技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于在内燃发动机的燃料供应部分(诸如
化油器或燃料喷射系统)中调节内燃发动机的空气-燃料比率的方法，该燃料供应部分包括用于调节发动机的空气-燃料比率的装置(means)，发动机具有发动机速度和范围从零节流(zero throttle)至全节流的发动机节流。
背景技术
[0002] 在所有内燃发动机中(即，IC发动机)中，空气/燃料比率对于发动机的功能是最重要的。通常，空气/燃料比率被称为A/F比率，A和F分别表示空气和燃料。为了实现燃料消耗低、废气排放少、运行能
力优良且高效的令人满意的燃烧，A/F比率必须维持在相对窄的界限内。
[0003] 要保持IC发动机的废气排放较低的要求变得日渐严格。在
汽车发动机的情况中，这些要求已经导致了废气催化剂的使用并且导致了
定位在汽车排气系统中的
传感器和探针的使用，以控制A/F比率。
[0004] 然而，对于消费产品，诸如动力锯、
割草机以及类似的产品，由于安装的原因以及还由于成本-效率和操作-安全性的原因，难以使用这种技术。例如，在动力锯中，具有传感器和探针的系统会导致增大的尺寸和重量以及成本的剧烈增加，并且还可能引起操作安全性问题。另外，传感器或探针经常需要具有完全纯
氧的参照量(reference)，这在某些发动机(例如动力锯的
电动机)中是实际上不可能实现的情况。
[0005] 针对小IC发动机的CO排放的预期未来立法可能导致难以使用人工调节的化油器。假使在化油器的情况中能够实现制造公差，但通过使用化油器中的固定
喷嘴来满足这些法律要求并同时保证在空气-压力和
温度、不同的燃料
质量等所有组合的情况下都获得用户良好运行能力是不可能的。
[0006] EP 0 715 686 B1描述了一种不使用氧气传感器(λ探针)控制发动机A/F比率的方法。最初，A/F比率短时地(briefly)变化。这例如可以通过短时地对燃料供应进行节流或停止燃料供应来实现。关于该变化，测量多个发动机旋转次数(revolution time，转数)。转数与以如下方式选择的
发动机转速有关，即，发动机的至少一次旋转不受该变化的影响，优选地，其为充分早于A/F比率变化的发动机转速，A/F比率变化没有时间影响该发动机转速。进一步，以这样的方式来选择发动机的至少一个即将来临的旋转，即，这个即将来临的旋转受到短时A/F比率变化的影响。以这种方式，就能够计算由A/F比率变化引起的转数差。在这个转速差的
基础上，如果需要，沿朝向较贫燃料混合物或较富燃料混合物的期望方向的混合比率的变化就会发生。因此，使用这种方法，通过测试发动机对较贫或较富混合物做出何种反应就可以实现最优的混合。
[0007] 然而，EP 0 715 686 B1的发动机控制方法稍有些慢，因此如果它可以被
加速则这种方法是有优势的。例如，在当前的A/F比率远远偏离理想A/F比率的情况下，如果启始A/F比率能够在EP 0 715686 B1的控制方法介入之前向着接近理想A/F比率的
位置快速推进，那么将会是有利的。
[0008] 进一步，在该
申请的上下文中，当发动机在零节流的情况下运行时，该发动机被描述为空转的。如果发动机在启动时过于缺乏燃料(lean)，则它可能在空转时运行，但是当设置成全节流时，发动机无法加速至工作速度。这对于仅能在工作速度下起作用的控制方法可能是问题。
[0009] 当在给定的燃料供应设置值下启动发动机时，相应的A/F比率可受多个因素影响。例如，如果发动机在多烟且热的环境(例如，火灾中的救援设备)中使用时，则会导致高温和恶化的空气质量。而且比如外部空气压力和湿度含量以及发动机磨损、燃料质量和空气
过滤器的状况等因素也会影响相应的A/F比率。当然，具有额外的传感器可以稍微补偿这些因素，但是更多的传感器增加了发动机的成本以及尺寸和重量，这些都优选地应保持最小。
[0010] 进一步，在用于动力锯、动力切割机、割草机以及类似的消费产品中的大多数发动机中，当发动机空转时是人工调节A/F比率的，例如，
电子控制系统仅在发动机处于工作速度或工作速度以上的速度时才发挥作用。因此，理想地将会是具有简单、不昂贵但是高效的电子控制方法，当发动机空转时无需人工地调节燃料或空气供应。
[0011] 发动机在全节流情况下运行且同时不承受任何负载(除了包含该发动机的机器内的不可避免的摩擦)的情况在该申请的上下文中被定义成自由速度情况，并且发动机在自由加速时达到高的发动机速度。在
现有技术中，已经知道要将A/F比率控制成使得理想的A/F比率被定义成发动机已经达到它的最大发动机速度时的A/F比率。然而，发动机的磨损随着更高的发动机速度而增加，并且更高的速度可能导致发动机的损坏以及期望的发动机服务寿命的降低。
发明内容
[0012] 本发明的目的是提供一种发动机控制方法，该方法可以快速地找到可行的(feasible，合适的)发动机的全节流A/F比率。
[0013] 本发明的又一目的是提供一种发动机控制方法，该方法可以在发动机自由加速时防止发动机超速。
[0014] 本发明的又一目的是探测是否发动机具有贫A/F比率，特别是在启动时。
[0015] 本发明的又一目的是提供一种当发动机在零节流的情况下(即，空转速度)运行时的控制方法。
[0016] 本发明的又一目的是提供一种用于通知发动机启动校正方案的方法。
