专利名称：二冲程发动机的最高转速限制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机最高转速的限制方法，特别是手要操作的机具如权利要求1前序部分中所述的修剪树篱用大剪刀机、电动链锯、自由切割机等上的二冲程发动机的最高转速限制方法。
背景技术：
已知有一些用于手工操作的机具上的内燃机最高转速的限制方法。如DE 4326010 A1公开过一种点火时刻控制法，借此可将内燃机的最高转速限制在一个预定的值上。在此，转速n的控制是如此进行的，使得点火可为一个或多个曲轴回转加以抑制。与此同时提出一种可能性，就是在一个限定的时间内允许一个超额转速，以满足特殊的工作要求。即使具有这种点火控制装置的二冲程发动机是为小的废气值设计的，但对调节范围内合理的废气值所采取的措施仍是很大的。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于控制手工操作的机具上内燃机的最高转速的方法，在较高转速常数和较好功能条件下，该机具的废气在很大程度上是低的。
本发明的上述任务是按权利要求1所述特征加以解决的。
本发明的核心设想在于通过点火时刻的推移而如此大大降低发动机功率，从而由于机具运行所需的摩擦功率而使得转速大致保持稳定或者轻微下降。在调整转速范围内如此选择点火时刻，使得可供利用的发动机功率正好足以克服传动系统的摩擦功率，并驱动例如使机具转动。
因此，为了克服大剪刀机传动齿轮箱中的摩擦功率，大剪刀机需要一个最小功率才能操动剪刀片。这一为操动剪刀片所需的摩擦功率相应于这样的发动机功率，即通过朝上死点方向所调整的发动机点火时刻仍然可供应用的发动机功率。
通过极端的点火时刻调整而对发动机转速实现调节的优点在于即使按每个周期实现调节也可保证燃烧室中的燃烧。与通过点火抑制实现的转速限制所不同的是，利用根据本发明的限制方法可以显著地改善调节范围内的废气值。从而也可降低对操作人员的废气负荷和气味负荷。此外，由于废气特征的改善，在废气道中有利布置的催化剂的峰值负荷也是较小的。
为了限制最高转速而对点火时刻所进行的极端调整也可导致所激励的噪声获得一种较和谐的声振图象，这是因为气缸中较均匀的峰值压力降低了振动起因。与通过点火抑制实现调节所不同的是，气缸中出现明显地较小的峰值压力，从而使曲轴传转机构处于较小负荷之下。
须强调的是，根据本发明的转速调节方法即使在使用扫气、分层给气或其它技术的最新发动机上，也可用于将混合气引入到燃烧室中，而不会妨害换气。因此，WO 00/11334中所介绍的CWI发动机需要废气压力以用于将混合气引入燃烧室中。由于根据本发明的调节方法在每个循环中都发生一次燃烧，所以对这个系统即使在调节情况下也有足够的废气压力以满足将混合气引入燃烧室中的需要。
由于内燃机的传动功率在大约上死点OT前10°至OT的点火时刻ZZP范围内对点火时刻ZZP的变化产生强列反应，所以在起动转速和最高转速之间的点火时刻曲线形成非直线是有利的。
为了在内燃机高速运行进入调节范围时获得动态效应，最好将调定在最高转速范围内的处于上死点范围中的点火时刻对于一个预定的最高转速以上的转速带而基本上保持不变。这个转速带最好包括一个从零至大约1000转/分钟的转速范围。
这个系统可以实现在系统起动转速和调节转速之间有一个很小的间距。一个大约150至1500转/分钟，最好是大约500转/分钟的带宽可获得良好的效果。基于这一窄的转速带，点火时刻特性曲线是非常陡的，这一方面导致在超越该系统起动转速之后发动机功率迅速下降，另一方面在重新使用机具时可保证迅速回到功率最佳的特性曲线支线。这样，在起动转速和调节转速之间的点火时刻按大约20°至35°曲轴转角加以调整，最好是按大约30°曲轴转角朝向活塞的上死点加以调整。
本发明的其它特征见各项权利要求、说明书和附图，图中示出了本发明的一个将在下文中详细说明的实施例。附图所示为
图1为了实施根据本发明的方法在一个二冲程发动机上配置的点火电路工作原理图，图2针对转速示意地绘出上死点前的点火时刻，以废/曲轴转角表示。
具体实施例方式
图1中示意地绘出的点火电路是配置在一台内燃机1上的，该内燃机可以设计为扫气式发动机、分层给气发动机、按WO 00/11334的CWI发动机或其它同类发动机。这类内燃机1可作为驱动马达用在一种手工操作的机具上如修剪树篱用大剪刀机、电动链锯、自由切割机等上。内燃机1在所示的实施例中是一个特定空气冷却的二冲程发动机，并通过一个离心式离合器1a驱动一个在图中未详细示出的机具。
内燃机1具有一个带有一个安置在其中的汽化器和一个节气门4的进气管5，该节气门可经过一个拉杆6由一节气门杆9进行操作，借以改变发动机转速。在所示的空转位置上，节气门杆9在一弹簧8的作用下贴靠在一止挡7上。
