节点火时刻,且在调节点火时刻时分析内燃机的转速反应;-如果所求取的工作点不是所希望的工作点,则根据所求取的工作点来改变所输送的燃油量。规定,为了求取工作状态的位置,调节点火时刻。对点火时刻的调节直接和间接地影响到内燃机的转速,从而不会产生延迟。对点火时刻的“超前”调节会导致发动机功率提高,进而导致转速上升,如果混合物富油,即空气系数小于1。如果混合物贫油,即空气系数大于1,功率和转速就会下降。在此视内燃机而定,在空气系数大致小于1时,可以位于功率曲线的最大值。最好“超前”调节点火时刻。于是,如果发动机在富油区域,即在下降的第二分支线的区域工作,则会出现功率上升,进而也会出现转速上升。最好连续地调节点火时刻。在此特别地规定,在预先给定的时段内改变点火时刻,在该时段内,曲轴旋转若干转。由此还能识别出与功率曲线最大值相邻的工作点,在该工作点,转速在改变点火时刻的情况下首先朝向一个方向改变,且-在超过最大值之后-朝向另一个方向改变。如果识别到内燃机的工作点位于第一分支线上,发动机因而在贫油区域工作,则最好增加所输送的燃油量。如果识别到内燃机的工作点处于第二分支线上,则特别是减少所输送的燃油量。可以规定,所希望的工作点处于功率曲线的最大值区域内。但也可以规定,内燃机在第二分支线区域内工作,即以低于最大值的功率在富油区域内工作。通过对点火时刻的改变,内燃机的转速发生改变。这可由使用者感觉到,且被解释为功能失误。因此希望能补偿转速变化,使得使用者感觉不到转速变化。为此规定,在求取工作点的位置时,除了点火时刻外,还改变所输送的燃油量。改变所输送的燃油量还会引起转速改变,转速改变可以通过对点火时刻的调节得到补偿。如果工作点是所希望的工作点,则最好适当地选择所输送的燃油量的变化,使得内燃机转速不会发生改变。所输送的燃油量的变化大小对于每个内燃机来说都是不同的,且最好通过试验求取,并存储在内燃机控制装置中。只有当内燃机工作点不是所希望的工作点时,才改变转速。内燃机例如可以驱动手持式工具机的工具。工具和其它移动部件在工作中产生惯性力,惯性力会影响所产生的转速。如果控制装置分析转速变化,则所述分析必须与系统的惯性力相协调(abstimmen),即与工具等相协调。所提出的新方法无需再改变转速,所以所提出的方法在很大程度上可独立于系统的惯性力而采用,因而得到广泛应用。也可以规定,对点火时刻的调节进行控制。点火时刻经过适当控制,使得内燃机转速基本上不发生变化,也就是说,所出现的转速变化小于每分钟100转。这种转速变化处于正常的转速波动范围内,在内燃机运行中会由系统引起所述转速波动。通过按照规定对所输送的燃油量的改变,可以根据需要来改变点火时刻,以便补偿由于所输送的燃油量的变化引起的理论上的转速变化。点火时刻的变化用作控制参数。如果内燃机在所希望的工作点工作,则可得知对于保持转速恒定所需要的点火时刻改变。如果对于保持转速恒定所需要的点火时刻改变与此不同,则说明内燃机没有在所希望的工作点工作。因此可以根据对于保持转速恒定所需要的点火时刻改变,来求取实际的工作点。有利的是,减少所输送的燃油量,并“滞后”地调节点火时刻。但也可以规定,增加所输送的燃油量,并“超前”地调节点火时刻。特别是对于两冲程发动机而言,燃油输入到进气道或曲轴箱中,改变了的燃油量在曲轴旋转若干圈之后才进入到燃烧室中,且在所输送的燃油量改变之后,曲轴旋转若干圈首先引起转速改变。因此规定,首先改变所输送的燃油量,且在曲轴旋转预定的圈数之后才改变点火时刻。曲轴旋转预定的圈数相当于燃油进入到燃烧室中所需要的时间。该段时间最好也通过试验来确定,并存储在控制装置中。当燃油输入到溢流通道中时,或者当燃油输入到曲轴箱中时,燃油会以精确的周期或者以很小的延迟进入到燃烧室中,从而所输送的燃油量的变化会立即导致转速变化,因而在所输送的燃油量变化的同时,点火时刻发生改变。该方法特别是可以内燃机满载时实施。最好通过定量阀来输送燃油。这样就能简单而精确地定量地改变所输送的燃油量。可以通过汽化器来输送燃油,但也可以规定,将燃油直接输入到曲轴箱中。也可以根据使用目的采用燃油阀,其将燃油输入到进气道和/或溢流通道中。
