本专利申请要求提交于2015年11月24日的先前提交的美国临时专利申请、序号no.62/259453的利益，该申请通过引用以其整体并入本文中。
本公开大体上涉及内燃机，且更具体地，涉及带有为小型发动机供给燃料与空气的混合物的化油器或其它装置的节流阀位置的远程传感器的控制系统。
背景技术：
使用小型内燃机来为各种不同的产品，例如，链锯、吹叶机、割草机、修边器、杂草修剪器等，提供动力。这些发动机中的许多发动机是单缸二冲程或四冲程汽油动力内燃机，其具有带有节流阀的化油器或其它装置，该节流阀控制供给至操作的发动机的燃料与空气的混合物。这些产品中的许多产品具有远离节流阀的可手动地移动的节流杆或触发器，其控制节流阀的打开和关闭，并且，在非常接近处，熄火开关通过两个端子和两个线而连接至点火控制模块，以致通常断开的熄火开关的闭合导致点火模块终止为发动机的火花塞供给电流，且因而使发动机的操作停止。典型地，这些发动机不具有用于为火花塞供给电流的单独的电池，而代之利用带有安装于飞轮上的磁铁的磁电机系统，以为模块的电容性放电点火系统发电，该点火系统典型地还在供给至火花塞的高电位电压下，变更以及控制电流的点火正时。典型地，利用自动再次盘绕绳索起动器手动地用曲柄启动这些发动机。
对于许多发动机控制系统，将为理想的是，出于各种各样的目的中的一个或多个目的，在节流阀位于其节流部大开(wot)位置附近或在该位置处时感测，这些目的包括但不限于：开始混合物中的燃料与空气的比的自动调整或自调整；当操作人员使节流阀从迅速怠速(idel)或怠速前进至节流部大开(wot)位置时，取消离心式离合器接合限制器特征；开始主动的发动机加速，例如，通过使点火正时提前和/或供给至发动机的燃料与空气的混合物的燃料增浓；启动从wot至怠速的发动机快速降速增强，例如，通过延迟点火正时和减稀燃料与空气的混合物中的燃料；等。
技术实现要素：
在至少一些实现方案中，电气开关可以位于远离发动机节流阀的位置处(例如，手持式产品的控制手柄中)，当触发器移动至其wot位置附近或该位置处时，电气开关将例如通过由控制手柄承载的节流杆或触发器的移动而改变状态。在至少一些实现方案中，该电气开关及相关的电路系统可以使用被常规的熄火开关利用于使发动机的操作停止的相同的两个线。在至少一些实现方案中，节流部位置和熄火开关两者都可位于相同的壳体中，并且，可使用相同的端子来与该相同的两个线连接，以将两个开关都与发动机点火控制模块的微控制器连接。
在至少一些实现方案中，用于具有节流杆的远程触发器的火花点火式发动机的控制模块可以包括：微控制器，其对空气与燃料的混合物的火花引发的燃烧进行控制；发动机熄火开关，其远离发动机，并且，当被手动地促动以改变其成对的接触件的状态时，通过成对的线中的一个线而连接至微控制器，以使发动机操作停止；以及节流杆位置传感开关，其远离发动机节流阀，并且，通过同一对的线中的另一个线而连接至微控制器，从而以信号指示触发器何时移动至其节流部大开位置附近或该位置处。
附图说明
将参考附图而阐明优选的实施例和最佳模式的以下详述，其中：
图1为实施本发明的杂草修剪器的透视局部图；
图2为图1的修剪器的将一些壳体去除的局部透视图；
图3为远程的组合的熄火开关和节流部位置传感开关组件及相关的传感开关促动器线以及在其怠速位置处的可手动地促动的节流杆或触发器的放大图；
图4为远程的组合的熄火开关和节流部位置传感开关组件及相关的传感开关促动器线以及在其大开位置处的可手动地促动的节流杆或触发器的放大图；
图5为在其断开位置处的组合的开关组件的熄火开关部分的放大截面侧视图；
图6为在其闭合位置处的组合的开关组件的熄火开关部分的放大截面侧视图；
