二冲程内燃发动机空燃比的调节制造技术

为了满足严苛的排放标准并且改进二冲程曲轴箱扫气式发动机的性能，发动机的消声器(13)设置有混合装置(130、31)，用于将由混合物参与燃烧产生的废气(42)与由扫气产生的气体混合，使得在消声器(13)内形成大致均匀的气体混合物，并且用于感应氧浓度的装置(81)处于所述均匀气体混合物中并且设置成向控制单元(80)提供输出值，用于控制对发动机的燃料供应并且进而控制燃烧室(41)中的空燃比。消声器(13)适当地设置有催化元件(140)，优选地为三效催化器。发动机(1)优选地为分层进气式发动机。

Air fuel ratio regulation of two stroke internal combustion engine

In order to meet the stringent emission standards and improve the performance of the two-stroke crankcase scavenging engine, the muffler (13) of the engine is provided with a mixing device (130, 31), which is used to mix the exhaust gas (42) generated by the mixture participating in combustion with the gas generated by scavenging, so as to form a roughly uniform gas mixture in the muffler (13), and at the device (81) for sensing the oxygen concentration An output value is provided to the control unit (80) in the uniform gas mixture for controlling the fuel supply to the engine and, in turn, the air-fuel ratio in the combustion chamber (41). The muffler (13) is properly provided with a catalytic element (140), preferably a three-way catalyst. The engine (1) is preferably a stratified intake engine.