在内燃机1的汽缸3中安置了一个可往复运行的活塞10，该活塞经过一个在图中未详细示出的连杆而驱动一个曲轴13。活塞10有一个上止点OT，该止点也称为上死点；与此相应，下止点UT称为下死点。当活塞10从上死点OT运行到下死点UT并返回到上死点OT时，曲轴13便正好旋转一次。随同内燃机1的曲轴13，旋转着一个脉冲发送器轮11，该脉冲发送器轮的设置在其外圆周上的标记在一附属的转速传感器12中产生脉冲，这些脉冲作为转速信息信号被输送给一个装置15以用于控制点火时刻。脉冲发送器轮11上的标记最好是如此布置的使得至少曲轴每旋转一次，就在转速传感器12中产生一个表征曲轴位置的信号，装置15由此便可识别出曲轴13的实际位置。因此，标记可以按不同的间距布置在脉冲发送器轮11的外圆周上，从而可以从脉冲的间距在转速传感器12的输出端求得曲轴的角位置。
为了确定内燃机的实际转速n，最好只处理这样一些脉冲信号，即经过的曲轴圆周在从下死点UT前的45°KW(曲轴转角)至下死点UT后的45°KW的范围内由传感器12发出的脉冲信号。按这种方式，便可选择由于压缩而产生的延迟和由于点火而产生的转速加速。
作为电子电路设计的装置15最好具有一个微处理器，该微处理器对转速传感器12的信号进行处理，并相应地控制一个开关14，特别是一个晶体三极管或一个可控硅整流器，以便向一个安置在内燃机1的汽缸3中的火花塞2输送为产生一个在汽缸的燃烧室中放出的点火火花所需的能量，此能量是由一电压源16提供的。
微处理器与一存储器17相连，存储在此存储器中的主要是图2中所示的针对转速n的点火时刻ZZP曲线。还有其它的参数可存储在存储器17中，这些参数对于内燃机的某些工作阶段来说在计算点火时刻ZZP时都是需要的。
如从图2中可以明显看出的，点火时刻曲线的第一支线A是如此设置的，使得点火时刻ZZP随着转速n不断上升而总是提早调整。在所示的实施例中，在大约1000转的转速条件下，点火时刻大约是在上死点OT之前20°曲轴转角时。随着转速n不断上升直到系统起动的转速20为大约8500转，点火时刻ZZP总是朝提早方向移动，也就是说，在1000转条件下从上死点OT之前的20°曲轴转角直到8500转条件下上死点OT之前的大约35°曲轴转角。支线A上点火时刻曲线的其它上升可能都是适当的；调整范围最好是大约30°曲轴转角。
在系统起动的转速20、亦可称为起动转速20之上的是最高转速21，此最高转速在所示的实施例中例如可设定在大约9000转/分钟。在这一窄的约为500转/分的转速范围内，点火时刻曲线按特性曲线B极急剧地下降，于此给出一个狭窄的转速误差。在所示的实施例中，点火时刻从8500转条件下的上死点OT之前的大约35°曲轴转角一直调整到9000转条件下的上死点OT之前的大约5°曲轴转角。在此，如此选择最高转速21范围内的点火时刻ZZP，使得内燃机1的发动机功率下降到一个预定的数值，该数值大致对用于驱动由内燃机驱动的工具的摩擦功率是必要的。
系统起动的转速20(起动转速)是参照点火装置的设计和/或点火时刻曲线选择的。起动转速20最好在这样一个转速范围内，在此转速条件下实际点火时放慢ZZP[上死点OT之前的曲轴转角°]减去最大功率的点火时刻[上死点之前的曲轴转角°]的差值首次大于10°曲轴转角。为了起动转速的定义起见，也可以用由改变以曲轴转角度表示的点火时刻对于以转/分钟表示的改变转速所得之商来说明。若这个商首次大于5°/100转/分，则根据定义起动转速便在这个范围内。
按陡的特性曲线B所示的点火时刻曲线具有下述效应在油门全开和没有负荷情况下若内燃机运转超出起动转速20，点火时刻调整即行进行，并将点火时刻ZZP一直调整到上死点OT之前的几度曲轴转角。这样，内燃机的功率急剧下降，使得为了驱动有关工具而须克服的摩擦功率与内燃机的功率处于平衡状态。内燃机的转速被调节到实施例中的9000转/分钟的最高转速。
如果由于所接受的工作而将工具制动在工件上，则内燃机的转速降低，该内燃机由用于控制点火时刻的装置15经过转速传感器12加以定位。点火时刻ZZP立即沿提早方向加以调整。基于特性曲线B或B’所示支线的陡度，内燃机1迅速再次处于其功率范围中，使点火时刻ZZP达到上死点OT之前的35°曲轴转角，从而可以立即利用有关工具进行工作。
由于内燃机1的功率在上死点OT之前10°至上死点OT的点火时刻ZZP范围内强烈地对点火时刻ZZP的改变做出反应，所以绘出的不是如图2所示的陡的略呈直线的特性曲线B，而最好是如图2中以虚线绘出的非直线的特性曲线B’。为了获得动态效应，按上述特性曲线B’，可得出一个超过最高转速21’的超额转速。在此，在最高转速21’范围内调定的处于上死点OT范围内的点火时刻，在超额转速范围内即对于最高转速21’以上的转速带Z，基本上是保持不变的。转速带Z最好包含一个从零至大约1000转/分的转速范围。