图7为组合的开关组件的熄火开关部分的摇杆式按钮的放大侧视图；
图8为在图7的线8-8上取得的摇杆式按钮的放大底视图；
图9为在图8的线9-9上取得的截面图；
图10为在图8的线10-10上取得的截面图；
图11为在图5的线11-11上取得的截面图；
图12为显示节流部位置传感开关部分的组合的开关组件的另一侧的放大截面图；
图13为在图12的线13-13上取得的组合的开关组件的底视图；
图14为线连杆的放大局部侧视图，当位于其节流部大开位置附近或该位置处时，该线连杆将节流部位置开关与修剪器的节流杆或触发器连接；
图15为线连杆的放大侧视图；
图16为线连杆的顶视图；
图17为图示电容器放电点火(cdi)系统、控制模块以及开关组件的示意图；并且，
图18为模块和组合的开关组件的电路系统的示意图。
具体实施方式
图1和图2图示了为杂草线式修剪器20的形式的手持式动力工具或产品，其由小型或轻型内燃机22提供动力。典型地，该发动机是轻型单缸二冲程或四冲程汽油动力型内燃机。在此发动机中，将单个活塞可滑动地接收，以便在汽缸中往复运动，并且，通过拉杆而连接至曲轴24，曲轴24附接至飞轮26。典型地，该发动机具有电容性放电点火系统(cdi)模块28，其用于将高压点火脉冲供给到火花塞30，以便在发动机汽缸燃烧室中使空气与燃料的混合物点火。该模块响应于改变发动机操作条件而相对于活塞的上止点位置变更以及控制点火正时。
典型地，该发动机不具有为火花塞供给电流或为典型地包括微控制器的控制模块供电的任何电池。典型地，利用自动再次盘绕绳索起动器手动地用曲柄启动该发动机。
该发动机典型地具有带有节流阀的化油器，从而控制空气与燃料的混合物的供给，以启动和操作发动机。作为化油器的替代，一些发动机可具有空气入口，空气入口具有对进入发动机中的空气流进行控制的节流阀和将燃料喷射至空气流中或直接地喷射至内燃机的汽缸中的燃料喷射器或其它装置。该燃料喷射器或其它装置由模块的电路系统控制，以对于变化的发动机操作条件供给期望的量的燃料。
术语“轻型燃烧发动机”广义地包括在各种装置或产品(包括草坪及花园装备、割草机、吹雪机、私人船艇、船舶、雪地机动车、摩托车、所有的地面运动车辆)和各种各样的手持式动力工具(包括杂草修剪器、修边器、链锯、鼓风机、吹叶机)等中使用的所有类型的非汽车燃烧发动机(包括二冲程和四冲程汽油动力型发动机)。
如图1和图2中所示出的，发动机具有化油器32，化油器32具有节流阀34—典型地为旋转筒形或蝶形阀，节流阀34通过鲍登线36连接至可手动地操作的节流杆38，节流杆38枢轴安装40于修剪器的手柄壳体42中。节流杆具有从手柄壳体向外延伸的可手动地接合的触发器44和相对于枢轴40而大体上径向地延伸、且优选地与触发器44大约成直角地延伸的臂46。在其远端处，该臂具有大体上轴向地延伸的卡爪48，卡爪48可与安全释放闩锁52上的挡块50可释放地接合，安全释放闩锁52靠近其在手柄壳体中的另一端枢轴安装于枢轴线54上，枢轴线54优选地与节流杆38的枢轴线40平行。安全闩锁52将节流杆38保持于其怠速位置处(图3)，直到将安全闩锁手动地压下，以使其挡块50从卡爪48脱离，从而许可手动地移动触发器44，且因而，将节流杆38从其怠速位置移向并移到其节流部大开(wot)位置(图4)，以移动柔性鲍登线缆组件36的线56，从而将化油器节流阀34从其怠速位置朝向其大开位置移动，且移动至其大开位置。安全闩锁38由板簧58可缩地偏置到其闩锁位置。