【技术实现步骤摘要】
二冲程内燃发动机空燃比的调节本申请是申请日为2011年8月5日、申请号为201180072709.7且专利技术名称为“二冲程内燃发动机空燃比的调节”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种二冲程曲轴箱扫气式内燃发动机的空燃比控制系统以及调节所述发动机空燃比的方法。在燃料供应部分(诸如汽化器或燃料喷射系统)中调节空燃比，并且所述燃料供应部分包括用于调节空燃比的控制单元。在具有控制单元的反馈回路中设置氧浓度感应装置以帮助提供适当的发动机空燃比。此外，所述发动机产生由空气-燃料混合物参与燃烧而产生的废气以及由扫气过程产生的其他气体。
技术介绍
莱姆达传感器(Lambdasensor)或氧传感器通常用于通过确保发动机充分和干净的燃烧其燃料来减少具有四冲程发动机的车辆的排放。传感器通常构造成使一个电极处于排气管中，而另一个电极接触环境空气。传感器通过测量废气与环境空气之间的氧浓度差工作。传感器通常输出电压，并且呈现出其中空燃比接近化学计量的步进式电压特性。化学计量的空燃比对应于λ＝1并且意味着对于四冲程发动机而言的功率、燃料燃烧率和排放量之间良好的折中，λ<1意味着较高的电压输出并且对应于燃料过量，而λ>1意味着较低的电压输出并且对应于空气过量。当发动机处于低负载情形下时(例如当非常柔和的加速，或保持恒定速度时)，其工作状态被称为“闭环”模式。这指的是控制单元与莱姆达传感器之间的反馈环，其中控制单元调节燃料量并且期望在莱姆达传感器的响应方面发生变化。当发动机力图保持平均的最接近化学计量比时，该环路使得发动机能在连续环路上在供料略微贫化(lean)的情形或供料略微富化(rich)的情形下工作。当发动机处于高负载(例如，节流阀全开)时，忽略氧传感器的输出，并且控制单元自动使混合物富化以保护发动机，因为负载下的启动失败更可能导致损坏。这是指发动机在“开环”模式下工作。在这种状态中，传感器输出的任何改变都将被忽略，因为燃料喷射是根据预定的所谓燃料映射(fuelmap)来控制的。燃料的闭环反馈控制根据实时的传感数据改变燃料输出而并非根据预定的(开环)燃料映射工作。通常，莱姆达传感器仅在被加热到约300℃时有效地工作，并且因此当今传感器中的许多具有集成的加热元件以保证正常的工作。四冲程发动机的缺点是它们太过沉重，并且因此它们非常不适于旨在由操作者携带的应用。实际上，存在其中二冲程发动机是优选的多个应用，诸如链锯，截头器，切割机或鼓风机等，对于这些应用，高的功率-重量比尤其重要。二冲程发动机就其简单设计和长寿命方面而言也是有利的。然而，二冲程发动机的主要缺点在于它们排放性能差。为了符合更严格的排放标准，已经对在反馈回路中使用莱姆达传感器和控制单元来调节二冲程发动机的空燃比进行了一些尝试。然而，在四冲程发动机的排气管中测量λ的方法不适用于二冲程发动机，因为扫气空气将随着由燃烧室内的燃烧过的空气燃料混合物产生的废气而进入排气管中。因此，排气管中对应位置处的λ将波动并且不对应于参与燃烧的气体的λ。JP8144817和JP8189386(Yamaha)披露了一种使用在二冲程发动机中与控制单元连接的莱姆达传感器的方法。为了解决扫气空气被泵吸到排气通道中的问题，已引入与燃烧室连通的子排气通道，在该通道中检测λ。子排气通道设置有阀门，这些阀门设置成以在扫气空气到达之前关闭的方式关闭和打开通道。因此，检测到的λ将接近燃烧λ。然而，该解决方案是相当复杂和成本高昂的，并且还需要汽缸中的附加阀门和管道。此外，存在阀门可能由例如烟灰和/或油堵塞的风险，这将降低阀门的工作性能并且进而降低燃烧λ测量的准确性。DE202006018582U1(Dolmar)也披露了一种使用在二冲程发动机中与控制单元连接的莱姆达传感器的方法。与上述两份日本专利文献相似，该德国专利文献披露了一种改进燃烧λ的测量的方法，但将莱姆达传感器置于汽缸中的活塞配流空间(pistonportedspace)内。该空间开设在燃烧室内并且通过移动活塞来反复打开和关闭，使得该空间在扫气空气到达燃烧室前是关闭的。因此，检测到的λ将接近燃烧λ。该解决方案的缺点是二冲程发动机的理想燃烧λ约为0.70到0.95。对于当今莱姆达传感器的操作，如此低的值是难以检测到的。尽管宽带莱姆达传感器适于检测所述范围内的λ值，但对于该应用它们太过昂贵。此外，对燃烧室打开和关闭的内包空间的燃烧λ检测结果似乎并非非常精确的，因为在λ检测之后不能完全清空该空间，并且因此，在检测λ中的气体可能是由之前的燃烧产生的气体。此外，该空间可能会积油，这可导致莱姆达传感器的关键部分至少部分被油覆盖，这会降低莱姆达传感器的工作性能。US6912979(Stihl)披露了一种在近似0.2到0.6的范围内调节曲轴箱中的λ的方法，并且因此，不同于日本专利文献和德国专利文献所提出的，λ并非在参与燃烧的空气燃料混合物的废气中检测。该美国专利文献表明曲轴箱中的该λ范围意味着燃烧燃烧室内的λ可被调节至0.70到0.95的范围。然而，如此低的λ值(0.2-0.6)是难以以成本有效方式检测到的，如上面部分中所讨论的。对于二冲程发动机而言，已证明将燃烧室内的λ调节在0.70-0.95的范围内是有利的，这表示存在燃料过量。然而，如前面部分所讨论的，使用传统莱姆达传感器是难以检测该范围的。这意味着，尽管日本专利文献和德国专利文献已接近检测燃烧λ，但它们的解决方案生产起来太过昂贵。因此，有必要解决以上技术问题以满足更严格的排放标准并且改进二冲程发动机的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种调节二冲程曲轴箱扫气式内燃发动机的空燃比的方法，其消除了现有技术的缺点。该目标通过提供一种调节二冲程曲轴箱扫气式内燃发动机的空燃比的方法，通过提供第一段中的布置并且提供处于废气的大致均匀混合物(所述混合物是由于燃烧产生的气体与由于扫气产生的气体的混合物)中的氧含量感应装置实现，并且其中所述方法还包括以下步骤：a)检测氧浓度感应装置的实际值；b)将所述实际值与目标值进行比较；以及c)以响应于所述比较的方式调节空燃比，以减少目标值与实际值之间的差异。优选地重复步骤a)至c)。由此消除了所描述的仅检测由空气燃料混合物参与燃烧产生的废气部分中的λ值的缺点，即，不需要汽缸中的附加的阀或管。这显著降低了制造成本和由增加的多个部件导致的成本。此外，已经证明对于检测由于燃烧产生的气体与由于扫气产生的气体的大致均匀混合物的λ是非常有利的，因为至少对于发动机的特定结构而言，所述均匀混合物的λ值等于发动机燃烧室内的理想空燃比1。此外，接近1的λ值可使用传统类型的莱姆达传感器来检测，该传感器价格非常低廉并且不需要在工作中供能。在发动机的消声器中提供由燃烧产生的气体与由扫气产生的气体的均匀混合物是非常有利的，因为这样的话三效催化器(three-waycatalyst，三效尾气净化催化剂)可在消声器内工作，这对于减少排放量是非常有益的。优选地，所述方法还包括以下步骤：d)作为第一步，检测至少一个发动机参数；...

