用于电子地控制内燃机的燃料空气比的系统和方法
【专利说明】用于电子地控制内燃机的燃料空气比的系统和方法
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年8月15日提交的美国临时专利申请第61/866，485号的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明总的来说涉及用于控制内燃机的燃料空气比的系统和方法，具体地说，涉及通过电子地控制化油器中的节流阀的位置来电子地控制内燃机的燃料空气比的系统和方法。
【背景技术】
[0004]已经开发出电子控制的化油器，以便提高引擎启动和性能特性(例如该引擎正在空转时的特性)。在这种已知的控制系统中，通过控制化油器内的节流阀的设置来调节引入到燃烧室的燃料混合物的燃料空气比。通过考虑某些变量，例如引擎转速、进气压力以及引擎冷却剂温度，来确定节流阀的设置。然而，在确定节流阀的设置中考虑上述变量已经被认为不是最优的。
[0005]另外，在控制燃料混合物的燃料空气比的已知系统中，控制系统作为相对于引擎和引擎的其它模块和/或子系统来说独立的和/或单独的模块来创建。因此，现有的电子控制系统可能增加额外的费用，占据引擎舱内的有用空间，并且在设计和/或建造该引擎方面引起复杂度增加。
[0006]鉴于上述问题，需要用于电子地控制内燃机的燃料空气比的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0007]本发明涉及用于电子地控制提供给内燃机的燃料混合物的燃料空气比的系统和方法，并且在其它示例中涉及包括相同的系统和方法的内燃机。
[0008]根据本公开的一方面，公开了一种使用电子系统来控制内燃机的节流阀的方法，所述电子系统以可操作的协作方式包括:控制器、配置为测量表示引擎温度的第一温度的第一温度传感器、配置为测量表示环境气温的第二温度的第二温度传感器，以及配置为移动所述节流阀的致动器，所述方法包括:a)利用所述控制器确定依赖于所述第一温度的、用于所述节流阀的起动位置山)执行第一节流开启阶段，所述第一节流开启阶段包括利用所述致动器将所述节流阀从初始位置移动到所述起动位置；c)利用所述控制器确定用于开启所述节流阀的第一坡道，其中所述第一坡道的第一特性依赖于所述第一和第二温度；以及d)在完成所述第一节流开启阶段后，执行第二节流开启阶段，所述第二节流开启阶段包括利用所述致动器根据所述第一坡道将所述节流阀朝着完全开启位置移动。
[0009]根据本公开的另一方面，公开了一种使用电子系统来控制内燃机的节流阀的方法，所述电子系统以可操作的协作方式包括控制器、配置为测量表示引擎温度的第一温度的第一温度传感器、配置为测量表示环境气温的第二温度的第二温度传感器，以及配置为移动所述节流阀的致动器，所述方法包括:a)利用所述控制器确定用于开启所述节流阀的第一坡道，其中所述第一坡道的第一特性依赖于所述第一温度以及所述第一温度和所述第二温度之间的差；以及b)使用所述致动器执行节流开启阶段，所述节流开启阶段包括利用所述致动器将所述节流阀根据所述第一坡道朝着完全开启位置移动。
[0010]根据本公开的再一方面，公开了一种一种用于控制内燃机的节流阀的电子系统，所述电子系统包括:第一温度传感器，所述第一温度传感器配置为测量表示引擎温度的第一温度；第二温度传感器，所述第二温度传感器配置为测量表示环境气温的第二温度；致动器，所述致动器可操作地耦接到所述节流阀以调整所述节流阀的位置，从而调整要在所述内燃机中燃烧的燃料混合物的燃料空气比；以及控制器，所述控制器可操作地耦接到所述致动器、所述第一温度传感器，以及所述第二温度传感器，所述控制器配置为:(I)基于所述第一温度确定用于所述节流阀的起动位置，并且操作所述致动器以在第一节流开启阶段期间将节流阀从初始位置移动到所述起动位置；以及(2)确定第一坡道，所述第一坡道具有依赖于所述第一和第二温度的特性，并且根据所述第一坡道操作所述致动器，以在第二节流开启阶段期间将节流阀朝着完全开启位置移动。
[0011]在本公开的又一个方面中，公开了一种集成点火和电子自动节流模块。在本发明的这样一个方面中，所述集成点火和电子自动节流模块包括:外罩壳体，所述壳体配置为安装到飞轮附近的内燃机的引擎缸体；所述壳体容纳:第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量表示引擎温度的第一温度；控制器，所述控制器可操作地耦接到所述第一引擎温度传感器，所述控制器配置为:基于所述第一温度确定节流阀的起动位置；以及操作致动器，在第一节流开启阶段期间将所述节流阀移动到所述起动位置中；以及点火电路。