根据本发明的特征，双开关组件60具有节流杆位置传感开关62和发动机熄火开关64，优选地(但不一定)，两者在相同的壳体66中。优选地，壳体66安装于手柄壳体中的与常规的发动机熄火开关相同的位置68处。该双开关组件60具有两个优选为铲形的连接器端子70、72，其中的一个连接至地线74，而另一个连接至模块通信线76，这是出于如下的目的：当节流杆38位于其wot位置附近或其wot位置处时，通过这些线而将一个信号发送至模块28，并且，当操作人员手动地促动熄火开关64的摇杆式按钮78以使发动机的操作停止时，发送另一信号来使发动机熄火。在现有技术的修剪器等中，手动地促动的常规的摇杆式开关仅提供信号，以典型地由控制电路微控制器使操作的发动机熄火或停止，控制电路微控制器使对火花塞的高电位电压的施加中断或停止，从而其不会使发动机汽缸中的任何空气与燃料的混合物点火。开关壳体68不导电，且电绝缘，并且可为塑料壳体。
如图5和图6中所示出的，开关组件60具有成对的间隔开的导电柱80、82，其固定于开关壳体的底壁86中，并且，靠近一端而突伸至该壳体中的袋部88中，以提供成对的间隔开的接触件90、92，且靠近另一端而向壳体外部伸出，以提供成对的间隔开的端子70、72(例如，铲形端子)，各个端子例如通过推进式阴性铲形电连接器94、96连接至线74、76中的单独的一个线。可手动地移动的摇杆式按钮78枢轴安装于壳体中，以围绕其枢轴98转动或摇摆。导电连接棒100通过按钮接收于槽102中，并且，具有伸出凸部104，其可滑动地接收在摇杆式按钮中的间隔开的盲槽106中。连接棒100能够围绕可滑动地接收于摇杆式按钮中的盲孔109(图11)中的枢轴销108摇摆，并且，可缩地由弹簧110偏置成与连接棒接触，且朝向槽的远端和摇杆式按钮的底部偏置。如图8和图11中所示出的，在组件中，摇杆式按钮中的凹陷部112可滑动地接收于开关壳体的导向肋114上，并且，可缩地偏置到断开位置(在图5中示出)，在该断开位置处，连接棒不接合接触件90、92中的至少一个或两者，且因而，在断开条件下，熄火开关通过弹簧116而接收于摇杆式按钮的盲袋部118中，且支承在导向肋114的一部分上。当摇杆式按钮的从壳体向外伸出的部分被手动地压下时，按钮如图5和图6中所示出地顺时针地从第一位置(图5)而枢转至第二位置(图6)，这会使得连接棒移动成与接触件90、92两者都接合，以使开关闭合达摇杆式按钮被手动地压下相同的时长，并且在被放开时，弹簧100使摇杆式按钮返回至第一位置，在第一位置处，连接棒从接触件中的至少一个接触件脱离，从而使开关断开，如图5中所示。
如图12和图13中所示出的，节流杆位置传感开关62具有两个间隔开的导电端接(stub)端子120、122，导电端接端子120、122延伸通过壳体66的底壁86，并且，在一端处，设置间隔开的接触件124、126，且靠近另一端设置线连接器128、130。大体上t状的部件132具有跨越接触件之间的距离以便与接触件接合的导电连接棒134，和细长的促动支柱136，其通过壳体而可滑动地接收于槽138中，从壳体的底壁86向外伸出，并且，靠近其端部具有通孔140，通孔140用于将线连杆142连接至促动支柱。连接棒134可缩地由弹簧144偏置而离开接触件，该弹簧144包围支柱，且接收于连接棒与壳体之间。如图13中所示出的，端接端子122中的一个，且因而其接触件126，通过线146而电连接至接地铲形端子70，而另一端接端子120及其接触件124通过电阻器148电连接至另一铲形端子72。当连接棒134将这些接触件接合且电互连时，通过铲形端子70、72和线74、76而产生电信号，该电信号指示节流杆38位于其wot位置附近或其wot位置处，且因而化油器32的节流阀34位于其wot位置附近或其wot位置处。
