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用于内燃机的点火装置和用于运行该点火装置的方法

阅读:325发布:2021-02-11

专利汇可以提供用于内燃机的点火装置和用于运行该点火装置的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种在手持式工作器具中用于带有 内燃机 (1)的 发动机 单元(19)的点火装置,其中内燃机(1)包括 活塞 (6)、带有 火花塞 (15)的 燃烧室 (5)和由活塞(6)旋转驱动的 曲轴 (4)。由曲轴(4)驱动 信号 发生器(16),该信号发生器在曲轴旋转内向点火单元(18)输出接连的交流 电压 信号(S),该点火单元(18)触发火花塞(15)上的点火火花。信号发生器(16)的交流电压信号(S)作为足以用于运行内燃机(1)的唯一的信息信号输入点火单元(18),并且在一个单元(30)中处理成 角 度信息信号,评估该角度信息信号以用于机械曲轴角度 位置 的转动位置正确的对应。,下面是用于内燃机的点火装置和用于运行该点火装置的方法专利的具体信息内容。

1.用于带有内燃机(1)的发动机单元(19)的点火装置,尤其是用于便携的手持式工作器具中带有二冲程发动机(1)的发动机单元(19)的点火装置,其中发动机单元(19)的内燃机(1)包括活塞(6)、带有火花塞(15)的燃烧室(5)和由活塞(6)旋转驱动的曲轴(4),该点火装置具有用于将燃烧用空气供给到燃烧室(5)的入口窗(8)和用于从燃烧室(5)排出燃烧气体的出口(9)以及由曲轴(4)驱动旋转的信号发生器(16),该信号发生器固定在发动机单元(19)上并且在曲轴旋转内向点火单元(18)输出接连的交流电压信号(S),该点火单元在可预选的时刻触发火花塞(15)上的点火火花, 其特征在于:所述点火单元(18)构成为与发动机单元(19)分开的结构组件,将所述信号发生器(16)的电的交流电压信号(S)作为足以用于运行内燃机(1)的信息信号输入点火单元(18)并且将交流电压信号(S)输入用于能量准备的单元(30)和用于准备用以控制内燃机(1)的信息的单元(33)。
2. 按权利要求l所述的点火装置,其特征在于:所述信号发生器 (16)的电的交流电压信号(S)作为唯一的足以用于运行内燃机(1)的信息信号输入。
3. 按权利要求l所述的点火装置,其特征在于:所述足以用于运 行内燃机(1)的信息信号是准备的度信息信号(W),其用于机械 曲轴角度位置与交流电压信号(S)的转动位置正确的对应。
4. 按权利要求3所述的点火装置,其特征在于:所述角度信息信 号(W)包括交流电压信号(S)的接连的交零(Oi)。
5. 按权利要求4所述的点火装置,其特征在于:所述交零(Oi) 在曲轴旋转上均匀地分布。
6. 按权利要求4所述的点火装置,其特征在于:在两个交零之间的间距构成一个零位间隔(Nb N2....... NO ,并且对于每个零位间隔(Nh N2........ Nj)确定间隔转速(iu、 n2、 ni),间隔转速(m、!i2、ni)描绘出一条转速曲线,并且该转速曲线构成角度信息信号(W)。
7. 按权利要求6所述的点火装置,其特征在于:所述转速曲线在 曲轴(4)的至少一个完整的旋转上描绘出。
8. 按权利要求3所述的点火装置,其特征在于:所述准备的角度 信息信号(W)探测到显著的特征,并且该显著的特征对应于曲轴(4) 的已知的机械转角位置。
9. 按权利要求6所述的点火装置,其特征在于:零位间隔(&、 N2.......Nj)对应于曲轴旋转的n分之一,其中n是大于6的整数。
10. 按权利要求9所述的点火装置,其特征在于:所述数值(n) 位于6和24之间,尤其等于12。
11. 按权利要求6所述的点火装置,其特征在于:在机器单元U9) 上的信号发生器U6)的转动位置和活塞(6)的上死点(TDC)彼此 协调,使得零位间隔(Ni)关于活塞(6)的上死点(TDC)对称。
12. 按权利要求6所述的点火装置,其特征在于:在机器单元U9) 上的信号发生器(16)的转动位置和活塞(6)的上死点(TDC)彼此 协调,使得信号(S)的交零(Oi)优选处于活塞(6)上死点(TDC) 前大约15。KW。