[0017] 本发明的目的是通过提供一种用于在内燃发动机的燃料供应部分(诸如化油器或燃料喷射系统)中控制燃料和/或空气供应的方法来显著地减少上述问题，燃料供应部分包括用于调节发动机的空气-燃料比率的装置(means)，发动机具有发动机速度和范围从零节流至全节流的发动机节流，该方法包括如下步骤：
[0018] a)测量发动机的发动机速度，
[0019] b)将发动机速度与第一发动机速度值进行比较，
[0020] c)如果发动机速度低于第一发动机速度值；则调节空气-燃料比率，[0021] d)重复步骤a)至c)，直到发动机速度大于或等于第一发动机速度值。
[0022] 并且该方法进一步包括：
[0023] e)将发动机速度与第二发动机速度值进行比较，将第二发动机速度值设置成大于第一发动机速度值，
[0024] f)如果发动机速度高于第二发动机速度值；则调节空气-燃料比率。
[0025] g)重复步骤a)至f)，直到发动机速度在第一发动机速度值与第二发动机速度值的范围中。
[0026] 优选地，发动机在启动时使用富燃料设置值，该富启动设置值提供了被认为是比对应于第一发动机速度值的A/F比率富的燃料-空气比率。富燃料启动设置值可以基于预定的存储值，但是也可以基于存储的可变设置值，第二种设置值适合于最近(lastest)的发动机运行。通过提供富燃料启动设置值，可以通过增大空气-燃料比率(即，提供较贫混合物)来进行步骤c)的空气-燃料比率调节。对于步骤f)，则可以通过减小空气-燃料比率(即，提供较富的混合物)来进行步骤f)的空气-燃料比率调节。通过“了解”混合物是富的还是贫的，可以快速地找到由第一发动机速度值和第二发动机速度值限定的发动机速度区间。
[0027] 在其中燃料为
曲轴箱排放(scavenge)的发动机中，可以通过在长时期旋转中的多次发动机旋转过程中部分地或完全地切断燃料供应来提供较贫的混合物。
[0028] 然而，在直接喷射发动机中，将会通过缩短每一次喷射来提供较贫的混合物。
[0029] 根据本发明的又一方面，第二发动机速度值比第一发动机速度值大10-500rpm，优选地大100-200rpm。
[0030] 优选地，通过对至少两次旋转(优选至少十次旋转)中的发动机速度进行平均来推算出测得的发动机速度。
[0031] 根据本发明，本方法被用于在自由速度情况下的自由速度控制，自由速度情况由至少两种条件指明：1)发动机(1)的全节流；以及2)所测得的发动机速度大于自由速度临界值，优选地自由速度临界值至少为10000rpm。并且进行自由速度控制的第三种条件是发动机速度在正在运行的发动机的运行过程中没有达到自由速度调节条件。进一步优选地是，在自由速度控制过程中发动机速度值被设置成低于最大发动机速度值，从而也能够进行超速控制，在此时最大发动机速度值被限定成当发动机为获得最大发动机速度而在最优化空气-燃料比率下运行时的发动机速度。
[0032] 根据本发明，本方法还可以被用于发动机的空转速度控制，确定空转速度空气-燃料比率。当发动机节流处于零节流状态下时进行空转速度控制。
[0033] 根据本发明，还提供了防贫控制(lean prevention control，防燃料缺乏控制)，其中如果至少满足了如下条件，则认为发动机(1)在燃料缺乏的状态下运行：1)节流位置是完全节流；2)所测得的发动机速度低于较低的工作临界值，优选地，较低的工作临界值低于或等于120rps，更优选地，低于或等于100rps；3)发动机速度的趋势是减小的。优选地，所测得的发动机速度的趋势从多次旋转中推出，其中旋转次数处于2-100转的区间内，优选地，处于5-50转的区间内，更优选地，处于10-30转的区间内。
[0034] 根据本发明的优选
实施例，防贫控制仅在发动机的启动方案过程中起作用，启动方案由如下条件中的至少一个确定：1)自启动开始的旋转次数低于第一启动条件值，其中优选地，第一启动条件值低于1000转，更优选地，低于500转，进一步更优选地，低于100转；2)自启动开始的时间短于第二启动条件值，优选地，第二启动条件值在1-30秒的范围内；3)自启动开始的独立的全节流示数(fullthrottle indications)的数量低于第三启动条件值；4)自启动开始的全节流累积时间短于第四启动条件值。
[0035] 进一步，本发明包括一种发动机控制方法，该方法包括：基本上由短时燃料切断(brief fuel shut-off)限定的基于测试的控制以及与短时切断相关的旋转次数的测量，随后是基于短时切断的效果的燃料量的调节，这种调节通常在多次切断的归并(aggregation，集合)之后进行。基于测试的控制与如下的控制方法中的至少一个相结合：1)自由速度控制；2)空转速度控制；3)随之的防贫控制。在其中燃料为曲
轴箱排放的发动机中，短时燃料切断可以持续一个或若干个发动机旋转。在直接燃料喷射的发动机中，在一个或多个发动机旋转中，基于测试的控制改为基于缩短的燃料喷射。
[0036] 进一步，提供了一种用于包括了用于驱动切割装置的离心式
离合器的手持工作工具的校准方法，该方法包括用于校准发动机设置值的校准模式，该校准模式由如下步骤指明：1)阻断切割装置；2)启动发动机；3)至少两次独立地启动全节流从而提供至少两个全节流示数，全节流示数在预定的时间期间内。