附图说明
下面对照附图来介绍本发明的实施例。图中示出:图1为内燃机示意图;图2示出了功率曲线,这些功率曲线给出了不同点火时刻的功率与空气系数的关系;图3示出了点火时刻的示范性的变化曲线;图4至图6针对图3的点火时刻变化曲线示出了关于时间的可能的转速变化曲线;图7示出所输送的燃油量的可能的变化曲线;图8示出利用图7的燃油变化曲线来补偿转速变化的点火时刻的变化曲线;图9和图10示出所得到的可能的关于时间的转速变化曲线;图11示出所输送的燃油量的可能的变化曲线;图12示出利用图11的燃油变化曲线来补偿转速变化的点火时刻的可能的变化曲线;图13示出关于时间的转速变化曲线;图14至图16示出方法实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出内燃机1,其被构造为单缸两冲程发动机。内燃机1最好是手持式工具机如电锯、切割机、修剪机、割草机等中的驱动电机。内燃机1具有气缸2,在该气缸中形成燃烧室3。燃烧室3由在气缸2中来回移动的活塞5限定而成,该活塞通过连杆6驱动可转动地支撑在曲轴箱4中的曲轴20。为了输送燃烧空气,内燃机1具有进气道9,该进气道利用气缸2上的入口8通到曲轴箱4中。入口8被活塞5缝式配气(schlitzsteuern)。在进气道9上设有汽化器10,在该汽化器中可摆动地支撑有节气阀11。进气道9与空气过滤器14连接,燃烧空气经由该空气过滤器被抽吸。有多个燃油开口12通入到汽化器10中,燃油通过定量阀13被输送至这些燃油开口。定量阀13被控制装置18控制,该控制装置决定着所输送的燃油量。定量阀13例如可以是电磁阀。燃烧空气和燃油在活塞5向上冲程时被吸入到曲轴箱4中,而在活塞5向下冲程时通过至少一个溢流通道7进入到燃烧室3中,所述溢流通道使得曲轴箱4在活塞5的下止点区域与燃烧室3连通。火花塞17伸入到燃烧室3中,该火花塞也受控制装置18控制,并通过控制装置18还被供应以能量。在曲轴20上设有发电机19,该发电机也与控制装置18连接,并提供点火用的能量,且提供转速信号。替代地也可以设有通常的点火线圈。发电机19和火花塞17与控制装置18的控制点火的那部分一起形成点火装置。在活塞5的上止点区域中,燃油/空气混合物在燃烧室3中被点燃。由此使得活塞5朝向曲轴箱4加速。从燃烧室3中引出一出口15,废气经由该出口离开燃烧室3。在曲轴20上还设有通风机轮16,通风机轮用于给内燃机1输送冷却空气。代替汽化器10上的定量阀13,也可以设有将燃油直接输入到曲轴箱4中的定量阀13′。也可以设有将燃油输入到溢流通道7中的定量阀13′′。也可以设有将燃油直接输入到燃烧室3中的定量阀。在内燃机1的工作中,控制装置18控制通过定量阀13输送的燃油量和在火花塞17点燃燃烧室3中的混合物时的点火时刻。两冲程发动机通常在富油(fett)区域中工作,也就是说,空气系数λ小于1,例如约为0.85,空气系数表示实际上可供燃烧的空气量与至少必需的化学计量的空气量的比值。强迫点火式四冲程发动机也是如此。为了控制要输送的燃油量,针对无λ试探器可供使用的发动机,可以考虑使用图2中所示的功率曲线。这些功率曲线给出了发动机功率P与空气系数λ的关系。在图2中,左边的λ值大于1,表示贫油的混合物,右边的λ值小于1,表示富油的混合物。如功率曲线21所示,当给来自贫油区域的混合物加油(anfetten)时,功率P首先沿着上升的第一分支线25上升至最大值26。如果继续加油,则功率P又按照第二分支线27下降。图2中所示的其它功率曲线22、23和24为发动机功率P的相同形状的变化曲线,只是点火时刻不同。点火时刻ZZP从功率曲线21经由功率曲线22和23至功率曲线24“超前”调节。在图2中的功率曲线21上示范性地示出四个工作点B₁、B₂、B₃和B₄,这些工作点对应于不同的空气系数λ₁、λ₂、λ₃和λ₄。视内燃机1而定,所希望的工作点例如可以是最大值26处的工作点B₂,或者是第二分支线27上的工作点B₃。也可以设置位于第二分支线27上的其它所希望的工作点。