如图3、图4和图14中所示出的，通过线连杆142而连接节流部位置传感开关62，以便将连接棒移动成与其接触件124、126接合，且因而移动至其闭合位置处，当其触发器44移动至其节流部大开位置附近或该位置处时，线连杆142构造且定位成由手动地促动的节流杆38的臂46上的卡爪48接合。如图15和图16中所示出的，线连杆靠近一端而具有弯曲且回弯或偏移的部分150，在组件中，该部分150穿过促动支柱132中的孔140而插入，以提供连接到促动支柱的枢轴连接，并且，随着将其触发器44向其节流部大开位置手动地移动而使其触发器44接近该位置，线连杆靠近另一端而可通过钩部152被节流杆38上的卡爪48接合。为了适应由于尺寸公差而导致的变化，并且确保在节流部大开位置处传感开关连接棒134稳固地接合其接触件124、126，且因而将节流部位置传感开关62闭合，线连杆142包括形成于其端部之间的拉伸螺旋弹簧154，当节流杆38如图4和图14中所显示地位于其大开位置处时，该拉伸螺旋弹簧154被略微拉伸而张紧。
图17示意性地图示修剪器20的磁电机系统156、控制模块28以及双开关组件60。该磁电机系统包括永久磁铁元件160，其带有安装于飞轮26上的极靴162、164和永久磁铁166，使得当旋转时，随着磁铁元件经过模块28的附近的定子组件168，该磁电机系统在该定子组件168中感应磁通。
定子组件168可包括具有第一支柱172和第二支柱174(以相对较小的所测量的气隙与旋转的飞轮分离，该气隙可以是大约0.3mm)的铁心堆（lamstack）170、充电线圈绕组176、点火一次线圈绕组178以及二次线圈绕组180，它们可以全都环绕铁心堆（lamstack）的单个支柱缠绕。铁心堆（lamstack）170可为由一堆铁板制成的大体上u状的含铁电枢，并且，可以处于位于发动机上的模块壳体中。点火一次和二次线圈绕组178、180可以提供升压变压器，并且，如本领域技术人员所熟知的，一次绕组178可以具有相对较少的匝数的相对较厚规格的线，而二次点火线圈绕组180可以具有许多匝相对较细的线。一次和二次点火绕组之间的匝数比生成二次绕组中的高电压电位，其用来使发动机22的火花塞30点燃，以提供电弧或火花，且因此，使发动机燃烧室中的空气与燃料的混合物点火。
如图18中所示出的，充电线圈176以及点火一次和二次线圈178、180联接至控制模块28的点火及控制电路182。术语“联接”广义地包含两个或更多个电气构件、装置、电路等能够彼此电气通信的所有的方式；这包括但不限于直接电连接和经由中间构件、装置、电路等的连接。该电路182包括储能及点火放电电容器184、电子点火开关186(优选为例如可控硅整流器(scr)的晶闸管的形式)以及微控制器188。充电线圈176的一端通过二极管190而连接至点火电容器184。电阻器192可以与电容器并联联接。线圈的另一端通过二极管194而连接至电路地线196。在充电绕组176中感应的能量的大部分供给至电容器184，电容器184存储该能量，直到微控制器188将开关186改变成传导状态，以通过变压器的一次线圈178而对电容器184进行放电，这会在二次线圈180中感应高电压电位，该高电压电位施加至火花塞30，以提供引发燃烧的弧或火花。更具体地，当点火开关186“开启”(在这种情况下，变为传导)时，开关186为存储于点火放电电容器184上的能量提供放电路径。点火电容器184的该快速放电导致通过一次点火线圈178的电流的浪涌，这转而造成一次点火线圈中的迅速上升的电磁场。该迅速上升的电磁场在二次点火线圈180中感应高压点火脉冲。高压点火脉冲行进至火花塞30，假设火花塞30具有必要的电压，则其提供引发燃烧的弧或火花。可以代之而使用其它火花技术，包括反激技术。