【技术保护点】
1.一种调节用于手持式电动工具的二冲程曲轴箱扫气式内燃发动机(1)的空燃比的方法，所述发动机(1)为分层进气式的发动机(1)，所述发动机包括用于连接曲轴箱和燃烧室的至少一个扫气管，并且除了从所述曲轴箱流动到所述至少一个扫气管的空气/燃料混合物的流，所述发动机进一步包括流动至所述至少一个扫气管的受控的新鲜附加空气的流，在燃料供应部分(8)中调节所述空燃比，并且所述燃料供应部分(8)包括用于调节所述空燃比的控制单元(80)；所述发动机(1)产生废气(42)，所述废气包括由空气-燃料混合物参与燃烧产生的气体和由扫气产生的其他气体；所述方法包括将氧浓度感应装置(81)设置在所述废气的大致均匀的混合物中的步骤，还包括提供能够将所述废气混合以实现所述大致均匀的混合物的混合装置的步骤，并且其中，将消声器(13)直接安装于所述发动机(1)的汽缸(5)的排气管，并且其中，引导所述废气(42)通过所述排气管到达所述消声器(13)以及将所述混合装置布置在所述消声器(13)内，所述混合装置实现所述废气(42)的混合，以便在所述消声器(13)的至少一部分中实现大致均匀的混合物，其中，所述氧浓度感应装置(81)为莱姆达传感器，所述莱姆达传感器定位在所述消声器(13)中的大致均匀的混合物中，所述方法还包括以下步骤：/na)检测所述氧浓度感应装置(81)的实际值；/nb)将所述实际值与目标值进行比较；以及/nc)以响应于所述比较的方式调节所述空燃比，以减少所述目标值与所述实际值之间的差异,/n并且其中，所述方法进一步包括以下步骤：/nd)作为第一步，检测至少一个发动机参数；/ne)对于相对于所述至少一个发动机参数而言特定的第一情形，执行步骤a)至c)，所述第一情形至少在周期过程中出现；/nf)对于相对于所述至少一个发动机参数而言特定的第二情形，由步骤g)替换步骤a)、b)以及c)；/ng)使用燃料映射以用于确定正确的空燃比，并且以响应于所述燃料映射的方式调节所述空燃比。/n...