[0037] 进一步，通过发动机速度的振荡将完成的校准传达给使用者。
[0038] 进一步，如果手持工作工具是
链锯，则通过启动链
制动器来执行切割装置的阻断。
附图说明
[0039] 随后将参照附图借助于本发明的各种实施例来更详细地描述本发明，其中同样的参考标号被用在不同附图中来表示相同的零件。
[0040] 图1是二冲程型内燃发动机的示意性视图，根据本发明的方法和装置被应用于该内燃发动机。
[0041] 图2a示意性地示出了旨在被结合在根据本发明的燃料供应系统中的化油器。
[0042] 图2b是在图2a中以虚线和点划线示出的区域的局部放大视图；
[0043] 图3示出了发动机自由速度如何随着A/F比率变化。
[0044] 图4示出了
化油器式发动机中作为发动机旋转次数的函数的空气-燃料比率A/F。
[0045] 图5示出了发动机空转速度如何随着A/F比率变化。
[0046] 图6示出了发动机速度随时间的发展的三种可替换情况。
[0047] 图7是从原理上示出了根据本发明的控制系统的功能的
流程图。
[0048] 图8是发动机的基本控制中的流程图。
具体实施方式
[0049] 本发明涉及
曲轴箱扫气式(crank case scavenged，曲轴箱排放式)二冲程或
四冲程发动机，并且随后的描述中所提及的任何发动机均涉及这些类型的发动机。
[0050] 在示意性示出的附图1中，参考标号1表示二冲程型的内燃发动机。它是曲轴箱排放的，即通常地，空气3和带有
润滑油的燃料4的混合物40从燃料供应系统8(例如，化油器或低压燃料喷射系统)中被抽吸至发动机曲轴箱。从曲轴箱中，混合物通过一个或若干个扫气通道14被向上运载至发动机
燃烧室41。然而，在其他可行的发动机设计中-二冲程或四冲程-只有空气和润滑油是可以从曲轴箱排放的，或者可能只有空气是从曲轴箱排放的。还有可能的是，仅是空气、或空气加润滑油、或空气加燃料加润滑油的一部分从曲轴箱排放。燃烧室设置有给压缩的空气-燃料混合物点火的
火花塞。废气42通过排放口43并通过消音器13排出。所有这些特征在内燃发动机中都是完全常规的，由于此原因在本文中将不再对其进行更详细的描述了。发动机具有
活塞6，该活塞借助
连接杆11连接至配备有
配重的
曲柄部12。曲轴以这种方式回转。在图1中，活塞6采取中间位置，其中流动可能既通过吸入口44、排放口43又通过扫气通道14。吸入通道2进入
气缸5内的口部被称为吸入口44。因此，吸入通道被活塞6封闭。通过开启或封闭吸入通道2而在该通道内部产生变化的流动速度和压力。当燃料供应系统8是化油器类型的时，这些变化很大程度上影响了被供应的燃料4的量。因为化油器具有微小的燃料供给压力，所以它的燃料供给量完全受吸入通道2中的压力改变影响。燃料的供应量实质上受吸入通道内部的变化的流动速度和压力的影响，这种变化的流动速度和压力是由吸入通道的开启和封闭而引起的。
[0051] 图2a示出了根据本发明的化油器类型的燃料供应系统8而图2b是图2a中由虚线和点划线示出的区域的局部放大图。燃料4的供应受化油器上的燃料嘴21的影响。该化油器是常规的膜化油器，因此将仅简要地描述。另外，被布置成采用类似的方式供应燃料以用于进一步处理的其他类型的化油器也是可能的。燃料从燃料嘴21被运载至燃料
存储器22，该燃料存储器向下被膜23界定。一条线路从存储器22通向切断
阀24。切断阀为螺线管或电磁体形式的。在通电(energization，激励)时，切断阀24通过向前压迫封闭塞29来切断存储器22与燃料线路25、26(所述线路通向化油器中的文丘里管27)之间的相互连接。封闭塞29连接于在导向装置30中行进的
活塞杆，并且在活塞杆的相对面处布置例如一
铁芯，该铁芯被激励线圈吸引以向外运动。换言之，螺线管为常开型的。然而，理所当然地，螺线管也可能是常闭型的。在常闭型螺线管的情况下，在螺线管受激励时，切断阀24开启燃料通道。较小的线路25通向文丘里管27并且被用作所谓的空转喷嘴，而较粗大的线路26也通向文丘里管27并且被用作主要喷嘴。通常，在操作时
节流阀28或为完全开启的(即，“全节流”)，或为完全关闭的(即，“零节流”)。当节流阀被关闭时就从空转喷嘴抽吸燃料供应，而当节流阀被开启时就从空转喷嘴和主要喷嘴这两者抽吸燃料供应，然而，在全节流过程中，来自主要喷嘴的燃料供应基本上较大并且空转喷嘴几乎不影响燃料供应。
发动机控制单元9控制切断阀24以开启或关闭，从而控制发动机1的燃料供应。根据本发明，当与“零节流”相比而处在“全节流”时，切断阀24的控制可能十分不同，即，节流位置不仅可以影响通过文丘里管27的空气流以及使用哪个(哪些)喷嘴，而且还可以向控制单元9提供关于切断阀24应该怎样以及何时开启或关闭的输入。控制单元9接收诸如来自一个节流
位置传感器(多个节流位置传感器)TPS的节流位置、来自一个发动机速度传感器(多个发动机速度传感器)ESS的发动机速度N、以及(任选地)来自一个温度传感器(多个温度传感器)TS的温度T等输入参数。通常，温度传感器测量
环境温度并通过缆线向
电路板传输
信号。然而，替换地，也可将温度传感器直接集成在
电路板上。因而，可以避免使用连接缆线进而提高了可靠性和成本效益。进一步，电路板可以靠近燃料供应部分8定位，从而体验到它的温度，例如，在停止之后影响发动机的下一次启动的温度。当然，也可使用其他的传感器输入。控制单元9使用这些输入来判定通过开启或关闭切断阀24有多少燃料应被供应至发动机1。根据本发明，关于如何在发动机的运行过程中找到期望的A/F比率提出了几种方法。这些方法可独立使用或者一起使用。