微控制器188可包括存储器198，存储器198能够存储查找表、算法和/或代码，从而针对各种发动机操作速度和条件，关于汽缸中的活塞的上止点而确定以及变更发动机点火正时。在某些应用中，微控制器188还可以响应于各种发动机操作速度和条件，对供给至操作的发动机的汽缸的空气与燃料的混合物的燃料与空气的比进行变更和控制。可以如本领域技术人员所知那样使用各种微控制器或微处理器。合适的可在市场上买到的微控制器包括美国爱特梅尔公司的模型αττiνυ和美国微芯公司的模型12f。能够在美国专利7,546,846和7,448,358中找到微控制器如何能够实现点火正时系统的示例，这些专利的公开通过引用而合并于本文中。存储器198可以是可再编程或闪速eeprom(电可擦除可编程只读存储器)。在其它实例中，存储器198可以位于微控制器188的外部，并且联接至微控制器188。存储器198应当被广义地解释为包括其它类型的存储器，例如ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)或任何其它合适的非暂时性计算机可读介质。
如图18中所示出的，微控制器188包括八个插脚。微控制器的插脚8能够联接至电压源(vcc)，该电压源为微控制器供电。为了给该微控制器供电，电路182具有二极管200、电容器202、204、齐纳二极管206以及电阻器208和210，其在电路中电连接至电力线圈，且电连接至插脚8。在该示例中，插脚1是通过二极管212而连接至插脚8的复位插脚。插脚2经由电阻器214而联接至点火开关186的栅极，电阻器214在电路中与齐纳二极管216接线，并且，从微控制器188传输点火信号，该点火信号控制开关186的状态。当插脚2上的点火信号低时，点火开关186不传导，并且电容器184被允许充电。当点火信号高时，点火开关186传导，并且点火电容器184通过一次点火线圈178而放电，因而导致在二次点火线圈180中感应高压点火脉冲，且将该高压点火脉冲施加至火花塞30。因而，微控制器能够通过控制开关186的传导状态而管理电容器184的放电。
插脚3是未使用的通用输入或输出程序端口。插脚4是连接至电路地线的地线。
插脚6是信号输入，该信号输入经由电阻器218和220、齐纳二极管222以及电容器224而连接至充电绕组176，以接收电子信号，该电子信号表示其燃烧室中的发动机活塞通常相对于活塞的上止点(tdc)位置的位置。该信号能够被称为正时信号。微控制器188能够使用该正时信号来确定发动机速度(rpm)、相对于活塞(一个或多个)的tdc位置(通常来自查找表)的点火脉冲的正时以及是否启动点火脉冲，和在启动点火脉冲的情况下何时启动点火脉冲。
插脚7是输出信号插脚，该输出信号插脚通过电阻器226和228而连接至输入插脚5。因此，该插脚5不受火花塞30所产生的噪声和射频干扰(rfi)影响，插脚5还通过电容器230而连接至电路地线196。
在使用中，双开关60的铲形连接器端子70连接至电路的地线196。双开关的另一连接器铲形端子连接至第一电阻器226与第二电阻器228之间的接合点232。优选地，传感开关62中的第一电阻器226和电阻器148具有相同的电阻值，该电阻值在1至10千欧，理想地1至6千欧，且优选地1至4千欧的范围内。合乎需要地，第二电阻器228在2至2.5千欧的范围内，且优选2.2千欧。优选地，电容器230具有大约1毫微法拉的电容。