[0012]在本公开的更一个方面中，公开了一种使用电子系统来控制内燃机的节流阀的方法，所述电子系统以可操作的协作方式包括控制器、配置为测量参数的反馈传感器，以及配置为移动所述节流阀的致动器，所述参数表示要在或者正在所述内燃机中燃烧的空气燃料混合物的空气燃料比，所述方法包括:a)所述控制器反复地从所述反馈传感器接收信号，该信号表示在所述节流阀从起动位置朝着完全开启位置的移动期间所测量的参数；b)基于来自所述反馈传感器的最近接收到的信号，利用所述控制器确定所述节流阀被朝着所述完全开启位置移动的速率；c)利用所述致动器，以在步骤b)期间最近所确定的速率将所述节流阀朝着所述完全开启位置移动；以及d)循环到步骤a)，直到利用控制器确定所述节流阀处于所述完全开启位置为止。
[0013]在本公开的甚至又一个方面中，公开了一种使用电子系统来控制内燃机的节流阀的方法，所述电子系统以可操作的协作方式包括控制器、配置为测量参数的反馈传感器，以及配置为移动所述节流阀的致动器，所述参数表示要在或者正在所述内燃机中燃烧的空气燃料混合物的空气燃料比，所述方法包括:a)执行动态节流开启阶段，所述动态节流开启阶段包括:根据形成在所述节流阀和所述反馈传感器之间的反馈环，基于由所述反馈传感器进行的测量，利用所述致动器将所述节流阀从起动位置朝着完全开启位置移动。
[0014]在本公开的甚至别的方面中，公开了一种用于控制内燃机的节流阀的电子系统，所述电子系统包括:配置为测量参数的反馈传感器，所述参数表示要在或者正在所述内燃机中燃烧的空气燃料混合物是否处于最佳空气燃料比的参数；致动器，所述致动器可操作地耦接到所述节流阀以调整所述节流阀的位置，从而调整所述燃料混合物中的燃料空气比；以及控制器，所述控制器可操作地耦接到所述致动器和所述反馈传感器以形成反馈环，所述控制器配置为，基于由所述反馈传感器进行的测量将所述节流阀从起动位置节流阀移动到完全开启位置。
[0015]本发明的可应用的又一个区域将从以下所提供的详细说明中变得明显。要理解的是，详细说明和特定的示例虽然表示本发明的优选实施例，但被设计为仅仅为了说明的目的而不是旨在限制本发明的范围。
【附图说明】
[0016]根据【具体实施方式】和附图将更完全地被理解本发明，在附图中:
[0017]图1是根据本发明的电子自动节流系统的示意图；
[0018]图2A至2C示出了通过根据本发明的、图1的电子自动节流系统所执行开启节流阀的方法的流程图；
[0019]图3是在图2的方法的执行期间节流阀位置与时间的线形曲线图；
[0020]图4是基于所测量的引擎温度，通过控制器来确定节流阀的起动位置的关系数据表格；
[0021]图5是示出了根据图4的关系数据表格处于不同的起动位置的节流阀的图；
[0022]图6是在执行图2的方法期间描绘节流阀位置对时间的线形图，其中当节流阀处于起动位置时已经检测到单个故障的引擎曲柄摇动事件；
[0023]图7是在执行图2的方法期间描绘节流阀位置对时间的线形图，其中当节流阀处于起动位置并且系统被重新设置时已经检测到三个连续故障的引擎曲柄摇动事件；
[0024]图8是用于通过控制器确定节流阀的起动位置的关系数据表格；
[0025]图9是用于通过控制器确定针对低速协议的初始坡道、中间坡道以及最终坡道的关系数据表格；
[0026]图10是用于通过控制器确定针对高速协议的初始坡道、中间坡道以及最终坡道的关系数据表格；
[0027]图11是在执行图2的方法期间基于图8至10的关系数据表格的节流阀位置对时间的线形图，其中已经为冷引擎起动使用低速协议；
[0028]图12是在执行图2的方法期间基于图8至10的关系数据表格的节流阀位置对时间的线形图，其中已经为冷引擎起动使用高速协议；
[0029]图13是用于通过控制器确定节流阀的起动位置的关系数据表格；
[0030]图14是用于通过控制器确定针对低速协议的初始坡道、中间坡道以及最终坡道的关系数据表格；
[0031]图15是在执行图2的方法期间基于图13至14的关系数据表格的节流阀位置对时间的线形图，其中已经为冷引擎起动使用图8的低速协议；
[0032]图16是在执行图2的方法期间基于图13至14的关系数据表格的节流阀位置对时间的线形图，其中已经为热引擎起动使用图8的低速协议；
[0033]图17是在检测到引擎关闭情形时在执行图2的方法期间节流阀位置与时间的线形曲线图；
[0034]图18是用于驱动步进马达移动一个完整的旋转的4个脉冲信号组的图，该一个完整的旋转以相应的方式依次打开和关闭节流阀；