[0052] 在本
说明书中将图1的发动机以及图2a和图2b的燃料供应系统8结合起来以阐明本发明。存在多个影响发动机的A/F比率的因素。根据燃料控制方案，针对一系列旋转或者周期性旋转，可通过部分或完全关闭/开启切断阀24而控制对发动机的燃料供应，在发动机处于全节流或零节流时该燃料控制方案可以是不同的。例如，控制单元9可以通过在发动机旋转过程中部分地或完全地开启和关闭节流阀24来控制向发动机1的燃料供应，其中燃料控制方案判定在旋转过程中哪些旋转会部分地或完全地关闭发动机的燃料供应。进一步，对于化油器发动机，A/F比率也与影响吸入通道中的压力的发动机速度N相关，发动机速度的这种相关性还可以通过发动机映射(mapping，测绘)来调节，例如，可以针对发动机速度N来调节燃料控制方案。附图4示出了A/F比率如何随着发动机速度N变化的实例。
[0053] 例如，可以通过测量两次连续的点火之间的时间周期或者测量曲轴的旋转速度来推出发动机速度N。进一步，在本发明的范围中，发动机速度N还可能是若干次旋转的平均值。
[0054] 图3示出了发动机自由速度如何在A/F比率范围中变化的曲线图。通常，许多工作工具(诸如链锯和动力切割机)中的发动机都是在全节流或零节流状态下运行。当发动机在全节流但没有任何工作负载的状态下运行时，发动机被称作是自由加速的。当自由加速时，发动机达到它的最高发动机速度。曲线图的左部分示出了具有富混合的发动机(即，燃料的相对量较高)，而曲线图的右部分示出了具有贫混合的发动机(即，燃料的相对量较低)。当发动机速度N具有峰值NMAX时，相应的空气-燃料混合物A/FMAX就既不富也不贫；发动机具有其最优功率位置。从A/FMAX朝向较富或较贫混合方向移动提供了较低的发动机速度N。通常，当发动机启动时，在发动机已经变热并到达其运行温度之前，发动机以燃料略微缺乏的方式运行。为了加热发动机，对于工作工具(诸如链锯和动力切割机)来说很普遍的是，在处于工作负荷情况中来使用发动机之前，使发动机在全节流且无工作负荷的状态下运行。根据本发明，使用发动机的这种加热来快速地找到A/F比率的基本设置值。找到基本设置值的原理是以全节流富燃料供应设置值RS1来启动发动机，这种富燃料供应设置值提供了富启动空气-燃料混合物A/FRS1。该全节流富燃料设置值RS1例如可能受如上所述的控制单元9中的燃料控制方案的影响。当然，关于如何确定令人满意的全节流富燃料设置值RS1存在着多种方式，例如，其可以是固定的机器设置值或者从之前的发动机运行中的发动机性能中确定的。在启动发动机后，当发动机在全节流且无任何工作负荷的状态下运行时，富空气-燃料混合物A/FRS1提供了对应的发动机速度NRS1。通过逐渐地减少燃料供应，并通过控制单元9的控制，空气-燃料混合物变得更贫并且A/F比率朝向曲线图中的右侧移动。假设富启动空气-燃料混合物A/FRS1确实在曲线图的右侧开始，则由于空气-燃料混合物变得更贫，因此发动机速度N增大。根据本发明，第一发动机自由速度值NFS1和第二发动机自由速度值NFS2提供了发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]。进一步，发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]被选择成低于最大发动机速度NMAX，并且在发动机启动后通过调节A/F比率来立刻查找该发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]。如可在曲线图中所见的那样，通过选择全节流富燃料设置值RS1可以将NRS1配置成在发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]之下，该富启动空气-燃料混合物被认为是提供了富启动空气-燃料混合物A/FRS1，该富启动空气-燃料混合物A/FRS1要富于对应于发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]的A/F比率区间[A/FFS1，A/FFS2]。因此，根据本发明，发动机在全节流富燃料设置值RS1下启动，在从发动机启动开始的第一个旋转周期过程中提供给发动机额外的燃料供应；而在自由加速的同时，优选地通过减少发动机的燃料供应来逐步地调节空气-燃料混合物，直到发动机速度N达到自由速度范围[NFS1，NFS2]。进一步，发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]还作为用于防止发动机在自由加速时达到其最大速度NMAX的超速限制控制。当然，全节流富燃料设置值RS1未能提供较富的启动空气-燃料混合物A/FRS1的情况也是可能发生的；这取决于诸如温度、空气中的氧含量、空气压力、
空气过滤器的状况以及燃料质量等因素；曲线图的曲线可能改变和/或全节流富燃料设置值RS1可能提供贫空气-燃料混合物。为了避免这种情况，优选地，全节流富燃料设置RS1具有
安全边界，以减小相应的富空气-燃料混合物A/FRS1在贫于A/F比率区间[A/FFS1，A/FFS2]的状态下结束的