【技术特征摘要】
1.一种调节用于手持式电动工具的二冲程曲轴箱扫气式内燃发动机(1)的空燃比的方法，所述发动机(1)为分层进气式的发动机(1)，所述发动机包括用于连接曲轴箱和燃烧室的至少一个扫气管，并且除了从所述曲轴箱流动到所述至少一个扫气管的空气/燃料混合物的流，所述发动机进一步包括流动至所述至少一个扫气管的受控的新鲜附加空气的流，在燃料供应部分(8)中调节所述空燃比，并且所述燃料供应部分(8)包括用于调节所述空燃比的控制单元(80)；所述发动机(1)产生废气(42)，所述废气包括由空气-燃料混合物参与燃烧产生的气体和由扫气产生的其他气体；所述方法包括将氧浓度感应装置(81)设置在所述废气的大致均匀的混合物中的步骤，还包括提供能够将所述废气混合以实现所述大致均匀的混合物的混合装置的步骤，并且其中，将消声器(13)直接安装于所述发动机(1)的汽缸(5)的排气管，并且其中，引导所述废气(42)通过所述排气管到达所述消声器(13)以及将所述混合装置布置在所述消声器(13)内，所述混合装置实现所述废气(42)的混合，以便在所述消声器(13)的至少一部分中实现大致均匀的混合物，其中，所述氧浓度感应装置(81)为莱姆达传感器，所述莱姆达传感器定位在所述消声器(13)中的大致均匀的混合物中，所述方法还包括以下步骤：
a)检测所述氧浓度感应装置(81)的实际值；
b)将所述实际值与目标值进行比较；以及
c)以响应于所述比较的方式调节所述空燃比，以减少所述目标值与所述实际值之间的差异,
并且其中，所述方法进一步包括以下步骤：
d)作为第一步，检测至少一个发动机参数；
e)对于相对于所述至少一个发动机参数而言特定的第一情形，执行步骤a)至c)，所述第一情形至少在周期过程中出现；
f)对于相对于所述至少一个发动机参数而言特定的第二情形，由步骤g)替换步骤a)、b)以及c)；
g)使用燃料映射以用于确定正确的空燃比，并且以响应于所述燃料映射的方式调节所述空燃比。


2.根据权利要求1所述的方法，包括重复步骤a)至g)。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括至少在周期过程中在运行期间校准所述燃料映射，以提供在使用所述燃料映射的模式与使用所述氧浓度感应装置(81)的所述实际值的模式之间的平稳切换，以用于调节期望的空燃比。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述至少一个发动机参数包括发动机速度和/或发动机负载和/或温度。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在步骤d)中没有检测到所述实际值，则进行步骤g)。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述消声器(13)设置有入口开口(132)，所述入口开口用于接收所述废气(42)的废气流，所述废气流在所述开口(132)处具有一方向，并且所述混合装置(130、131)为这样的结构，所述结构为壁和/或开孔和/或网和/或栅格，并且所述废气流暴露于所述结构，并且所述结构构造成使得所述废气流的至少一部分从所述方向偏转。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述消声器(13)中设置至少一个催化元件(140)。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述催化元件(140)为三效催化器。


9.根据权利要求1所述的方法，还包括通过借助于调节所述发动机(1)的燃料供应以减小或增大所述空燃比来执行步骤c)中的所述空燃比的调节。


10.根据权利要求9所述的方法，还包括通过使控制单元(80)控制燃料阀来调节所述燃料供应。


11.根据权利要求10所述的方法，所述燃料阀为至少一个电磁阀。


12.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)中的所述空燃比的调节还依据温度和发动机速度中的至少一个参数而变化，并且所述空燃比的调节在特定情形中还包括调节所述空燃比以使得平均实际值大于所述目标值，而在特定的其他情形中，所述平均实际值小于所述目标值。


13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述特定情形为特定速度范围。


14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标值为接近1的莱姆达值。


15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标值为等于1的莱姆达值。


16.根据权利要求1所述的方法，其中，理想的空燃比与所述发动机(1)的燃烧室(41)中的介于0.7至0.95的范围内的莱姆达值对应。


17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料供应部分(8)为汽化器或燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：米卡埃尔·伯格曼，
申请(专利权)人：胡斯华纳有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE