专利名称：用于发动机速度限制的独立正时延迟的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及用于操作内燃机的方法和系统，尤其是用于通过抑制发动机点火和控制发动机点火正时而调节发动机速度的方法和系统。
背景技术：
许多内燃机使用用于调节发动机速度的各种方法和系统，以便避免发动机超速状态。当发动机以高速运转时，例如节气门全开，以及当某些工作负荷突然从发动机移走时，例如当用发动机作动力的链锯的刀刃最终切断它正在切割的木头时，发动机超速发生。在用于调节发动机速度的选择中，一些发动机设计合并了燃料溢出，点火正时延迟，或者点火抑制。
在这些选择的任何一个中，火花点火发动机循环包括压缩行程，其中活塞在发动机燃烧室内压缩空气-燃料混合物，所述燃烧室由发动机气缸和活塞的顶面限定。循环也包括点火事件，其中火花塞点燃被压缩的空气-燃料混合物，典型地当活塞上升到相对于气缸内的“上止点”(top dead center，TDC)位置的预定点时。点火事件发起燃烧事件，其中空气-燃料混合物的化学能被转化为热能。随后，在循环的作功行程过程中，热能被转化为机械功，其中燃烧事件快速使气体容积膨胀，增加燃烧室内的压力，因而迫使活塞向下运动远离TDC。因此，活塞在作功行程中的线性位移通过可枢转的连杆被转化为曲轴的旋转。
点火事件的正时在内燃机的性能中是非常重要的方面，涉及火花塞点火相对于活塞在气缸内参考TDC的位置如何提前或延迟。因为在点火和峰值燃烧之间有轻微的延迟，如果当活塞位于TDC时点火发生，则在燃烧气体达到其最高有用的压力之前活塞将已经向下移动到其作功行程。因而，为了最有效地利用燃料的化学能，点火应该发生在活塞压缩行程中活塞到达TDC之前。但是活塞的速度与发动机的整体速度一起增加，即使燃烧时间大约为常数。因而，发动机速度越快，相对于活塞的TDC位置点火需要发生得越早，以便确定为实现最佳发动机性能得最大燃烧压力水平。
例如，当发动机在相对高的速度下运转时，希望在活塞到达TDC之前充分开始燃烧，以致峰值燃烧压力在活塞到达TDC之后立即出现，以便实现最高的性能和效率。这种事件通常被称为点火正时提前。相反，如果工作在相对低的速度下运转时，希望当活塞接近TDC时例如稍微在TDC之前或者稍微在TDC之后开始燃烧。而且，只要正时被调整得朝着活塞压缩位置相对远离TDC，也就是在上止点之前(BTDC)，点火正时就是“已提前”或者“提前中”。相反，只要正时沿着通常由相对从BTDC朝着ATDC前进限定的方向调整，点火正时就是“已延迟”或者“延迟中”。
根据以上提及的几种选择，发动机超速是在超过预定高速阈值的发动机循环中可被调节的状态。根据第一选择，空气-燃料混合物被加浓以便使燃料溢出燃烧室，从而部分或者全部压制点火。一旦发动机速度下降到可接受的水平，空气-燃料混合物就被正常化。但是，不幸的是，这种方法很难控制，产生增加的从发动机排出的未然烧的燃料排放。根据第二选择，在所有的超速发动机循环中点火正时被延迟到接近TDC，直到发动机速度下降到可接受的水平。但是这种方法典型地发生在不可接受的多个发动机循环中，产生发动机的低效率和高排气温度，这可损害发动机的多个部件。
根据第三选择，在超速发动机循环中点火被抑制，例如通过间歇点火或者点火中止。一旦发动机速度下降到可接受的水平，点火就被正常化或者被恢复。但是，同时越来越多的燃料趋向于累积在燃烧室中，一旦恢复点火，燃烧趋向于因累积的燃料而被增强。这种燃烧产生不希望的燃烧室中压力峰值，其能损坏发动机部件，另外还造成不希望的噪音、振动、过量的发动机热量、高排气温度以及发动机运转中的粗暴。
总而言之，当前用于发动机速度限制和恢复的方法在燃料效率、发动机完整性、以及平稳的发动机运转方面还没有完全最优化。
发明内容
提供一种用于操作发动机的示例性方法和系统，其中根据参考发动机速度的预定正时时刻表致动发动机点火，在预定的发动机速度阈值之上发动机点火被抑制，以致发动机速度下降到低于预定的发动机速度阈值，此后，根据正时恢复发动机点火，所述正时相对于所述预定正时时刻表被延迟，用于预定数值的发动机转速，因而降低燃烧室最大压力中不希望的峰值。
根据本发明的另一个方面，提供用于控制发动机点火的另一个示例性方法和系统，其中指示发动机转速的信号被转化为发动机速度值。此后，发动机速度值与预定的发动机速度阈值比较，根据预定的正时时刻表生成正时提前信号。当发动机速度值超过预定的发动机速度阈值时，生成点火抑制信号以便使发动机速度能下降到低于预定的发动机速度阈值。此后，生成正时延迟信号，用于发动机的至少一个转速的至少一部分。
通过本发明的至少某些实施例实现的至少一些目的、特征和优势包括提供一种点火方法和系统，其很容易适应各种发动机应用，尤其非常适合轻型发动机；包括用于限制具有潜在危害的发动机超速操作的装置，还趋向于不产生发动机排放的过量未燃烧燃料，或者过度的排气温度，或者不希望的具有潜在危害的燃烧室压力峰值；增加发动机在使用中的使用寿命；另外相对简单的设计和相对经济的制造和装配，可靠且在使用中具有长的使用寿命。
当然，对本领域的技术人员而言考虑到该公开内容其它目的、特征和优势将会明晰。体系本发明的其它点火系统、发动机以及类似物可以或多或少实现已提及的目的、特征或优势。
本发明的这些和其它目的、特征和优势将会从下面对优选实施例和最佳模式的详细描述、后附的权利要求书和附图中变得明晰，其中图1根据本发明示例性实施例的发动机和控制系统的局部剖开半示意图；图2是图1的控制系统的电路示意图；图3显示图2的控制系统的操作步骤的流程图；图4是与图3所示的操作步骤一起使用的查找表的示例；图5是图1的发动机内燃烧室压力的压力曲线；以及图6是具有根据现有技术常规控制系统的发动机内燃烧室压力的压力曲线。
具体实施例方式
更详细地参考附图，图1阐述示例性信号生成或点火系统10，其与低成本、轻型内燃机1一起使用，例如典型地由手持或底面支撑的草地和花园设备使用的类型。这种设备包括链锯、修剪器、割草机以及类似物。点火系统10可根据纵多设计中的一个构造，其包括永磁性或者电容性放电设计，以致它与发动机飞轮12相互作用，通常包括控制系统14以及用于连接火花塞(未显示)的点火罩16。
飞轮12是重量盘状部件，其与发动机曲轴连接，因而在发动机11的动力下围绕轴线20旋转。通过利用其旋转惯性，飞轮12缓和发动机速度的波动，因而提供更加恒定和平稳的输出功率。飞轮12包括位于飞轮12的外圆周附件的磁铁或者磁性部分22。一旦飞轮12旋转，这些磁性部分22就快速旋转，与控制系统14的部件相互电磁作用，用于在这些部件之间传感发动机速度。发动机速度与发动机旋转频率同义，在点火正时控制的操作中起动重要作用，此处将会在下面解释。
控制系统14被特别放置在非常接近飞轮12的外圆周处，通常包括铁磁定子芯或者芯部(lamstack)30，其上缠绕有充电绕组32，主点火绕组34以及副点火绕组36。主和副绕组34、36基本限定升压变压器或者用于点燃火花塞的点火线圈。控制系统还包括电路38(如图2所示)，以及壳体40，其中电路38位于芯部30和各种绕组的远处。
当磁性部分22旋转越过芯部30时，磁场被引入芯部30，接着在各种绕组中感应出电压。例如，旋转的磁性部分22在充电绕组32中感应出电压信号，其指示在控制系统中发动机旋转的次数。该信号可被用于确定飞轮12和曲轴19以及因而发动机11的转速。最后，充电绕组32中感应的电压也用于为电路38(图2)提供动力，为点火放电电容器62(图2)充电。充电绕组32中产生的电路脉冲被用于给放电电容器62充电，一旦致动触发信号其随后就放电。为了在接收触发信号之前完全充满放电电容器62，飞轮12的磁铁优选地参考与曲轴19连接的发动机活塞的TDC位置根据预定调整角度计时，例如提前13°(BTDC)。一旦接收到触发信号，电容器62通过点火线圈的主绕组34放电以便在点火线圈的副绕组36中感应升压的高压，其足够引起穿过火花塞的火花隙的上万伏的火花，以便点燃发动机燃烧室内的燃料和空气混合物。与充电绕组32类似，主点火绕组34也被设计为沿圆周围绕芯部30大约几十圈，主要与副点火绕组36互相感应作用，副点火绕组也沿圆周围绕芯部30大约上万圈。
壳体40可由塑料制成，保护控制系统14的部件。安装孔44用于将点火系统10固定在适当的位置，以致芯部30和飞轮12的外圆周之间存在小的气隙46。气隙46应足够小以便允许足够的电磁耦合，但也应足够大以便解释部件中的公差变化，以致飞轮12不与芯部30物理接触。
点火罩16将控制系统14连接到火花塞47，通常包括延长的铜线连接器50和固定端52。连接器50沿着保护罩包围的电导体传导由控制系统14触发的高压点火脉冲。固定端52被设计为接收火花塞的终端，以致两个部件彼此物理固定，同时也处于电接触。
在正常的发动机运转中，在作功行程中发动机活塞的向下移动驱动连接(未显示)，依次，其使曲轴19旋转，曲轴使飞轮12旋转。当磁性部分22旋转越过芯部30时，磁场被建立，其在附近的充电绕组32中感应出电压，其被用于若干目的。首先，电压可被用于为控制系统14提供动力，包括电路38(如图2所示)的部件。其次，感应电压被用于充电主放电电容器62，其储存能量直到它被指示放电，在放电时刻电容器62放出它储存的能量穿过主点火绕组34。最后，在充电绕组32中感应的电压被用于产生发动机速度输入信号，其被提供给电路38的微控制器60。该发动机速度输入信号在本发明的点火正时操作中起到重要作用，它典型地只是被监视的运转参数，但是可以设想其它的运转参数也可被监视，例如温度、节流位置以及类似的。
微处理器60接收来自充电绕组32的发动机速度信号，执行基于该信号和发动机目前所处的特殊操作顺序的一连串指示。该一连串指示可被用于确定希望的点火正时提前或延迟。随后，微控制器60发射点火正时信号，其致使高压点火脉冲被发动到火花塞。
电路说明现在主要参考图2，控制系统14包括电路38，其作为示例性类型的电路，可被用于实现点火正时控制系统14。但是，在不脱离本发明范圈的情况下该电路38的许多变体都可作为选择使用。电路38与充电绕组32、主点火绕组34、以及优选的断火开关48互相作用，通常包括微控制器60，点火放电电容器62，和点火晶闸管64。
图2所示的微控制器60优选地为8针、4MHz的处理器，例如由Microchip有限公司生产的#12C509型号，其使用1024Kb的存储器以便存储用于点火正时的代码，也用于存储变量。但是也可使用任何其它理想的控制器、微控制器或者微处理器。微控制器60的针1通过电阻器和二极管与充电绕组32连接，以致充电绕组32中的感应电压被整流，为微控制器提供动力。同样，如前所述，当充电绕组32中被感应出电压，电流通过二极管70，充电点火放电电容器62，假定点火晶闸管64处于非传导状态。点火放电电容器62保持充电直到微控制器60改变晶闸管64的状态。微控制器的针5与充电绕组32连接，接收代表发动机速度的电子信号。微控制器使用该发动机速度信号以便选择特定的操作顺序，该选择影响希望的点火正时。针6与断火开关48连接，其起到手动清除的作用用于使发动机熄火。针7通过电阻器72与晶闸管64的门连接，从微处理器60发射控制晶闸管64状态的点火信号。当针7上的点火信号为低时，晶闸管64处于非传导状态，电容器62被允许充电。当点火信号为高时，晶闸管64处于传导状态，电容器62放电穿过主绕组34，因而致使在副绕组36上感应出点火脉冲，将其发动到火花塞47。因而，微控制器60通过控制晶闸管64的传导状态管理电容器62的放电。最后，针8为微控制器60提供地参考电压。
总结电路的操作，充电绕组32经历感应电压，感应电压充电点火放电电容器62，为微控制器60提供功力和发动机速度信号。微控制器60执行一连串指示，所示指示利用发动机速度信号确定是否需要点火提前或延迟，以及需要点火提前或延迟多少。接着微控制器60根据计算得到的点火正时在针7上输出点火信号，点火信号接通晶闸管64。一旦晶闸管64处于传导状态，就形成通过晶闸管64和主绕组34的电流路径，其用于储存在电容器62中的电荷。通过主绕组34放电的电流在副绕组36中感应出高压点火脉冲。该高压脉冲接着被输送给火花塞47，在此处它以弧形跨过其火花隙，因而点燃燃烧室中的空气-燃料填充物，从而开始燃烧过程。如果在任何时刻致动断火开关48，则微控制器60停止操作，固而防止点火系统14向发动机的燃烧室输送火花。
系统功能说明现在大体上参考图3和4，本发明的控制系统使用各种指示以便根据发动机速度和发动机特定的操作顺序计算点火正时。总正时值指示点火正时，其通过把点火正时提前值与基础时间值相加来确定，其可表示延迟正时值。提前值表示正常运转的点火正时，通常不受特定发动机操作顺序的影响。基础时间值时额外的正时值，其根据某个操作顺序确定，例如在此处以下公开的和/或美国专利申请公开号2003/0015175 A1中公开的操作顺序，其被分配给本代理人，因而此处其全文并入作为参考。因而，总正时值时提前值和基础时间值之和，典型地，可从45°BTDC变化到15°ATDC，依赖于在某些特定的状况下理想的发动机性能的要求。
现在主要参考图3，控制系统的整个操作100被显示为从发动机被最初起动，直到操作者接合断火开关以便关掉发动机。所示操作顺序是一组指示，类似于子程序，被设计为按照当前发动机状态控制点火正时。
在最初被起动之后，发动机点火正时由起动顺序102控制，其设计为使发动机起动，仅仅在发动机低转速下控制点火正时。因而，起动顺序102仅仅在发动机起动时使用，被公开在公开号为2003/0015175 A1的美国专利申请中。在起动顺序102之后，本发明的控制系统根据正常模式操作，直到某些情况，例如不寻常的发动机速度，致使操作转移到某些其它模式，其被设计为按照这些确定的情况操作发动机。例如，速度限制和恢复模式快速有效地使发动机速度返回到可接受的正常操作范围，同时不会排出过量未燃烧的燃料，也不会在不可接受的持续数值的发动机转速或循环上过度增加排气温度，也不会产生不希望的燃烧室最大压力峰值。
为了程序100的正常模式下的点火正时，微控制器60优选地使用正时查找表以便对照目前的发动机速度和预定的理想的正时值，从而确定提前值，同时将基础时间设置为零。尤其是，在程序100的步骤104中，微控制器对目前的发动机速度采样，存储目前的发动机速度，对每一个发动机转速都这样做。如前所述，发动机旋转次数可从发动机速度信号确定，反之亦然。因而，通过或者采样发动机速度信号或者采样发动机旋转计数器信号，并转化为发动机速度，两个参数都可得知。可作为选择的，本发明打算使用能更精细的测量转速或者发动机速度的手段。例如，单独的速度传感器(未显示)适合于传感飞轮或曲轴上的齿或类似物，也适合与微控制器通信。在任何一种情况下，本领域的普通技术人员都会意识到发动机速度作为在已知的一段时间内接收的发动机旋转脉冲的函数被确定，所述已知的一段时间由电容器、或者即使元件或者微处理器中的类似物、或者与微处理器相关联的类似物提供。
在程序100的步骤106中，发动机速度信号通过查找表被提及，所述查找表将给定的发动机速度和用于那些给定的发动机速度的优选点火正时联系起来。不同的发动机可使用不同查找表，因为每一个查找表为特定的发动机和应用而设计。无论无何，图4阐述一个示例性的正时查找表，其适合于与本发明给定的4冲程发动机一起使用。本发明也可用于2冲程发动机。正如所看到的，表包括发动机速度栏和正时参考栏，其中栏的每一行将优选点火正时值和当前发动机速度值联系起来。例如，一旦发动机已经达到8000转/分(RPM)及以上的高速操作范围，则从表中提取的正时值为25°BTDC。该参考特定发动机速度的正时值是前面部分讨论的提前值。表中的正时值优选地通过测试特定的发动机以产生最佳发动机性能来经验验证。换句话说，给定发动机速度下的正时值会随着不同的发动机设计和不同的理想性能标准而变化。仍然参考图3的步骤106，基础时间值设置为零，因而是总正时值(提前+基础时间)简单地等于提前值。在该示例中，总正时值将是25°+0°＝25°BTDC。
在步骤106之后是选择步骤108，其确定是否系统操作将进入速度限制模式。在程序100的步骤108中，微控制器比较当前发动机速度和预定的发动机速度阈值或者点火切断速度。如果在正常模式中曾经检测到发动机速度超过该预定速度或者高速阈值，则接着微控制器启动速度限制模式，下面将更加详细完整地阐述。
在步骤110中，作为速度限制模式的一部分，只要控制系统传感到超过一个或多个预定阈值的发动机速度，就执行点火抑制循环。特别是，微控制器在步骤110中产生点火抑制信号，其中点火在一个或多个预定发动机速度阈值之上被抑制。换句话说，微控制器不允许主放电电容器62的任何放电，以致点火线圈不会点燃火花塞。或者微控制器间歇地，或者另外最低限度地允许主放电电容器放电，以致点火线圈间歇地，或者另外最低限度地点燃火花塞。换句话说，点火操作被限制但没有被完全抑制，例如通过在交替的作功行程中产生点火火花。无论无何，发动机速度被允许下降到一个或过个预定阈值之下。