风险。然而，即使富空气-燃料混合物A/FRS1应该在很贫(too lean，很缺乏燃料)的状态下结束，但是本控制方法可以具有检测这种情况的测量步骤，并据此向混合物中添加燃料并且可能调节全节流富燃料设置RS1，直到下一次发动机运行。当然，控制单元9可能设置有复位功能，以使得全节流富燃料设置RS1回复到默认值。
[0055] 进一步，根据本发明，可以在控制单元9中实施用于发动机的校准模式。在校准模式中，发动机使校准方案运行并校准控制单元9中的发动机控制设置值，例如，找到合适的全节流富燃料设置值RS1。首先，发动机被设定为校准模式。为了将发动机设定在校准模式下，可以提供校准按钮，该按钮被按压以启动校准方案。然而，向包含发动机的设备提供其他的零件会增加成本和重量，并且对于尺寸原因而言也是不理想的。根据本发明，替代地，用于链锯的校准模式通过包括如下步骤的方法与控制单元9连通：1)启动链制动器；2)启动发动机；3)连续地对全节流进行多次(例如，每行5次)独立的快速按压，每次按压均在短的时间周期内且随后的按压也在短的时间周期内。由于链制动器被启动，因此发动机速度N将达到离合器滑动速度。随着在一行中连续多次地感应到已经达到了离合器滑动速度，就已经获得了独特信号。通过控制单元9检测发动机速度N的这种独特状态以将发动机设定在校准模式中。现在，发动机被设定为校准模式。为了启动校准方案，释放链制动器并且按压全节流，直到发动机向使用者发回校准方案已完成的信号。因此，在已经传达了校准模式后，校准方案就运行，例如，通过将发动机自由加速(此时发动机在非常富的状态下启动，随后逐渐使混合物越来越贫)，经过最大速度NMAX并记录对应的燃料设置值；随后反转该步骤，从贫设置值朝向富设置值移动，经过最大速度NMAX并记录对应的燃料设置值。可以采用类似的方式找到对应于发动机自由速度范围[NFS1，NFS2]的燃料设置值。基于这种信息，可以像其他设置值一样设定全节流富燃料设置值RS1。该校准方案作为实例被提供；自然地，可以实施各种方法来校准发动机设置值。当校准方案已经完成时，发动机将校准方案已经完成的信号发送回使用者，例如，通过令发动机速度N剧烈地振荡来进行。当然，可以使用发动机速度N中的其他独特变化来通知使用者校准完成了。当使用者感觉到或听到振荡的发动机速度时，他就知道校准完成了并且可以释放节流
致动器了。
[0056] 图4示出了化油器发动机中作为发动机旋转次数的函数的空气-燃料比率A/F。在全节流下运行的化油器发动机的A/F比率主要依赖于两个因素：1)发动机速度N；以及
2)向发动机1的吸入通道2的燃料供应。向吸入通道2的燃料供应可部分地受限制或者在曲轴箱扫气发动机的情况下可以被周期性地完全关闭；由于曲轴箱扫气发动机中的曲轴箱可以容纳大量的燃料并因此用作
水准容器，因此无需针对每次旋转调节燃料供应，即，在一次旋转中调节燃料供应将会影响后续的旋转。发动机速度N还影响A/F比率，燃料供给的量完全受吸入通道2中的压力变化的影响，该压力变化取决于发动机速度N。因此，如果没有通过其他方式补偿的话，则减小发动机速度N就提供了较贫的混合物。这种效果是依赖于发动机的，但是也可以通过发动机的控制系统(例如，通过发动机映射)来调节。根据本发明，自由速度控制的被查找的自由速度范围[NFS1，NFS2]被设置成与较贫的理想空气-燃料混合物A/Fopt相对应，在处于较低工作速度的工作状况下，理想空气-燃料混合物A/Fopt靠近A/F比率的最优动力位置。因此，当发动机是自由加速时，发动机在稍微富的设置值下运行，但是当发动机具有工作负荷时，A/F比率朝向最优动力位置移动。然而，当发动机在负荷下工作时，优选地进行A/F比率的进一步精细微调(tuning)(例如，图8的基于测试的控制)；因此，自由速度范围[NFS1，NFS2]被用来快速地找到可行的A/F比率。
[0057] 图5示出了发动机空转速度如何在A/F比率范围内变化。可见图5中的曲线图类似于图3中的曲线图。该曲线图的左部示出了具有富混合物的发动机(即，燃料的相对量较高)，而图表的右部示出了具有贫混合物的发动机(即，燃料的相对量较低)。当发动机速度N具有其峰值NIDLE_MAX时，相应的空气-燃料混合物A/FIDLE_MAX被称作既不是富的也不是贫的；且发动机具有其最优动力位置。从A/FIDLE_MAX朝向较富或较贫的混合物移动提供了较低的发动机速度N。
[0058] 根据本发明的优选实施例，第一发动机空转速度值NIS1和第二发动机空转速度值NIS2提供了发动机空转速度范围[NIS1，NIS2]。优选地，发动机空转速度范围[NIS1，NIS2]被选择成低于最大发动机空转速度NIDLE_MAX。然而，该区间还可以被选择成包括NIDLE_MAX。采用与自由速度控制相似的方式，发动机可以在空转速度富燃料供应设置值RS2下启动，该空转速度富燃料供应设置值提供了相应的空转速度富空气-燃料混合物A/FRS2。随后，通过使混合物更贫(即，通过逐渐减少燃料供应)直到达到该区间，可以迅速查找发动机空转速度范围[NIS1，NIS2]。如果发动机速度N变得大于第二空转速度值NIS2，则优选地，增加燃料供应。然而，与自由速度控制相反，优选地，在每次发动机空转时查找该区间，即，当发动机处于与关于图8所描述的基于测试的控制相对应的空转时，这是常态的发动机控制。