13. 按权利要求6所述的点火装置,其特征在于:设定所述交流 发电机(16)的转动位置,使得电压信号(S)的交零(Oi)在曲轴(4) 的转角位置上大致在点火时刻区域之前,优选直接在点火时刻区域之 前。
14. 按权利要求6所述的点火装置,其特征在于:所述间隔转速 (ih、 n2........ ni)的转速曲线进行差分;并且为在差分曲线(D)中具有显著的拐角(H)的零位间隔(Ni)对应特征性的机械曲轴角度 位置。
15. 按权利要求1所述的点火装置,其特征在于:所述交流发电 机(16)是齿形电极发电机或星形发电机。
16. 按权利要求15所述的点火装置,其特征在于:所述发电机(16) 的定子(20)固定在曲轴箱(3)上,而旋转的磁环(21)与内燃机(1) 的叶轮(28)不可相对转动地连接。
17. 按权利要求1所述的点火装置,其特征在于:所述交流电压 信号(S)的能量输入电负载,尤其是输入点火装置的高压单元、加热 装置、光源或类似装置。
18. 按权利要求17所述的点火装置,其特征在于:在所述交流电 压信号(S)的交零(Oi)的区域中抑制通过连接在交流发电机(16) 上的电负栽的电流
19. 按权利要求17所述的点火装置,其特征在于:在所述交零(Oi) 前大约5。KW到交零(Oi)后大约1。KW的角度区域中抑制通过连接 在交流发电机(16)上的电负载的电流。
20. 按权利要求1所述的点火装置,其特征在于:所述点火单元 (18)包括控制单元(18a)如微处理器或类似仪器以及与之分开的高压单元(31)。
21. 按权利要求20所述的点火装置,其特征在于:所述控制单元 (18a )与高压单元(31)分开地设置在工作器具的低热负荷的区域上。
22. 按权利要求20所述的点火装置,其特征在于:所述控制单元 (18a)设置在发动机单元(19)的构件上或其附近。
23. 按权利要求19所述的点火装置,其特征在于:所述构件是混 合物准备装置,优选是化油器(10)。
24. 按权利要求22所述的点火装置,其特征在于:所述构件是曲 轴箱(3),优选是曲轴箱(3)的远离气缸(2)的部件。
25. 尤其是在按权利要求l至24之一的点火装置中用于将由内燃 机(1)的轴驱动的信号发生器(16)的交流电压信号处理成与旋转轴(4)转角位置准确地对应的角度信息信号(W)的方法,其特征在于: 构造所述信号发生器(16),使得在交流电压信号(S)的交零(Oi) 之间的结构预定的间距对应于完整的曲轴旋转的n分之一,其中n是 整数,在接连的零位(Oi、 Oi + 1)之间的时间间距被探测并且对于接连 的交零(Oi、 Oi+1)的零位间隔(NO确定间隔转速(ni),并且间隔转速(ih、 n2........ ni)的转速值关于轴角度(。KW)表示并且再现转速曲线,该转速曲线构成用于轴(4)的机械转角位置(QKW)的角 度信息信号(W)。
26. 按权利要求25所述的方法,其特征在于:在发电机(16)无 负载时确定交零(Oi)。
27. 按权利要求25所述的方法,其特征在于:在所述交流电压信 号(S)的交零(Oi)的时刻抑制通过连接在交流发电机(16)上的电 负载的电流。
28. 按权利要求27所述的方法,其特征在于:在所述交零(Oi) 前大约5。KW到交零(Oi)后大约1°KW的角度区域上持续地闭通 过电负载的电流。
29. 按权利要求25所述的方法,其特征在于:所述转速曲线探测 到转速最小值,其中转速最小值大致对应在活塞位置的上死点(TDC) 处的转角位置(。KW)。
30. 按权利要求29所述的方法,其特征在于:将所述转速曲线与 基准曲线(R)进行比较,并且在与基准曲线(R)基本上一致的情况 下将基准曲线(R)的具体的转角值对应于实际的转速曲线的相位
31. 按权利要求25所述的方法,其特征在于:对所述转速曲线进 行差分,并且将差分曲线(D)与基准曲线(R)进行比较。
32. 按权利要求30所述的方法,其特征在于:与所述基准曲线(R) 的比较按总误差法进行。
33. 按权利要求25所述的方法,其特征在于:在两个零位(Ni、 Ni+1)之间的实际机械曲轴角度位置(。KW)通过外推确定。

说明书全文

用于内燃机的点火装置和用于运行该点火装置的方法 技术领域