当发动机操作时，使微控制器188通电，以通过插脚6而接收信号，微控制器188根据该信号而确定发动机速度或rpm和活塞通常相对于上止点的位置。微控制器通过插脚3而控制scr开关186的状态，以对电容器184进行充电，且典型地，使用存储于存储器198中的查找表来确定点火正时，并且改变点火开关186的状态，以对电容器进行放电，从而在火花塞30的间隙中产生火花或弧，以开始发动机汽缸中的燃料与空气的燃料混合物的燃烧。当双开关60的开关62和64两者都断开时(如在图3和图18中示出)，微控制器188在插脚5上产生零伏和5伏的交变信号。当仅节流部位置传感开关62通过节流杆38而闭合时，由于其电阻器148以及第一电阻器226和第二电阻器228，基本上零伏和2.5伏的交变信号输入至插脚5，微控制器将该信号解释为化油器节流阀34位于其wot位置附近或其wot位置处。
当节流杆38从其wot位置返回至其部分节流或怠速位置时，节流部位置开关62断开，且只要熄火开关64断开，对微控制器插脚5的输入就再次为交变的零伏和5伏，并且，微控制器将此条件解释为意味着化油器节流阀34并非位于其大开位置处或大开位置附近。如果期望，则微控制器能够根据该条件改变和插脚6处的发动机速度输入信号确定发动机是否处于快速降速或减速模式，并且，如果发动机处于快速降速或减速模式，则开始减速序列，例如，改变点火正时且/或增加或减少供给至发动机汽缸的燃料。
每当熄火开关64闭合时，插脚5处的输入就为零伏，微控制器将此解释为如下的命令：关闭发动机，并且“开启”且“持续接通”点火开关186，以防止将另外的高电位电压脉冲供给至火花塞30，且因而使汽缸中的燃料混合物的点火终止，直到发动机停止或结束操作为止。
微控制器可以利用化油器节流阀位于其大开位置处的信号，这是出于各种各样的目的中的一个或更多个目的，这些目的包括但不限于：改变点火正时；开始发动机控制循环，以帮助使发动机从怠速或部分节流部操作状态加速至节流部大开操作状态，这可以包括使点火正时提前和/或使供给至发动机燃烧室的燃料与空气的混合物增浓；当操作人员使化油器节流阀从怠速或迅速怠速位置前进至wot位置时，取消离心式离合器接合限制器特征；启动从wot至怠速增强特征的发动机快速降速(例如，通过使点火正时延迟，且/或使空气与燃料的混合物减稀或增浓，或在快速降速的期间切断供给至发动机的燃料)；或出于其它发动机或产品控制目的，出于这些目的，理想的是得知化油器节流阀是否位于wot处或wot附近。
将相同的两个开关连接器端子连接至节流部位置传感开关和发动机熄火开关两者的接触件允许使用相同的两个线和连接器端子(在另外的情况下，对于常规的熄火开关，将单独地要求这两个线和连接器端子)，提供化油器节流阀何时位于其全开或wot位置处或其附近的低成本的传感。将节流部位置传感开关定位成远离化油器和发动机，例如，在手持式动力装置的控制手柄中，会提供清洁的环境，在该环境下，该传感开关未受尘埃、污垢、累积的燃料和/或油、发动机热量等影响。使节流部位置传感开关从发动机和化油器脱离且使该开关远离发动机隔开至少2’’通常防止该开关由操作的发动机过度加热。
节流部位置传感开关的远程定位消除了用于不同的发动机上的各种各样的不同化油器上的传感开关的安装(这样的传感开关的安装会要求许多不同的化油器安装位置和/或定位)。在共同的壳体中放置节流部位置开关和发动机熄火开关两者的所有的构件还降低了该双开关组件的成本，并且促进且简化了将该双开关组件安装于手持式工具的手柄中，因为开关壳体可构造成使得其不要求手柄安装开口，以及典型地，安装中的卡扣(在另外的情况下，卡扣将仅用于常规的发动机熄火开关)的任何改变。
虽然本文中所公开的本发明的形式构成目前优选的实施例，但许多其它实施例也是可行的。在本文中并不意图提到本发明的所有的可能的等效的形式或衍生。应理解到，本文中所使用的术语仅仅是描述性的，而不是限制性的，并且，在不背离本发明的实质或范围的情况下，可作出各种改变。