[0059] 代替使用空转速度范围[NIS1，NIS2]，可以单独使用第一空转速度值NIS1；只要发动机速度N低于第一空转速度值NIS1，则燃料供应就减小，而如果发动机速度N到达第一速度值NIS1以上，则增加燃料供应，从而调节A/F比率。当然，这具有频繁地调节燃料供应的效果，但是由于空转速度相对低，因此这种频繁的调节是可能的。因此，在零节流过程中，只要发动机速度N低于空转速度值NIS1，就完全停止燃料供应，以提供较贫的混合物，而当发动机速度N超过空转速度值NIS1时，就将燃料供应设定成最大燃料供应，向混合物中增添燃料。优选地，这通过如下方式实现：只要发动机速度N低于空转速度值NIS1，就使切断阀24关闭，而只要发动机速度N超过空转速度值NIS1，就使切断阀24开启。从而发动机速度N将围绕空转速度值NIS1轻微地变化。
[0060] 图6示出了发动机速度随着时间发展的三种替换情况。开始，发动机是空转的(即，零节流)，但是在一个短的时间周期后，节流阀就大开度地开启(即，全节流)。如在曲线图中可见的，在设定成全节流后，全部三条曲线都开始上升，上部的虚线与发动机在没有任何负载的条件下自由加速的情况对应，自由加速从全节流富燃料设置值RS1开始并且最终到达发动机速度区间[NFS1，NFS2]内。中间的线与发动机承受工作负载并且发动机找到针对这种负载的最优A/F比率以及稳定的发动机工作速度的情况对应。下部的线与发动机已经通过快要达到贫燃料状态的A/F比率启动的情况对应。在这种情况下，发动机在空转时运行得很好，但是当设定为全节流时，发动机速度N将开始上升但是未能达到发动机工作速度。这种情况当然是不理想的。根据本发明提供了一种贫燃料检测；检测发动机是否在过于缺乏燃料的情况下运行。在图中将工作下限临界值LWT设定为100rps。优选地，工作下限临界值低于或等于120rps，更优选地，低于或等于100rps。为了使发动机控制系统检测发动机是否在贫燃料情况下运行，必须满足几个条件。根据本发明，第一个条件是发动机是全节流的，第二个条件是发动机速度低于工作下限临界值LWT，第三个条件是所测得的发动机速度N具有减小趋势，即，发动机速度下降，优选地，下降速率超过预定的临界值。进一步优选地，仅在发动机启动过程中贫燃料检测是有效的。可以通过多个因素确定这个启动过程，诸如：1)自启动开始的旋转次数低于第一启动条件值，其中优选地，第一启动条件值低于1000转，更优选地，低于500转，进一步优选地，低于100转；2)自启动开始的时间短于第二启动条件值，优选地，第二启动条件值在1-30秒的范围内；3)自启动开始的独立的全节流示数低于第三启动条件值；4)自启动开始的全节流累积时间短于第四启动条件值。因此，贫燃料检测检测发动机是否具有燃料供应的贫启动设置值。
[0061] 图7是从原理上示出了根据本发明的控制系统的功能的流程图。该控制系统设置有在发动机空转时起作用的空转控制、优选在启动过程中起作用的自由速度控制、控制处于工作负载下的发动机的基本控制。在优选的实施例中，通过调节发动机的燃料供应来调节空气-燃料混合物。优选地，在控制单元9中实施该控制系统。
[0062] 图7中的第一个框涉及“发动机启动”，其简明地表示发动机被启动了。采用富燃料设置值RS1、RS2启动发动机，在第一旋转周期过程中为发动机提供额外的燃料供应。如参照图3和图5所描述的那样，富燃料设置值RS1、RS2取决于节流位置。可选地，来自温度传感器TS的输入可以被用来影响富燃料设置值RS1、RS2，并且还被用来在燃料供应的调节开始之前、在一定时间周期过程中保持富燃料设置值RS1、RS2与温度有关，即，如果温度非常低，则可以进一步使富燃料设置RS1、RS2更富，并且发动机可以在调节开始之前长时间地保持在富燃料设置值下，例如，当具有0℃的温度时，切断阀24可以在1秒钟期间内完全开启，当具有-25℃的温度时，切断阀24可以在5秒钟期间内完全开启。流程图中的下一个框是“停止被探测到？”，其检测到发动机是否即将停止。可以采用多种方式实施这种检测，例如，是否已经按下了停止按钮或者通过发动机速度的显著降低检测发动机是否停止运行。如果检测到停止，则发动机的控制系统可以调节富燃料启动设置RS1、RS2，例如，通过保存(saving)当前燃料设置值或者通过保存当前燃料设置值加上添加值作为富燃料启动设置值RS1、RS2，或者作为与框“调节启动设置值”相关的任何其他启动设置值而调节富燃料启动设置RS1、RS2。框“停止”紧随其后并且发动机被停止。
[0063] 如果没有检测到停止，随后的下一个框涉及“是否为完全节流位置？”。在优选的实施例中，提供了节流位置传感器，检测是否为完全节流位置。当然，在零节流或中间节流步骤时，可以提供更先进的传感器或多个简单的传感器来检测进一步的节流位置，但是这当然会增加成本。
[0064] 如果框“是否为完全节流位置？”提供的答案为“否”，随后的框“速度
[0065] 如果框“速度
[0066] 如果框“是否为完全节流位置？”提供的答案为“是”，则随后的框“t
[0067] 流程图中的下一个框涉及框“贫燃料(lean，缺乏燃料)？”，随后是可选的框“t
[0068] 假如为“否”，则随后的下一个框是可选的框“自由速度控制？”。在这个步骤中，本控制方法确定是否需要任何进一步的自由速度控制。如果可选框“t