发明涉及一种用于带有内燃机的发动机单元的点火装置,尤其 是用于便携的手持式工作器具中带有二冲程发动机的发动机单元的点 火装置。

背景技术

现代的内燃机由点火装置控制,如这些内燃机应用在手持式便携 的工作器具例如链锯、自由切割机、分离磨削机、吹气器具或类 似器具中,点火装置除了用于向火花塞供给高压的交流电压信号之外
必须具有点火传感器,其可以设置在上死点(OT)前大约40。并且触
发点火。点火传感器必须转动位置准确地固定在曲轴箱上的环绕运行
的磁极转子的圆周上,其中在批量生产中在点火传感器的机械设置中
出现分散,它们可能对点火时刻产生不利影响。另外点火发电机、点 火模转速传感器的结构固定的布置是干扰性的,因为它们经常设
置在叶轮上的冷却空气引导装置内,并且在那里要求冷却空气引导装 置的结构空间。这可能导致冷却问题,因此大大加强气缸的热负荷。

发明内容

本发明的任务是简化点火装置,使得与其结构布置无关地实现精 确的点火,以及提出一种用于运行该点火装置的方法。
该任务通过按本发明的点火装置和按本发明的方法解决。 点火单元与发动机单元分开地构成,其中优选构成为交流发电机 的信号发生器可以仅通过一个电导线与点火单元连接。作为唯一的足 以用于运行内燃机的信息信号,将信号发生器的交流电压信号输入点 火单元并且在用于能量准备的单元中以及在用于准备度信息的单元 中进行处理。
足以用于运行内燃机的信息信号优选是准备的角度信息信号,其 用于将机械的曲轴角度位置与交流电压信号进行转动位置正确的对 应。
通过这种结构可以将点火单元在任意位置上设置在内燃机或发动
机单元上;仅交流电压信号必须提供给点火单元。点火单元然后通过 相应的高压电缆与内燃机的火花塞连接。取消转角传感器或者用于识 别曲轴转角位置的类似装置。实际的机械曲轴角度位置借助于发电机 的交流电压信号以电子方式确定并且如果识别实际的机械曲轴位置则 固定地对应于曲轴旋转的交流电压信号。交流电压信号"定 (Einrasten)"到曲轴的实际的机械转角位置上可以在曲轴第 一转的
期间就已经进行,因为由交流电压信号准备的角度信息信号显示了特 征性的特征,其对应于结构上预定的曲轴角度位置。因此在角度信息 信号中显著地显露了出口的打开或者溢流窗的打开,使得借助于该显 著的特征点火单元还在曲轴第一转的期间可以进行交流电压信号与实 际的机械曲轴角度位置的固定对应。如果交流电压信号锁定到曲轴角 度位置上,那么仅要求对接连的交零进行计数,这些交零由于交流发 电机的结构上的构造而以已知的曲轴角度间距依次接连。
通过信号发生器与点火单元的基本上的脱耦实现了点火单元的布 置的新方案。它现在可以设置于在已知的设计中不可能的位置上。另 外如果点火单元分成结构组件,那么例如高压单元设置在火花塞附件 或者集成于火花塞中,而处理器单元设置于在热方面有利的位置上, 例如设置在曲轴箱的远离气缸的侧面(曲轴箱槽)上。
放弃用于识别实际的机械曲轴角度位置的转角传感器简化了点火 装置本身的机械结构,并且也导致更精确的点火,因为取消在装配转 角传感器时的机械公差误差。 一个批量中的每个系统在运行中自动校 准,因此例如在手持式工作器具的批量制造中每个单个制成的器具由 于自动校准而最优化地工作。
角度信息信号本身包括优选连续的交流电压信号的接连的交零, 其中这些交零优选在曲轴旋转上均匀地分布。
在两个交零之间的间距构成一个零位间隔,其中在本发明的特别 的设计方案中对于每个零位间隔确定间隔转速。这样计算的间隔转速 构成一条转速曲线,该转速曲线构成角度信息信号,借此可以将交流 电压信号锁定到实际的机械曲轴角度位置上。
交流电压信号锁定到机械曲轴角度位置上可以总是在这种情况下 进行,即准备的角度信息信号具有显著的特征,该特征固定对应于曲
轴的一定的已知的机械转角位置。
在适宜的设计方案中,零位间隔对应于曲轴旋转的n分之一,其 中n是大于6的整数。优选数值n位于6和24之间,尤其是12。十二 个交零对应于交流电压信号的六个周期T,其中一个周期T对应于 60。KW。