在步骤112中，恢复模式标志被设置为“n”，即预定的恢复转速的数值。任何理想的发动机转速数值都可被用于执行恢复模式。恢复模式标志在以后被用于比较该标志和在设置该标志后发动机的实际转速数值，下面将对此做出描述。
点火抑制循环一直重复，直到发动机下降到低于点火切断速度。在每一个循环中，微控制器从步骤112回退到步骤104，其中发动机速度被传感、读取，或者另外地由微控制器基于充电绕组脉冲、速度传感器脉冲或者其它确定。正如此处使用的术语传感、读取、确定及类似术语可互相交换使用，除传感或者读取步骤之外可包括计算或者变换步骤。微控制器再次前进到步骤106，其中正时提前值再次由最近的发动机速度数据通过图4的查找表计算。此后，在步骤108处，微控制器再次比较传感的发动机速度和预定阈值。如果在步骤108处，发动机速度仍然超过预定阈值，则过程返回步骤110以便重复点火抑制循环，其中恢复模式标志被再次设置到预定的理想的恢复转速数值“n”但是，如果在步骤108处发动机速度已经下降到低于预定阈值，则过程改为前进到步骤114。
在步骤114处，微控制器确定程序100是处于正常模式还是处于恢复模式。例如，微控制器监视恢复模式标志是被清除还是设置。如果被清楚且没有被设置，则程序100处于正常模式，如下所述前进到步骤124。如果确定恢复模式标志目前未被清除，而是已被设置，则程序100处于恢复模式，前进到步骤116。
在步骤116处，微控制器将恢复转速计数器增加1。该增加步骤用于确定是否在步骤118中退出恢复模式。
在步骤118中，微控制器确定恢复模式的状态，以便确定是继续恢复模式还是从恢复模式中退出。微控制器比较恢复转速计数器的值和恢复转速的预定数值。如果转速计数器的值等于恢复转速的预定数值，则程序100前进到步骤120，其中基础时间被重新设置为0，恢复模式标志被清除。因此，恢复模式从而被终结，程序100返回步骤124处的正常模式，如下所述。但是，如果在步骤118处恢复转速计数器的值小于恢复转速的预定数值，则程序100仍然处于恢复模式，继续前进到步骤122。
在步骤122处，微控制器计算恢复模式基础时间值，大致当在步骤108中确定发动机速度已经下降到低于预定阈值时在第一个发动机转速内生成正时延迟信号中使用该基础时间值。因此，发动机点火基于预定点火正时延迟时间表或值被恢复活动。术语“大致当”意味着在可接受的微控制器动作的时间内存在优选地某个预定时间容限，作为一个示例，例如在大约0到10毫秒之内。但是可以想到可使用任何一个合适的时间容限。而且，术语“时间表”应被广泛地理解为任何列表、电子数据表、指示、查找表、公式、值或者类似物。
在恢复模式中，程序100使用正时延迟以便在速度限制模式的点火抑制循环停止之后获得第一预定数量的燃烧事件的控制。优选地，发动机点火正时延迟仅用于点火抑制终结之后的第一燃烧事件，但是延迟可用于任何希望数量的燃烧事件。例如，本发明优选示例性实现打算将点火正时从大约8,500RPM下的25°BTDC延迟到仅仅5°BTDC，用于在发动机速度下降到约8,500RPM之下后在第一转速过程中的燃烧事件。但是，可作为选择地，可使用任何希望的正时延迟值。实际上，对任意给定的发动机设计和理想操作标准，最佳正时延迟值需要通过经验确定。
本发明的其它示例性实现打算基于基础时间相对当前恢复转速的可变时间表或者查找表延迟点火正时。例如，使用图4的示例性正时表，在大约8,500RPM的第一恢复转速过程中，基础时间值可被指定为最大数量例如-20°以便从25°BTDC的提前值产生5°BTDC的总正时值。在第二恢复转速过程中，基础时间值被调整为较小的数量例如-10°以便从25°BTDC的提前值产生15°BTDC的总正时值。同样，在第三恢复转速过程中，基础时间值被调整为更小的数量例如-5°以便从25°BTDC的提前值产生20°BTDC的总正时值。该过程可在任何预定数量的恢复转速上已任何希望的梯度实现。换句话说，基础时间值可以计算得到，可被设置为从恢复模式中的第一转速的最初延迟正时逐渐使发动机的点火正时退回或前进到提前值。在基础时间值被计算之后，程序100继续到步骤124。
在步骤124处，微控制器通过相加提前值和当前基础时间值确定总正时值，所述提前值在步骤106中使用查找表得到，所述当前基础时间值在步骤106和/或120中被设置为0，可从步骤122中计算得到。无论如何，程序100此后继续到步骤126。
