二衝程內燃發動機空燃比的調節的製作方法
2023-06-03 02:01:36 3
二衝程內燃發動機空燃比的調節的製作方法
【專利摘要】為了滿足嚴苛的排放標準並且改進二衝程曲軸箱掃氣式發動機的性能，發動機的消聲器（13）設置有混合裝置（130、31），用於將由混合物參與燃燒產生的廢氣（42）與由掃氣產生的氣體混合，使得在消聲器（13）內形成大致均勻的氣體混合物，並且用於感應氧濃度的裝置（81）處於所述均勻氣體混合物中並且設置成向控制單元（80）提供輸出值，用於控制對發動機的燃料供應並且進而控制燃燒室（41）中的空燃比。消聲器（13）適當地設置有催化元件（140），優選地為三效催化器。發動機（1）優選地為分層進氣式發動機。
【專利說明】二衝程內燃發動機空燃比的調節
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機的空燃比控制系統以及調節所述發動機空燃比的方法。在燃料供應部分(諸如汽化器或燃料噴射系統)中調節空燃比，並且所述燃料供應部分包括用於調節空燃比的控制單元。在具有控制單元的反饋迴路中設置氧濃度感應裝置以幫助提供適當的發動機空燃比。此外，所述發動機產生由空氣-燃料混合物參與燃燒而產生的廢氣以及由掃氣過程產生的其他氣體。
【背景技術】
[0002]萊姆達傳感器(Lambda sensor )或氧傳感器通常用於通過確保發動機充分和乾淨的燃燒其燃料來減少具有四衝程發動機的車輛的排放。傳感器通常構造成使一個電極處於排氣管中，而另一個電極接觸環境空氣。傳感器通過測量廢氣與環境空氣之間的氧濃度差工作。傳感器通常輸出電壓，並且呈現出其中空燃比接近化學計量的步進式電壓特性。化學計量的空燃比對應於λ=1並且意味著對於四衝程發動機而言的功率、燃料燃燒率和排放量之間良好的折中，λ〈I意味著較高的電壓輸出並且對應於燃料過量,而λ >1意味著較低的電壓輸出並且對應於空氣過量。當發動機處於低負載情形下時(例如當非常柔和的加速，或保持恆定速度時)，其工作狀態被稱為「閉環」模式。這指的是控制單元與萊姆達傳感器之間的反饋環，其中控制單元調節燃料量並且期望在萊姆達傳感器的響應方面發生變化。當發動機力圖保持平均的最接近化學計量比時，該環路使得發動機能在連續環路上在供料略微貧化(lean)的情形或供料略微富化(rich)的情形下工作。當發動機處於高負載(例如，節流閥全開)時，忽略氧傳感器的輸出，並且控制單元自動使混合物富化以保護髮動機，因為負載下的啟動失敗更可能導致損壞。這是指發動機在「開環」模式下工作。在這種狀態中，傳感器輸出的任何改變都將被忽略，因為燃料噴射是根據預定的所謂燃料映射(fuelmap)來控制的。燃料的閉環反饋控制根據實時的傳感數據改變燃料輸出而並非根據預定的(開環)燃料映射工作。通常，萊姆達傳感器僅在被加熱到約300°C時有效地工作，並且因此當今傳感器中的許多具有集成的加熱元件以保證正常的工作。
[0003]四衝程發動機的缺點是它們太過沉重，並且因此它們非常不適於旨在由操作者攜帶的應用。實際上，存在其中二衝程發動機是優選的多個應用，諸如鏈鋸，截頭器，切割機或鼓風機等，對於這些應用，高的功率-重量比尤其重要。二衝程發動機就其簡單設計和長壽命方面而言也是有利的。然而，二衝程發動機的主要缺點在於它們排放性能差。為了符合更嚴格的排放標準，已經對在反饋迴路中使用萊姆達傳感器和控制單元來調節二衝程發動機的空燃比進行了一些嘗試。然而，在四衝程發動機的排氣管中測量λ的方法不適用於二衝程發動機，因為掃氣空氣將隨著由燃燒室內的燃燒過的空氣燃料混合物產生的廢氣而進入排氣管中。因此，排氣管中對應位置處的λ將波動並且不對應於參與燃燒的氣體的入。
[0004]JP8144817和JP8189386 (Yamaha)披露了一種使用在二衝程發動機中與控制單元連接的萊姆達傳感器的方法。為了解決掃氣空氣被泵吸到排氣通道中的問題，已引入與燃燒室連通的子排氣通道，在該通道中檢測λ。子排氣通道設置有閥門，這些閥門設置成以在掃氣空氣到達之前關閉的方式關閉和打開通道。因此，檢測到的λ將接近燃燒λ。然而，該解決方案是相當複雜和成本高昂的，並且還需要汽缸中的附加閥門和管道。此外，存在閥門可能由例如菸灰和/或油堵塞的風險，這將降低閥門的工作性能並且進而降低燃燒λ測量的準確性。