为了简化交流电压信号在机械曲轴角度位置上的锁定,在机器单 元上的交流发电机的转动位置和活塞的上死点这样彼此协调,使得零 位间隔关于活塞的上死点对称。有利地这样进行协调,使得感应的交 流电压信号的零位优选位于活塞上死点前大约15。KW。由此也实现了 这一点,即在内燃机启动情况下可以将半轴的部分负荷用于给电子装 置供电,也就是即使不用电池也使系统在启动过程时提早操作准备就 绪。由此实现了有利的启动条件。这种协调也可以如下进行,即具有 最小转速的曲线处于平均值。因此可以按简单的方式确定最小的间隔 转速,其作为显著的特征说明活塞的上死点。可以适宜的是,间隔转 速的转速曲线即角度信息信号进行差分计算;其中差分曲线显示显著 的拐角,其对应于一个特征性的机械曲轴角度位置,例如对应于活塞 的上死点。
在本实施例中采用齿形电极发电机或者星形发电机作为信号发生 器,其结构简单并且仅具有微小的空间需求。发电机的定子适宜地固 定在曲轴箱上,而旋转的磁环与内燃机的叶轮不可相对转动地连接。
通过发电机产生的能量不仅用于点火单元本身和点火单元的高压 单元的供电,而且也可以运行加热装置例如化油器加热装置、把手加 热装置或者类似装置。通过外部的接头也可以连接光源、用于分离磨 削机的目标激光器或类似负载。在本发明的改进方案中,交流电压信 号的能量也可以用于向蓄能器例如电容器、蓄电池或类似器具馈电。 交流电压信号的总能量可以按需要分配到各个负栽和点火装置,其中 也可以确定供电的优先级。例如点火装置得到能量的优先级为1;仅当 点火装置得到足以用于内燃机的可靠运行的能量时,优先级为2、 3等 等的其它负载才能被服务。有利地发电机也构成有至少两个绕组,其 中一个绕组用于第一负载例如高压电源,而另一个绕组用于另外的第 二负载例如点火装置或加热装置。
如果发电机上的电负载运行,那么为了明确地确定电压信号的交
零的位置,优选在交零的时刻的区域中抑制通过连接的电负载的电 流。由此可靠地避免了由于电感或者电容可能出现的信号漂移。证明
有利的是,例如通过切断在交零前大约5。KW到交零后大约1°KW的 区域中抑制电流
点火单元有利地包括一个控制单元例如微处理器或类似仪器以及 一个与之分开的高压单元。因此控制单元可以与高压单元分开地设置 在工作器具的在热方面有利的区域上。适宜地设置在发动机单元的构
件上或其附近。例如控制单元可以设置在混合物准备装置例如化油器
上。发动机单元适宜地与化油器一起通过抗震元件悬桂在工作器具的 壳体内,其中化油器有利地通过例如弹性的通道弹性地连接在内燃机
上。控制单元设置在化油器壳体上具有振动脱耦的优点,因为化油器 通过抗震元件与壳体脱耦并且由于弹性连接在内燃机上而与之振动脱 耦。因此实现电子控制单元的振动脱耦的布置,而不必经由抗震间隙 引敷设至高压单元或至发电机的电连接导线。进行了在热方面有利的 布置,这种布置是低振动的和低污染的。
作为替代方案控制单元也可以设置在曲轴箱上或其附近,例如设 置在发电机附近、在气缸下面。在曲轴箱的与气缸背离的部件上即在 曲轴箱下面也得到有利的位置。
权利要求25说明了 一种用于准备由内燃机的轴驱动的信号发生器 的优选连续的交流电压信号的方法,以便为旋转轴转角位置准确地对 应角度信息信号。为此这样构成发电机,使得在交流电压信号的交零 之间的在结构上预定的间距对应于完整的曲轴旋转的n分之一,其中n
是整数。在接连的零位之间的时间间距被探测并且对于接连的交零的 零位间隔确定间隔转速。间隔转速的转速值关于轴角度表示并且再现 转速曲线,该转速曲线构成用于轴的机械转角位置的角度信息信号。
该转速曲线探测到转速最小值,其中转速最小值对应了在活塞的 上死点处的曲轴转角位置。在特定的运行条件下,例如在出现旋转振 动或者在Blub-Blub起动(以极低转速起动)时适宜的是,检验这种对 应关系。
附图说明