[0069] 假如为“是”，则随后的的框涉及“自由速度运行？”，其确定发动机速度N对于例如1s的时间期间或者多次旋转内是否高于自由速度临界值NFT，优选地高于10000rpm。该临界值将确定发动机是无负载地运行，即，发动机是否是自由加速的。假如为“否”，则框“基于测试的控制”随后进行，但是假如为“是”，则框“自由速度范围？”随后进行。
[0070] 框“自由速度范围？”确定发动机速度N是否处于自由速度范围[NFS1，NFS2]内。如果发动机速度N处于该范围中，则框“设定自由速度燃料设置值”随后进行，但是如果发动机速度在该范围之外，则框“调节混合物”随后进行，此时，优选地通过调节发动机的燃料供应来调节空气-燃料混合物。参照图3描述这个过程。在框“调节混合物”之后，循环在框“停止被检测到？”之上重新开始。
[0071] 框“自由速度控制完成！”随后紧接着进行。如果已经在发动机运行的过程中达到了自由速度范围，则在本发动机运行的过程中无需进一步执行这种粗调，即，发动机找到了用于这种发动机运行的可行的A/F比率。现在向上到达基本控制的“基于测试的控制”来精细地微调A/F比率。在框“自由速度控制完成！”之后，循环在框“停止被检测到？”之上重新开始。
[0072] 参照图8描述涉及A/F比率的精细微调控制方法的框“基于测试的控制”。基本控制循环包括框“基于测试的控制”以及“是否为完全节流位置？”和“停止被检测到”。
[0073] 图8是涉及基于测试的控制的流程图。基于测试的控制涉及动力锯发动机的控制，从控制的观点来看这是具有很大需求的发动机应用。这种发动机的运行状况的特征在于迅速的负载变化和迅速的加速度变化。这导致了旋转速度的频繁变化。在很多的其他发动机应用中(例如，在飞机发动机和
船舶发动机的情况下)这些变化是不经常发生的。动力锯发动机通常是化油器供油且曲轴箱扫气类型的二冲程发动机。这意味着优选地通过在一次或多次发动机旋转中的燃料供应的短时切断来实现混合物比率(即，A/F比率)的短时改变。如果发动机在贫燃料状态下运行，则发动机速度将在短时改变之后在多次旋转的过程中暂时下降，并且如果发动机在富燃料状态下运行，则发动机速度将能够在短时改变之后在多次旋转的过程中暂时增加，因此这种信息可以用来判定是否应该朝向贫或富的方向调节A/F比率。在其他的发动机设计中，替代地，燃料可以被部分地切断。在直接喷射发动机中，替代地，每一次喷射都将被缩短，即，被部分地切断。在EP0715686中全面地描述了通过在若干次发动机旋转中短时切断燃料供应来测试发动机是否处于贫燃料或富燃料的方法，并且该方法将在下文中以更概括的方式进行描述。
[0074] 考虑到上述内容，图8的流程图将随之进行。图8中的第一个框涉及“短时切断燃料”。这种切断应用于前一个控制周期中的发动机旋转96、97、98和99，在所描述的旋转周期之前的每一个控制周期均包括100次旋转。下一个框被标记为“测量与切断相关的旋转次数”。测量发动机的旋转次数。旋转次数与以这样的方式选择的发动机旋转速度相关，即，发动机的至少一次旋转不受改变的影响，优选地，该发动机旋转速度充分早于A/F比率的变化，该A/F比率的变化没有时间影响发动机旋转速度。原则上，也可以选择较后的发动机旋转，但是这会使得校正旋转次数以实现旋转速度的所有变化(如下所述)在相当大的程度上更加困难。以这样的方式选择发动机的至少一次旋转，即，这至少一次旋转受短时A/F比率改变的影响。
[0075] 图8的流程图中的下一个框是“满足调节条件了吗？”在这个阶段，仅满足一个条件，即，确定是否旋转速度在调节界限内，在这种情况下为120-200rps，即，7200-12000转/分钟。如果是这种情况，程序沿着朝向调节A/F比率的方向进一步处理。如果不是这种情况，旋转和旋转次数被重设为零，即，所测得的旋转次数被放弃。这个过程再次进行并且继续，直到旋转速度在调节界限内。
[0076] 紧接着图8中的线的下方显现的是名为“针对与加速度和负载变化相关的综合旋转速度变化进行校正”的框。如果工作负载变化，则发动机速度将受影响，这个框考虑将由于负载变化导致的发动机速度变化与取决于混合物比率的短时变化的发动机速度变化区分开。这可以通过如下操作来实现：首先测量控制周期中的第一次旋转时的发动机速度(该速度不受A/F比率的短时变化影响)，接着测量控制周期的结尾处的发动机速度(在此处已经提供了时间以便发动机速度在混合物的短时改变之后稳定)。将这两个值除以两次测量之间的旋转次数，从而提供了那个具体控制周期过程中的发动机速度趋势的导数。
[0077] 随后的框“针对综合旋转速度变化校正所测得的旋转次数”根据之前的框“针对与加速度和负载变化相关的综合旋转速度变化进行校正”的结果来调节框“测量与切断相关联的旋转次数”的测得的旋转次数。下一个框“通过对校正的旋转次数进行的比较来获得由切断引起的旋转速度差”计算由于混合物比率的短时改变而导致改变的发动机速度是如何补偿综合旋转速度变化(如果存在的话)的。
[0078] 随后的下一个框是“基于旋转次数差来确定调节值”。基于来自框“通过对校正的旋转次数进行的比较来获得由切断引起的旋转速度差”的旋转次数差来确定调节值。