在步骤126处，为控制器发送点火信号，以便根据在步骤124中得到的总正时值指引电容器62放电。在步骤126处致动或触发发动机点火之后，程序100继续到选择步骤128。
在步骤128处，微控制器检查是否操作者已经接合断火开关。如果断火开关接合，微控制器立即使发动机熄火，控制系统退出程序100。如果断火开关未接合，则控制返回发动机速度传感步骤104，其中恢复模式继续运行到步骤118直到恢复转速计数器等于由恢复模式标志指定的恢复转速预定理想数值。再次，在恢复模式停止的时刻，其中在步骤120中基础时间设置未0，恢复模式标志被清除。此后，程序回复到步骤124处的正常模式，其中基于图4的正时表的提前值计算点火正时。换句话说，微控制器根据预定正时时间表或表生成正时提前信号。点火和发动机操作因而返回正常，不要求手动重置开关的操作或者类似物。
图5阐述具有根据本发明示例性实施例的点火抑制和正时系统的发动机的压力曲线。对应数据采样点的以磅/平方英寸(pounds persquare inch，PSI)为单位的燃烧室压力被绘制成曲线，所述数据采样点根据每秒50,000个数据点的速率采样。图5描述发动机在大约8,500RPM的速度限制阈值下操作，没有负荷，执行根据上述的通用速度限制和恢复模式的点火正时。在没有火花的压缩行程中，例如在上面讨论的速度限制模式下，燃烧室经历低于大约150PSI的最大压力，如示例性压力CN’所示。在排气行程中，燃烧室压力下降到低于50PSI，如示例性压力EN’所示。在以上讨论的恢复模式下的作功行程中，其中正时相对延迟，燃烧室经历最大压力典型地被抑制在150PSI之下的稳定模式，如示例性压力Cs’所示。
但是，相反，图6显示具有根据现有技术的常规点火抑制和正时系统的发动机的压力曲线，其中最大压力峰值不被抑制。图6是对应数据采样点的以磅/平方英寸(pounds per square inch，PSI)为单位的燃烧室压力的曲线，所述数据采样点根据每秒50,000个数据点的速率采样，该曲线描述发动机在大约8,500RPM的速度限制阈值下操作，没有负荷，根据正常操作参考正时表，具有提前到25°BTDC的点火正时。在没有火花的压缩行程中，例如在速度限制模式下，燃烧室承受低于大约150PSI的压力，如压力CN示例。在排气行程中，燃烧室压力下降到低于50PSI，如压力EN示例。但是，在没有火花的限制速度压缩行程之后的具有火花的作功行程中，燃烧室经历压力峰值分布在大约340至400PSI范围的不稳定模式，如400PSI处的压力峰值Cs示例。这是因为，在没有火花的限制速度压缩行程中燃料已经累积在燃烧室中，一旦根据正常正时恢复点火，燃烧固累积的燃料和25°BTDC提前正时的组合而增强。这种燃烧产生燃烧室中不希望的压力峰值，其可损坏发动机部件，另外引起不希望的噪音、振动、过量的发动机热量、高排气温度，以及发动机操作中的粗暴性。
因此，上述示例性发动机和点火系统以及方法包括用于限制发动机超速操作的设备，还产生燃烧室最大压力数量的降低，以及燃烧室最大压力之间较大变化的降低。因此，因过量压力峰值引起的周期性疲劳带来的发动机损坏被大幅降低，实质上被消除，发动机寿命增加。类似，发动机的最大噪音、振动和粗暴性被显著降低。而且，没有过量的未燃烧燃料从发动机中排出，排气也没有过高的温度。
尽管此处公开的本发明形式组成了目前的优选实施例，但是许多其它形式是可能的。例如，本领域的普通技术人员会意识到本发明很容易适应与任何内燃机使用，不局限于两冲程和四冲程火花点火发动机。此处并不打算提及本发明所有可能等同的形式或衍生。可以理解此处使用的术语仅是描述性的，而非限制性的，在不脱离由后附权利要求书限定的本发明的实质和范围的情况下可做出多种改变。
权利要求