本发明的其它特征由其它权利要求、说明书和附图获得,下面在 各个描述的本发明的实施例中进行描述。其中:图l是带有所属的点火单元的发动机单元的示意图;图2是由发动机单元的内燃机的曲轴驱动的、构成为齿形电极发电机的交流发电机的示意图;图3是关于曲轴转角的多级交流发电机的理想化的电压曲线;图4是曲轴旋转的示意图,带有按图3的电压信号的交零的对应关系;图5是按图2的交流发电机的实际的交流电压信号;图6是由内燃机驱动的交流发电机的由间隔转速构成的转速曲线;图7是交流发电机的转动位置关于转速最小值的示意图; 图8是在启动过程中的对于发动机典型的转速曲线的基准曲线; 图9是在启动过程中的内燃机的转速曲线,具有淡入 (Einblendung )的相对于图8的基准曲线的总误差;图IO是在启动过程中内燃机的转速曲线,具有淡入的差分的转速 曲线D;图ll是在曲轴转角位置从一个零位直至随后的零位的外推中曲轴位置的角度误差的曲线,图12是构成为星形发电机的交流发电机的示意图。具体实施方式在图l的示意图中,发动机单元19包括一个内燃机1,它尤其是构成为二冲程发动机。按本发明的点火装置不限制于应用在单缸或多 缸的二沖程发动机中,它也可以应用在单缸或多缸的四冲程发动机或类似的发动机中,尤其是往复活塞式发动机中。发动机单元19的内燃机1包围一个带有曲轴箱3的气缸2,在该曲轴箱3中可旋转地支承着曲轴4。在气缸2中构成一个燃烧室5,它 由上下运动的活塞6限定。活塞6通过连杆7与曲轴箱3中的曲轴4 连接并且推动该曲轴4旋转。在所示的实施例中,用于燃烧用空气和/ 或混合物的入口窗8通向燃烧室5,其中入口窗8设置在气缸2的壁中 的溢流通道14的端部上,其中溢流通道14的另一个端部朝曲轴箱3 是敞开的。另外设置一个出口 9,燃烧气体通过该出口 9从燃烧室5中 排出。内燃机l经由化油器10被供给燃料/空气混合物,其中混合物入口 11通入曲轴箱3中。燃烧用空气经由空气滤清器12抽吸并且经由抽吸 通道13和化油器IO供给到混合物入口 11。在活塞6向上运动时,由 于在曲轴箱3中产生的负压,混合物经由混合物入口 ll抽吸到曲轴箱 3中。在活塞6向下运动时,抽吸到曲轴箱3中的混合物经由溢流通道 14导向入口窗8并且流入燃烧室5。在活塞6继续向上运动时,入口 窗8和出口9被封闭,使得存在于燃烧室5内的混合物被压缩。压缩 的混合物通过火花塞15点火,膨胀的燃烧气体朝下推动活塞6,此时 出口 9打开并且燃烧气体可以流出。流入的燃烧用空气量通过化油器 10中可回转的节气10a控制。在所示实施例中,由曲轴4驱动发电机16旋转,其构成为信号发 生器并且尤其是构成为带有向电负载供电的电功率的交流发电机。感 应的交流电压信号仅通过一个导线17输入点火单元18。点火单元18 通过高压电缆25与火花塞15连接。高压电缆25和电导线17作为发动 机单元19与点火单元18之间的连接对于功能是足够的。可以适宜的是,发电机设有多个绕组或者线圏构成有用于不同负 载的不同分接点。优选设有至少两个线圏,其中第一线圈向第一负载 供电,而第二线圏向第二负载供电。在此线圏的电流回路可以分开。点火单元18与发动机单元19分开地构成并且可以自由装配在发 动机单元19的合适的位置上或者也可以自由装配在由发动机单元19 驱动的装置的壳体上。点火单元18仅通过一个信号线17与发电机16 连接,通过该信号线17输入发电机16的交流电压信号。在点火单元 18中处理交流电压信号18,其中一方面由该交流电压信号导出角度信 息信号,并且该信号另 一方面也提供电能用于不同的电负载如点火单 元18、化油器加热装置36、其它负载35。优选通过曲轴旋转连续的交流发电机16交流电压信号S (图3) 一方面输入用于提供能量的输入单元30,并且另一方面输入用于提供 角度信息的单元33。输入单元30因此处理交流电压信号S并且向高压 单元31提供运行必要的电能,该高压单元31通过电缆25与火花塞l5 连接。交流电压信号S的电能不仅可以给点火单元18本身供给必要的 能量,经由负载线可以有利地运行化油器IO上的化油器加热装置36。 经由接头35可以连接其它的内部的或外部的负载例如目标激光器或者 灯或者也可以给例如用于向点火单元18供电的蓄能器例如蓄电池充 电。另 一方面输入单元30将交流电压信号S处理成角度信息信号W(图 6),它经由评估单元33的判断棱形32或者直接输入点火时刻控制装 置34。点火时刻控制装置34优选包括带有相应的周边构件的微处理 器。评估单元33的输出信号同样输入点火时刻控制装置34。点火时刻 控制装置34控制高压单元31,以便角度精确地触发火花塞l5上的点 火火花。通过该控制装置也可以运行其它的功能,例如用于燃料喷射 的喷射或者其它机电一体化的部件。在发动机单元19中采用的交流发电机16有利地构成为所谓的齿 形电极发电机,如其在图2中示意示出的。它主要包括一个与壳体固 定的线圈体20,该线圏体20通过固定接板24位置固定地固定在曲轴 箱3上。线圈26由总共十二个爪齿27包围,其中爪齿27交替地从一 个端面和另一个端面包围线圈26。爪齿27构成用于交变磁通的磁路的 一部分。转子21在所示实施例中集成在叶轮28中,该叶轮28不可相对转 动地固定在曲轴4的端部上并且与曲轴4一起旋转。转子21包括一个 由十二个永久磁23构成的磁环21,这些永久磁铁23以交替的磁极 N、 S均匀分布地设置在转子的圆周上。为此采用一个支持环29,该支 持环29也可以构成磁性接地环。由于相邻永久磁铁23的交替的极性, 在转子21旋转时交变的磁通量穿过线圈体20的线围26,该线圈体导 致相应的感应的交流电压信号,该信号经由导线17输入点火单元18 中的输入单元30。在将线圏体20装配在内燃机1的曲轴箱3上时适宜 的是,作为定子的线圏体20的转动位置这样定位,使得当例如出口9 打开、活塞6位于上死点或者入口 8打开时,感应的电压交零。按图2 的交流发电机的理想化的电压曲线在图3中示出。该电压是作为标准 化的电压U/t)示出的,并且关于曲轴的转动位置即关于曲轴转角。KW 表示。交流发电机16的结构上的构造这样适配于曲轴旋转,使得交流电 压信号S的周期T对应于曲轴旋转的n分之一。在按图3的实施例中, n是一个优选大于2的整数。数值n优选位于5和8之间,尤其是4和 7之间。在该实施例中选择数值n为6。也可以有利地设定直至最大12
的较大的数值或更大的数值,因此关于曲轴旋转的交零的数量更大。如果周期T设计为曲轴旋转的六分之一,那么周期T对应于 60。KW。相应地曲轴的一转(360°KW)分成六个曲轴间隔I、 II、 III、 IV、 V、 VI,如在图3上方用条形示出的以及在图4中作为圆图示出的。定子或线圏体20的每两个爪齿27分别与两个永久磁铁23产生具 有正的和负的半波的完整的交流电压波,其中交流电压波无间隙地彼 此相连。得到对应于图3的连续的曲线。在划分成六个曲轴间隔I至VI 的情况下因此得到交流电压信号S的十二次交零O"因此可以定义十 二个零位间隔Ni,例如Nb N2、 N;j等。每个零位间隔Nj通过交流电 压信号S的两个接连的、优选相邻的交零Oi和OiM限定。交零Oi的 顺序对应于角度信息信号W (图6),该角度信息信号W在点火单元 18的输入单元30中准备。在每一零位间隔Ni,由输入单元30计算间 隔转速ni,使得每个零位间隔Ni对应一个间隔转速ni。如交零Oi至012那样,在图4中同样示出了相应曲轴转角间隔I 至VI或者说零位间隔^至Nu的对应关系。由图4可见,两个交零例 如Ch和02的间距正好相当于30。曲轴转角,由该关系可以直接导出曲 轴4在相应零位间隔N!中的角速度co。交零Oi因此在曲轴旋转上均匀 分布。可能足够的是,在曲轴旋转的仅一部分上因此例如在TDC前 120。KW至TDC后120。KW之间评估交流电压信号。然后也足够的是, 这样构成发电机,使得仅在该区域上产生交流电压信号。在此优选这样选择定子与转子在设计上的配置,使得活塞的上死 点TDC緊跟在交零Ol后面,优选在后面大约15。KW。在此适宜的是 将上死点TDC设置在信号S的最大值的附近或者最大值处。然后相应 地活塞的下死点BDC在此大致处于195。KW处。在图5中示出了在内燃机l运行时关于时间t的交流发电机16电 压信号U。电压幅值和交零间距与转速n成比例。交零Ni至Nu近似 与负载无关,从而零位间隔直接是用于转速的合适的参数。为了进一 步排除对交零Oi的位置的可能出现的栽荷影响,适宜的是将连接在发 电机16上的电负栽在交零Oi的区域中基本上保持在无电流状态下;该 负载仅仅在两个交零之间被供给来自发电机的能量。这样由于发电机 无负载,消除了可能出现的电感的或者电容的信号漂移。证明者利的 是在所期待的交零Oi前大约5°KW到该交零Oi后大约1 。KW的区域中