[0079] 下一个框是“将此调节值添加至之前的调节值(如果存在的话)”。每个调节值均与混合物比率的某个短时改变相关。通过将若干个调节值加在一起而从混合物比率的若干个不同的改变中来进行某种平均值的计算。在随后的框中，浮现的问题是调节值的个数是否超过了n(例如，5)。这意味着平均值的数是有条件的，即，调节值的数被包括在总计调节值中。调节值的数越大，平均值计算的安全性越高。当平均值数小于5，则存储总计调节值以将其添加到下一个调节值中。当已经又一次运行了图表的到目前为止的部分时，就获得了下一个调节值。
[0080] 另一方面，当总计调节值包含多于5个的调节值时，则在框“总计调节值>最高调节界限或总计调节值<最低调节界限？”中在总计调节值的大小与特定的界限值之间进行比较。因为调节值和总计调节值还包含符号(sign，正负号)，所以对这两个界限值进行比较是很重要的。因此，正的总计调节值应该超过最高调节界限，而负的总计调节值应该小于最低调节界限。例如，在本情况中，最高调节界限被设定成1500而最低调节界限被设定成-750。如果总计调节界限值没有超过两个给定界限值中的任一个，则存储该总计调节值以将其添加至随后的调节值中，并且再次进行这个过程以将另一个调节值添加至总和中。
[0081] 另一方面，如果总计调节值超过了最接近的界限值，则答案为“是”。这通向框“调节燃料量”。总计调节值与调节界限之间的差限定了燃料添加的变化量，而符号限定了方向，即，与更贫或更富的混合物比率相反。在这种情况下，在总计调节值与最接近的调节界限之间的差别之间进行比较。差别的符号限定了进行调节所沿的方向。因此，沿着朝向更合适的混合物比率的方向(更富或更贫)进行调节。显然地，为了获得良好地发挥作用的调节过程，这是很重要的。差别的大小限定了混合物比率改变的量，这就是所需的调节量。这个结果在一定程度上是需要控制的调节，这是有利地，尽管不完全必要。例如，替代地，可以进行沿右侧方向的预定量的调节。在这种情况下，已经进行了燃料量的调节，即，A/F比率的调节。此后，总计调节值和均值的数被设定为零。转数已经被设定为零。随后重复此过程。
[0082] 控制的基本重要原则是一方面通过平均值计算提供安全性，另一方面是针对综合旋转速度改变进行校正，再一方面是执行似真性检查。在几个步骤中进行平均值计算。首先，采用每个周期(即，发动机旋转0-100)内的不同旋转次数之间的四个不同差值。随后，在与预定的调节界限进行比较之前，加上至少五个调节值。每个调节值与一个周期关联，并且针对综合旋转速度改变来校正其输入调节次数。因此，与调节界限相比较的调节值的数并不是上升地固定的。这意味着当发动机运行良好时(即，具有合适的A/F比率)，在总计调节值超过调节界限之前很可能需要大数值的调节值，例如10。在这种情况下，还可能的是上述的超出是适度的。这意味着对燃料量进行小的调节。一方面，如果A/F比率值不是非常令人满意的，则每个调节值将会很高，并且总计调节值在五个调节值处就已经大大超出了调节界限。这意味着沿着右侧方向来进行大的校正。实例清楚地显示了这种控制原理的优点。
[0083] 尽管已经结合本发明的优选实施例示出并描述了本发明，然而应理解，可以进行多种
修改、替换、和添加，它们都处于
权利要求旨在保护的宽广范围内。从前述内容中可以看到，本发明实现了至少一个所述的目的。
[0084] 对于曲轴箱扫气类型的发动机(例如，链锯中的发动机)，第一发动机自由速度值NFS1优选地大于11000rpm，更优选地大于12000rpm，进而更优选地大于13000rpm。进一步，第一发动机自由速度值优选地低于16000rpm，更优选地低于15000rpm，进而更优选地低于14000rpm。然而，对于不同机器(诸如割草机或动力切割机)中的发动机，该自由速度值可能是不同的。
[0085] 对于发动机空转时，优选地，第一发动机空转速度值NIS1大于2000rpm，更优选地大于2200rpm，进而更优选地大于2300rpm。进一步，第一发动机空转速度值NIS1优选地小于3200rpm，更优选地小于3000rpm，进而更优选地小于2700rpm。然而，如同针对发动机自由速度所提及的一样，这些值也是同发动机相关的。
[0086] 由于二冲程曲轴箱扫气发动机中的发动机速度从一个旋转到另一个旋转之间通常显著地
波动，因此理想的是，自由速度范围[NFS1，NFS2]以及空转速度范围[NIS1，NIS2]不要太短；以实现稳定的燃料供应。因此，第二发动机自由速度值NFS2优选地比第一发动机自由速度值NFS1大10-500rpm，更优选地比第一发动机自由速度值大100-200rpm，而第二发动机空转速度值NIS2优选地比第一发动机空转速度值NIS1大10-500rpm，更优选地大100-200rpm。
[0087] 进一步，取代使用自由速度范围[NFS1，NFS2]，可单独地使用第一发动机自由速度值NFS1。即，通过从全节流富燃料设置RS1逐渐减少燃料供应，发动机速度N增大，并且只要发动机速度N高于或等于第一发动机自由速度值NFS1，就说已经达到了发动机自由速度并且将相应的燃料设置值存储在控制单元中。注意，这与参照图5描述的使用单独的空转速度值NIS1是不同的。
[0088] 进一步，参照图3和图7描述的自由速度控制、参照图3描述的校准模式、参照图5和图7描述的空转速度控制、参照图6和图7描述的防贫控制以及参照图7和图8描述的基本控制都可以彼此独立地被使用以及作为不同的组合被使用。
[0089] 进一步，可以在其他手持工作机器(包括离心离合器以及运动被阻断的切割工具)中实施在上文中参照链锯描述的校准模式。