相反,通常不希望在第一分支线25上工作,因为该区域的贫油情况会很快导致发动机熄火,在混合物贫油程度很严重时,通常不能实现内燃机1得到充分冷却和/或润滑。为了能调节所希望的工作点,必须调节当前的工作点。在此特别是必须确定工作点位于第一分支线25上还是位于第二分支线27上上,因为为了实现所希望的功率P或所希望的转速n,一方面必须加油,而另一方面必须减油。为了确定当前的工作点位于哪个分支线25、27上,规定改变点火时刻ZZP。如果当前工作点位于第一分支线25上或者位于最大值26处,如用工作点B₁和B₂示范性地示出,则“超前”调节点火时刻ZZP会导致内燃机1的功率P以及转速n下降,更确切地说,在点火时刻ZZP从功率曲线21的点火时刻调节到功率曲线22的点火时刻时,下降到由功率曲线22在相应的空气系数λ₁或λ₂处限定的值。因为对点火时刻ZZP的调节很快地进行,所以可以认为工作状况保持不变,功率P因而与内燃机1的转速n成比例。因此在“超前”调节点火时刻时,相应于功率下降,出现转速下降,如果内燃机1在工作点B₁或工作点B₂工作。在本实施例中,工作点B₃相应于所希望的工作点,此时如果“超前”调节点火时刻ZZP,则功率首先上升,如由功率曲线22和23规定。接下来,功率P以及转速n下降到由功率曲线24的第一分支线25规定的在空气系数λ₃处的值。相反,如果在工作点B₄“超前”调节点火时刻ZZP,则功率上升,进而转速n也上升,如由功率曲线22~24在空气系数λ₄处规定。于是,根据转速n下降、上升、或者首先上升然后下降,就能确定内燃机1的工作点。针对如图3中所示的点火时刻ZZP的变化曲线,在图4~6中示出了不同的转速反应情况。图3示出了点火时刻曲线28,其给出了点火时刻ZZP关于时间t的变化曲线,其中点火时刻ZZP被“超前”调节了从时刻t₁至时刻t₂的时段Δt。如果内燃机1在工作点B₁或工作点B₂工作,则转速n按照图4中的转速曲线29下降。相反,如果内燃机1在工作点B₄工作,则转速n按照图5中的转速曲线30连续地上升。如果内燃机1在工作点B₃工作,则转速n按照图6中的转速曲线31首先上升,接着又下降。在这种情况下,转速n最好不下降到初始值以下,如用虚线示出。但转速n也可以下降到初始值以下。这在图6中用虚曲线示出。图14示出本发明的方法的流程。在方法步骤40中,连续地改变点火时刻ZZP。也可以突然地改变点火时刻ZZP。在方法步骤41中,检测和分析在图4~6中所示的转速反应,即转速n关于时间t的变化曲线。转速变化曲线例如可以根据发电机19的信号由控制装置18进行分析。根据测得的转速变化曲线来求取工作点B。在方法步骤42中,根据求取的工作点,改变所输送的燃油量x,如果所求取的工作点不同于所希望的工作点。在此,如果所求取的工作点在图2中位于所希望的工作点的左边,即混合物贫油程度太严重,则增加所输送的燃油量;如果所求取的工作点在图2中位于所希望的工作点的右边,即混合物富油程度太严重,则减油。通过对点火时刻ZZP的调节,来改变转速n,转速能被操作者感受到,且能被感觉到受到干扰。如果转速变化低于每分钟100转,使用者就感觉不到转速变化Δn了,因为这种转速变化系在内燃机的正常运行中由系统引起。为了达到这种小的转速波动,规定补偿所希望的转速n变化,更确切地说,在求取工作点时相应地改变所输送的燃油量x。这在图7~10中示出。图8示出按照规定在理论上跳跃式地“滞后”调节点火时刻ZZP,如点火时刻曲线33。在本实施例中,所希望的工作点处于图2中的工作点B₃。因而在“滞后”调节点火时刻ZZP时,希望转速n下降,例如如果点火时刻ZZP从功率曲线23的点火时刻被调节至配属于功率曲线21的点火时刻ZZP。为了补偿所希望的转速下降,规定减少所输送的燃油量x,如在图7中用曲线32示出。减少燃油量x也应跳跃式地进行。减少的燃油量从时刻t₁持续至时刻t₂。变化地控制定量阀13,由此改变所输送的燃油量x,这样持续曲轴20旋转若干圈,直至实际上在燃烧室3中出现了贫油的混合物。但调节点火时刻ZZP会对转速n立即产生作用。因此,为了实现因所输送的燃油量x改变引起的转速改变和对点火时刻ZZP的调节能同时起作用,针对点火时刻的变化,规定了图8中所示的实际上延迟的点火时刻曲线34。