抑制电流。如果间隔转速ni关于间隔Ni表示,那么对于启动过程得到按图6 的转速曲线。对于曲轴旋转在图6中绘出了计算的间隔转速m至iH2。间隔转速的转速曲线构成角度信息信号W,借此可以进行机械曲 轴位置对交流电压信号S的转动位置准确的对应。关于角度间隔Ni的 数量密集地形成了内燃机1的转速曲线。如果观察在曲轴4的至少一 个完整的旋转上的转速曲线W,那么可以过滤出不同的显著的特征, 其中一个显著的特征可以对应内燃机1的一个运行参数。由求得的间 隔转速ni的转速曲线可以与内燃机1的已知的结构特征相结合进行曲 轴角度位置的简单确定。与曲轴4的实际的转角位置。KW无关,随着 其旋转开始,评估间隔转速ni的转速曲线W,以便确定实际的机械曲 轴角度位置。这在曲轴第一转内已经可以实现了,因为转速曲线的显 著特征例如通过在上死点TDC的区域内的压缩、出口 9的打开或者溢 流通道14的打开而在固定对应的零位间隔Ni内形成。通过一条和同一 条转速曲线可以确定内燃机l的多个不同的运行参数。为了实现交流电压信号S对机械的曲轴角度位置的转动位置正确 的对应,按本发明的第一实施例,间隔转速ni的转速曲线W探测到形 成的转速最小值1112,其中在转速最小值nu的相应的曲轴角度间隔N12 中曲轴角度位置大致相当于活塞6在上死点TDC处的位置。为了更快速和更精确地确定曲轴的实际机械转角位置,可以附加地评估在曲轴 角度间隔Nn中电压信号F的极性。关于图3中理想化的视图,零位间 隔&至Nu可以通过点火单元18的电子装置毫无困难地区分,因为零 位间隔Nh N3、 N5、 N7、 N9和Nn具有正的半波,而其它的零位间隔 N2、 N4、 N6、 N8、 N,o和Nu具有负的半波。另外如果交流发电机12的转动位置即在按图2的实施例中构成定 子的线圈体20的转动位置这样进行,使得电压信号S的交零012处于 活塞6的上死点TDC,那么在交零Nj和机械曲轴角度位置之间就可以 实现大体上明确的对应关系。可能适宜的是,定子20的转动位置这样调节,使得转速最小值1112 的曲轴角度间隔N12关于上死点TDC对称,使得通过相邻间隔转速n„ 和的简单比较可以没有大的技术耗费地确定转速最小值。适用:n1l > n12 如果要在启动时为交流电压信号s与曲轴的快速配置提供有利的前提条件,有利的是这样设置定子相对于转子的旋转定向,使得电压信号S的交零Ol緊靠活塞上死点TDC前面,优选在TDC前面大约 15。KW。
按图1的内燃机1的启动过程也显示特征性的转速加速,其总是 以零位间隔Ni的相同间距出现。如果由许多启动过程确定按图8的基 准曲线R,那么借助于基准曲线R可以按简单的方式识别实际的机械 曲轴角度位置。为此对求得的间隔转速进行标准化(nm。m)并且与基 准曲线R的相应间隔Ni的基准转速nref进行比较。在标准化的间隔转 速之间的差值nm„m(i) - nreKi)用于计算总误差。如果实际的转速曲线和 基准曲线近似或者说一致,那么形成的总误差几乎为0。因此在图9中 活塞6的位置并且由此曲轴4的转角位置在间隔Lb L2、 L3、 L4和Ls 中如下可靠地识别,即总误差大致为0。相应地在总误差大致为0的时 刻,点火时刻控制装置34进行点火。
在本发明的另一种设计方案中,转速曲线W通过对应于图10进 行差分作为差分曲线D示出。在此优选地不涉及数学的差分,因为这 在数学上是非常耗费的。如果评估每零位间隔的转速改变,那么近似 得到相同的结果。在此适用:"=~ =>"'=zV?(/ ~>/+1)
因为零位间隔延伸30。KW,所以An通过时间测量进行检测。这样 得到的差分曲线D在曲轴角度KW的所属的间隔中具有显著的拐角 H,其允许曲轴角度的明确的对应。如果点火单元18为交流电压信号S 对应明确的机械曲轴角度位置,那么通过简单地计数交零可以跟踪实 际的曲轴角度位置。转速曲线W本身的进一步的评估可以取消。电的 交流电压信号S角度正确地对应于实际的机械曲轴角度位置,该信号 角度准确地锁定。在每次交零Oi时,点火单元18识别实际的机械曲轴 角度位置,使得棱形37可以将准备的角度信息信号W直接输入点火 时刻控制装置34。取消了在评估单元33中用于将交流电压信号S对应(锁定到)实际的机械曲轴角度位置而对角度信息信号w"进行的评估。在两个交零之间,按本发明的另一特征,进行曲轴角度位置的外推,其中分别从一个交零Oi出发。在此可以发现,虽然直至到达下一 个交零Oh出现角度误差,但是它在大约1。的曲轴角度范围内并且在 到达下一个交零oi+1时又可以设置为零。外推的角度误差的方向提示压缩或者说膨胀,其中在完全燃烧之后出现最大的误差,即在减速(由 于压缩)变成加速(由于燃烧)的时刻。