[0035]图19是两个连续的4脉冲信号组的图，其中4脉冲组之间的延迟被设置为等于4脉冲组中的连续脉冲之间的延迟，从而实现打开节流阀的第一速率；
[0036]图20是两个连续的4脉冲信号组的图，其中4脉冲组之间的延迟被设置为大于4脉冲组中的连续脉冲之间的延迟，从而实现打开节流阀的、小于图19的第一速率的第二速率;
[0037]图21是根据本发明的集成点火和电子自动节流模块的示意图；
[0038]图22是根据本发明的气冷式内燃机的示意图，其中图19的集成点火和自动节流模块已经安装于此；
[0039]图23是根据本发明的图19的集成点火和电子自动节流模块的示例性结构布置的立体图；
[0040]图24是根据本发明的除去壳体的、图23的集成点火和电子自动节流模块的内部部件的立体图；
[0041]图25是根据本发明的另一集成点火和电子自动节流模块的示意图。
【具体实施方式】
[0042]以下对本发明实施例的描述实质上仅仅是示例性的并且决不意在限制本发明、本发明的应用或者使用。对根据本发明的原理的说明性的实施例的描述旨在与被认为是整个书面描述的一部分的附图一起阅读。在本文中公开的对本发明的描述中，对方向或者方位的任何引用仅仅为了描述的方便起见并且不意味着以任何方式限制本发明的范围。例如“更低的”、“更高的”、“水平的”、“竖直的”、“以上”、“以下”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“前面”和“后面”以及它们的派生词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该解释为正如然后所描述的或者所讨论的附图中所示的方位。这些相关的术语仅仅为了描述的方便起见，并且除非明确地这样地指出，不需要该装置以特定的方位构建或者操作。除非另外清楚地说明，例如“附接”、“附属”、“连接”、“耦接”、“互连”、“固定”以及类似的术语指代各结构直接或者间接地通过插入结构被彼此固定或者附接的关系，以及可移动或者刚性的附接或者关系。此外，参考在本文中示出的示例来说明本发明的特征和益处。因此，即使被指出是优选的，本发明也显然不应该限于这样的示例。在本文中的讨论描述和示出了一些可能的非限制性的特征的组合，所述特征可以单独存在或者与其它特征组合。
[0043]首先参考图1，示出了根据本发明的电子自动节流系统1000。正如所例示的，电子自动节流系统1000通常包括控制器10、致动器20、第一温度传感器30、第二温度40以及引擎转速传感器60。正如以下讨论的，废气传感器50(或者正如以下讨论的其它传感器)可以包括在本发明的某些方面的电子自动节流系统1000内，以搜集可以用于控制节流阀的位置和移动的附加的或者可替换的输入。
[0044]控制器10、致动器20、第一温度传感器30、第二温度40以及引擎转速传感器60可以通过由虚线示意性地表示的电连接/通信通道51-55彼此处于可操作的协作。取决于特定的电子自动节流系统1000的需要，电连接/通信通道51-55可以包括(不限于)电线、光导纤维、通信电缆、无线通信路径或者它们的组合。正如以下更详细地描述的，只要电连接/通信通道51-55中的每一个可以便于所耦接的元件/部件之间的期望的操作、发送、通信、供电和/或控制，电连接/通信通道51-55的准确的结构特性和布置就不是对本发明的限制。
[0045]如图1所示，电子自动节流系统1000可操作地耦接到根据本发明的内燃机100。如图所示，内燃机100通常包括化油器110和引擎缸体(engine block) 120。燃料供给器130根据已知的技术可操作地耦接到内燃机100 (具体地说，耦接到化油器110)。电子自动节流系统1000根据已知的技术可操作地耦接到例如电池、交流发电机或者其它储能装置的电源140。内燃机100理所当然包括并且由许多其它子系统以及元件/部件补充。为了便于讨论，如果这种细节不是理解本发明所必需的，则在本文中省去这种细节。
[0046]控制器10包括处理器11和存储装置12。虽然处理器11和存储装置12被例示为独立的部件，但是如果需要的话，存储装置12可以与处理器11集成。此外，虽然仅仅例示了一个处理器11和一个存储装置12，但是控制器10可以包括多个处理器11和多个存储装置12。
[0047]处理器11可以是任何计算机中央处理器(CPU)、微处理器、微控制器、计算装置或者电路，其配置为执行在本文中所描述的一些或者所有处理，包括(不限于):(1)查找和执行节流阀的关系数据表格；(2)接