1.一种用于轻型燃烧式发动机的点火控制系统，所述系统包括发动机速度传感装置，以及电子处理装置，其与所述发动机传感装置连接以便从所述发动机传感装置接收指示发动机速度的信号，所述电子处理装置使用预定的正时时刻表以便基于其生成正时提前信号，当所述发动机速度超过至少一个预定的发动机速度阈值时，所述电子处理装置生成点火抑制信号，大致当所述发动机速度下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值时，所述电子处理装置生成正时延迟信号用于至少一个转速的至少一部分。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述正时延迟信号被提供，以便延迟用于发生在发动机速度已经下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值之后的至少第一点火燃烧事件的正时。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，大致当所述发动机速度下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值时，所述电子处理装置根据正时生成用于恢复所述发动机的点火的信号，所述正时相对于所述预定正时时刻表被延迟，用于所述发动机的至少一个转速的至少一部分。
4.一种操作发动机的方法，其包括以下步骤确定发动机速度；根据参考所述确定的发动机速度的预定正时时刻表启动所述发动机的点火；在至少一个预定的发动机速度阈值之上抑制所述发动机的点火，以便允许所述发动机速度下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值；以及大致当所述发动机速度下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值时，根据正时恢复所述发动机的点火，所述正时相对于所述预定正时时刻表被延迟，用于所述发动机的至少一个转速的至少一部分。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢复步骤在所述发动机的一个转速上执行。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢复步骤在所述发动机的若干转速上执行。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述恢复步骤包括所述发动机的恢复点火，以便朝着所述预定正时时刻表逐渐提前所述正时。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动步骤包括使用所述预定正时时刻表的预定提前值计算总正时。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述启动步骤包括的所述预定正时时刻表是查找表，其将发动机速度和所述预定提前值联系在一起。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述恢复步骤包括在所述预定提前值上增加延迟正时值，以便确定所述正时，其相对于所述预定的正时时刻表被延迟。
11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢复步骤延迟用于发生在发动机速度已经下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值之后的至少第一点火燃烧事件的正时。
12.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述恢复点火步骤包括生成正时信号，其能在所述发动机的所述若干转速上变化，以便朝着所述预定正时时刻表逐渐提前所述正时。
全文摘要
一种用于操作发动机的方法和系统，其中根据参考发动机速度的预定正时时刻表致动发动机点火，在预定的发动机速度阈值之上点火被抑制以便允许发动机速度下降到低于预定的发动机速度阈值。此后，大致当所述发动机速度下降到低于所述至少一个预定的发动机速度阈值时，根据正时恢复点火，所述正时相对于所述预定正时时刻表被延迟，用于预定数值的发动机转速，因而降低燃烧室最大压力中不希望的峰值。
文档编号F02P5/15GK1755100SQ200510107108
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者M·N·安德逊, G·M·帕图洛 申请人:沃尔布罗发动机使用有限责任公司