在图11中可见,角度误差清楚地显露出来并且允许在活塞6的上 死点TDC的区域内即在时刻L和T2对曲轴角度间隔进行对应。为了可以更精确地确定曲轴的实际转角位置,交流发电机16的转 动位置即定子20的转角位置可以有利地这样设定,使得电压信号S的 交零Oi处于曲轴4的转角位置,该转角位置大致位于TDC前大致 40。KW、尤其是15。KW的点火时刻区域之前。优选地这样调节交流发 电机16的定子和转子之间的旋转定向,使得-尤其是正的-电压最大值 处于活塞的上死点TDC。在另一种设计方案中交零Oj直接在内燃机的 点火时刻区域之前会是有利的。在本发明的改进方案中,点火单元18包括彼此分开的结构组件 18a、 31,它们构成独立的结构单元。例如一个结构组件由电子控制单 元18a如微处理器或类似仪器构成,并且另一个结构组件由高压单元 31构成。因此控制单元18a可以与高压单元31分开地设置在工作器具 的在热方面有利的区域上。适宜地设置在发动机单元19的构件上或其 附近。例如控制单元18'a可以设置在混合物准备装置例如化油器10 上。发动机单元19适宜地与化油器10 —起通过抗震元件悬挂在工作 器具的壳体内,其中化油器IO有利地经由例如弹性地构成的通道13a 弹性地连接在内燃机1上。控制单元18'a也直接设置在化油器10的壳 体上具有有效的振动脱耦的优点,因为化油器IO通过抗震元件与工作 器具的壳体脱耦并且由于弹性地连接在内燃机1上而与之在振动上脱 耦。因此实现电子控制单元18'a的振动脱耦的设置,而不必经由抗震 间隙敷设至高压单元31或至发电机16的电连接导线。进行了对于控 制单元18'a在热方面有利的设置,这种设置是低振动的并且也是低污 染的。作为替代方案也可在曲轴箱3上或其附近设置控制单元18'〃a,即 例如在发电机16附近、在气缸2下方。对于控制单元18〃a也在曲轴箱 3的部件上得到有利的位置,该部件远离气缸2,即如图l所示在曲轴 箱3下。在按图12的实施例中,交流发电机16构造为星形发电机,也就 是具有星形径向定向的电极42的发电机16。定子40的线圏体20包括 由单个叠片41制成的叠片组,其中单个叠片41彼此轴向堆叠。叠片 组具有单个的柱形的线圏架,这些线圈架从径向内部一直延伸到外圆 周44。支柱构成了单个电极42并且用作感应线團22的支架,其中至 少一个支柱设置在相应的柱形电极42上。在所示出的实施例中,总共 设置了 12个支柱,它们沿圆周方向以相同的优选为30。的间距U彼此 间隔开。为了固定定子40,在两个彼此大致对置的支柱中设置了连续的轴 向的固定口 48,它们穿过叠片41并且用于容纳固定螺栓,利用这些固 定螺栓将定子40不可相对转动地固定在例如曲轴箱3 (图1 )上。具 有固定口 48的支柱没有线圏地构成。定子40优选浇注而成,为此在 柱形电极42的底脚上套上圆柱形的底板45,该底板轴向突出超过叠片 组的端面。相应地支柱在其自由端部上承载着盖板46,其轴向长度相 应于底板45的轴向高度。在底板45和盖板46之间的空间用模铸树脂 或类似材料填充。由此将线圏固定在单个的柱形电极42上,并且防止 机械损坏。选择具有固定口 48的支柱,使得沿圆周方向在一侧在它们之间有 四个电极42,并且在另一侧有六个电极42。彼此错接的线圈22的总 信号相应于交流信号S,如在图3中所示。如在按图2的实施例中,转子52由轮体50构成,其在本实施例中 构成了内燃机的叶轮51。在面向定子40的一侧构成了容纳筒55,在 该容纳筒中装入了磁环30,该磁环沿圆周方向以相同的间距A交替地 磁化为北极N或者说南极S。通过这种方式在圆周上构造十二个永久 磁铁23。为了使磁环60在转子52的容纳筒55中旋转位置准确,设置 了端面的定位槽39。通过这些定位槽39确定了磁环60的位置相对于 曲轴的位置。在装配状态下, 一件式的磁环60以其内圆周以微小的间距处于定 子40的外圆周44上方,定子40完全处于磁环60中。如果转子52旋 转,那么磁环60的交替磁化导致在电极42中产生交变通量,由此感 应出交流电压信号S,如在图3和5中所示。
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