点火时刻ZZP在晚于时刻t₂的时刻t₃被调节。对点火时刻ZZP的实际调节并非跳跃式地进行,而是借助于曲线逐渐地进行。在通过定量阀13′将燃油输入到曲轴箱中时,或者在燃油直接输入到溢流通道中时,也会引起所输送的燃油量x的变化,而且没有延迟,从而对点火时刻ZZP的改变也可以在没有延迟的情况下跳跃式地进行。如果发动机的工作点处于工作点B₃,则转速不变化,如图9中用转速曲线35示出。这样就能在不影响转速的情况下以简单的方式判定内燃机1是否在工作点B₃工作。但如果发动机的工作点位于第一分支线25上,则通过按照图8中的点火时刻曲线34对点火时刻的“滞后”调节,来提高转速n。根据图7额外地减少所输送的燃油量x,由此非常明显地提高转速n,由此得到由转速变化曲线36示出的转速变化情况。作为减少燃油量x和“滞后”调节点火时刻的替代方案,也可以规定,按照图7中虚线所示的曲线32′来增加燃油量。为了补偿因燃油量x增加而引起的转速变化,如图8中所示,按照曲线34′“超前”调节点火时刻。作为调节点火时刻的替代方案,为了调节所希望的工作点,也可以规定,对点火时刻的变化进行控制,使得感觉不到转速变化。这在图11~13中示意性地示出。所输送的燃油量x按照曲线37从时刻t₁减少至时刻t₂。利用脉冲式的定量阀13或13′,提高脉冲比,也就是使得定量阀13或13′整体上长时间地保持关闭,来输送燃油,由此减少所输送的燃油量x。通过减少的燃油量,在时刻t₃开始改变转速n。控制装置18中控制器通过对点火时刻ZZP的相应的调节来抑制这种很小的转速n变化,使得转速n保持恒定,除了操作者不能确定的最小的转速波动外。转速n的恒定的变化情况在图13中用曲线38示出。如果内燃机1在上升的分支线例如在工作点B₁(图2)工作,则将通过图11中所示的燃油量x的减少而得到图13中用曲线39示出的转速变化曲线。转速将下降。这可以通过对点火时刻的“超前”调节得到补偿,如图12中用点火时刻曲线46示意性地示出。在图12中,点火时刻曲线46呈斜坡形。但点火时刻曲线46也可以呈曲线形地被修圆。如果内燃机1的工作点处于下降的第二分支线27上,例如处于工作点B₄,则在改变点火时刻ZZP的情况下,且减少所输送的燃油量x,就将得到图13中用转速曲线49示出的转速提高的情况。这种转速提高可以通过对点火时刻的“滞后”调节得到补偿,如图12中用点火时刻曲线47示出。相应地,图13中用转速曲线50示出的转速提高的情况通过按照点火时刻曲线48对点火时刻的“滞后”调节得到补偿。通过对点火时刻调节的控制,可以独立于内燃机1的工作点B实现不会有不能由使用者确定的转速n的波动,尽管所输送的燃油量x变化。点火时刻ZZP经过适当控制,使得转速n保持恒定。图15示出用于控制内燃机1的方法流程。在方法步骤43中,改变点火时刻ZZP和所输送的燃油量x,更确切地说,提高转速影响,如果发动机在所希望的工作点工作。在这种情况下,最好“滞后”调节点火时刻,并减少所输送的燃油量x。在方法步骤44中判定转速n是否发生了变化,并根据可能发生的或未发生的转速变化来求取内燃机1的工作点。如果工作点B并不是所希望的工作点,就在方法步骤45中改变所输送的燃油量x,直至内燃机的工作点处于所希望的工作点。替代地,也可以对点火时刻ZZP的调节进行适当控制,使得没有转速变化发生。这在图16中示出。在方法步骤51中,改变所输送的燃油量x。在方法步骤52中,分析在转速n恒定的情况下由此产生的点火时刻发生的变化ΔZZP。借助于点火时刻ZZP的变化曲线来求取内燃机1的工作点。如果工作点未处于所希望的工作点,则在方法步骤53中改变所输送的燃油量x,直至内燃机的工作点处于所希望的工作点。为了调节所希望的工作点,最好能首先将功率曲线21、22、23、24的最大值26调节成工作点,并基于所述最大值26将所输送的燃油量x增加预先给定的值,以便在第二分支线27上实现所希望的工作点B。但也可以规定,在转速n恒定的情况下,根据转速反应或点火时刻ZZP的变化曲线直接推断出当前的工作点的位置,并基于当前的工作点,通过对所输送的燃油量x的改变,来调节所希望的工作点。