根据本发明的方法的优点在于即使在内燃机的调节范围内，废气值也明显优于采用已知方法所得的废气值。由于设计结构简单，还可经过一个开关18、键控器等来手工调整ZZP点火时刻曲线，例如可将特性曲线B向左推移例如1500转/分。这一情况导致的结果是起动转速20例如降低1500转/分而达到7000转/分，最好最高转速也相应地降到7500转/分。在这个开关位置上，内燃机例如可以在对噪声敏感的区域中运行。经过开关18转换到这样一个点火时刻曲线也是有利的，该点火时刻曲线总的说来是对低的噪声产生而加以调谐的。也可以配置一个调控器用于无级调节，以代替开关18。
权利要求
1.用于限制内燃机的最高转速的方法，特别是用于限制手工操作的机具如修剪树篱用大剪刀机、电动链锯、自由切割机等上的二冲程发动机的最高转速的方法，其中，内燃机(1)驱动一个工具；并配有一个用于控制一个往复运行的活塞(10)的在上死点(OT)之前的曲轴转角范围内的点火时刻(ZZP)的装置(15)；其中，在起动转速(20)之上进行点火，以便将转速保持在最高转速(21)以下，其特征在于在介于起动转速(20)和最高转速(21)之间的范围内，点火时刻(ZZP)朝活塞(10)的上死点(OT)方面如此推移，使得接近最高转速(21)时，点火时刻(ZZP)靠近上死点(OT)，发动机功率降低到一个预定的数值，该数值大致相当于为工具驱动所需的摩擦功率。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于点火时刻曲线(B’)具有一条非直线性的曲线。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于被调定在最高转速(21’)范围内的、处于上死点(OT)范围中的点火时刻对于在最高转速(21’)以上的转速带(Z)基本上是保持不变的。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于转速带(Z)包含一个从零至大约1000转/分的转速范围。
5.按权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于起动转速(20)处于这样一个转速范围中，在此转速范围内由以曲轴转角度表示的点火时刻的变化对于以转/分表示的转速的变化所求得的商大于0.05。
6.按权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于介于起动转速(20)和最高转速(21)之间的转速范围大致为150至1500转/分，最好约为500转/分。
7.按权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于介于起动转速(20)和最高转速(21)之间的点火时刻(ZZP)按大约20°至35°曲轴转角(KW)最好按30°曲轴转角(KW)朝活塞(10)的上死点(OT)方面加以调整。
8.按权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于曲轴转角(KW)接近最高转速时约为在上死点(OT)之前5°。
9.按权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于该发动机是一种扫气式发动机，最好具有分层扫气；或者是一种具有另一种强分层给气工艺的发动机。
10.按权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于点火时刻曲线(ZZP)是可以由使用者转换，使得在转换之后起动转速(20)、最好是最高转速(21)都会降低。
全文摘要
本发明涉及一种用于限制手工操作的机具如修剪树篱用大剪刀机上的二冲程发动机的最高转速的方法。经过一个用于控制一个往复运行的活塞(10)的上死点(OT)之前曲轴转角范围内的点火时刻的控制装置(15)，可在起动转速(20)以上进行点火，以便将转速保持在最高转速(21)以下。为了在良好的废气值条件下保证快速执行调节，做了如下设定在介于起动转速和最高转速之间的范围内，将点火时刻(ZZP)如此朝活塞的上死点方向进行推移，使得在接近最高转速时，点火时刻靠近活塞的上死点，发动机功率降低到一个预定的数值，该数值大致相当于工具的驱动所需的摩擦功率。
文档编号F02P11/02GK1477306SQ03133079
公开日2004年2月25日 申请日期2003年7月24日 优先权日2002年7月24日
发明者K·盖尔, K 盖尔, H·罗斯坎普, 箍财 申请人:安德烈亚斯·斯蒂尔两合公司, 安德烈亚斯 斯蒂尔两合公司