[0005]DE202006018582U1 (Dolmar)也披露了一種使用在二衝程發動機中與控制單元連接的萊姆達傳感器的方法。與上述兩份日本專利文獻相似，該德國專利文獻披露了一種改進燃燒λ的測量的方法,但將萊姆達傳感器置於汽缸中的活塞配流空間(piston portedspace)內。該空間開設在燃燒室內並且通過移動活塞來反覆打開和關閉，使得該空間在掃氣空氣到達燃燒室前是關閉的。因此，檢測到的λ將接近燃燒λ。該解決方案的缺點是二衝程發動機的理想燃燒λ約為0.70到0.95。對於當今萊姆達傳感器的操作，如此低的值是難以檢測到的。儘管寬帶萊姆達傳感器適於檢測所述範圍內的λ值，但對於該應用它們太過昂貴。此外，對燃燒室打開和關閉的內包空間的燃燒λ檢測結果似乎並非非常精確的，因為在λ檢測之後不能完全清空該空間，並且因此，在檢測λ中的氣體可能是由之前的燃燒產生的氣體。此外，該空間可能會積油，這可導致萊姆達傳感器的關鍵部分至少部分被油覆蓋，這會降低萊姆達傳感器的工作性能。
[0006]US6912979 (Stihl)披露了一種在近似0.2到0.6的範圍內調節曲軸箱中的λ的方法，並且因此，不同於日本專利文獻和德國專利文獻所提出的，λ並非在參與燃燒的空氣燃料混合物的廢氣中檢測。該美國專利文獻表明曲軸箱中的該λ範圍意味著燃燒燃燒室內的λ可被調節至0.70到0.95的範圍。然而，如此低的λ值(0.2-0.6)是難以以成本有效方式檢測到的，如上面部分中所討論的。
[0007]對於二衝程發動機而言，已證明將燃燒室內的λ調節在0.70-0.95的範圍內是有利的，這表示存在燃料過量。然而，如前面部分所討論的，使用傳統萊姆達傳感器是難以檢測該範圍的。這意味著，儘管日本專利文獻和德國專利文獻已接近檢測燃燒λ，但它們的解決方案生產起來太過昂貴。因此，有必要解決以上技術問題以滿足更嚴格的排放標準並且改進二衝程發動機的性能。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種調節二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機的空燃比的方法，其消除了現有技術的缺點。
[0009]該目標通過提供一種調節二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機的空燃比的方法，通過提供第一段中的布置並且提供處於廢氣的大致均勻混合物(所述混合物是由於燃燒產生的氣體與由於掃氣產生的氣體的混合物)中的氧含量感應裝置實現，並且其中所述方法還包括以下步驟:
[0010]a)檢測氧濃度感應裝置的實際值；
[0011]b)將所述實際值與目標值進行比較；以及
[0012]c)以響應於所述比較的方式調節空燃比，以減少目標值與實際值之間的差異。優選地重複步驟a)至C)。
[0013]由此消除了所描述的僅檢測由空氣燃料混合物參與燃燒產生的廢氣部分中的λ值的缺點，即，不需要汽缸中的附加的閥或管。這顯著降低了製造成本和由增加的多個部件導致的成本。此外，已經證明對於檢測由於燃燒產生的氣體與由於掃氣產生的氣體的大致均勻混合物的λ是非常有利的，因為至少對於發動機的特定結構而言，所述均勻混合物的λ值等於發動機燃燒室內的理想空燃比I。此外，接近I的λ值可使用傳統類型的萊姆達傳感器來檢測，該傳感器價格非常低廉並且不需要在工作中供能。在發動機的消聲器中提供由燃燒產生的氣體與由掃氣產生的氣體的均勻混合物是非常有利的，因為這樣的話三效催化器(three-way catalyst,三效尾氣淨化催化劑)可在消聲器內工作,這對於減少排放量是非常有益的。
[0014]優選地，所述方法還包括以下步驟:
[0015]d)作為第一步，檢測至少一個發動機參數；
[0016]e)對於相對於至少一個發動機參數的特定第一情形，執行步驟a)至C)，所述第一情形至少在周期過程中出現；
[0017]f)對於相對於至少一個發動機參數的特定第二情形，由步驟g)替換至少步驟C)，優選地替換步驟a)、b)以及和c)；
[0018]g)使用燃料映射以確定合適的空燃比，並且以響應於所述燃料映射的方式調節空燃比。
[0019]由此，發動機可在使用燃料映射的開環模式與使用氧濃度感應裝置的輸出值的閉環模式之間切換。這在閉環模式不能在所有情形下充分高效工作時(例如在高負載下或在啟動時)是非常有益的。
[0020]本發明的另一目的是提供一種二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機的空燃比控制系統，其消除了現有技術的缺點。
[0021]該目標通過這種類型的控制系統實現，該控制系統包括通過至少控制供應至發動機的燃料的量來調節發動機的燃燒室中的空燃比的控制單元。此外，廢氣管構造成排出來自發動機的廢氣，並且消聲器與該廢氣管連通。此外，用於感應氧濃度的裝置位於消聲器中，並且設置成向控制單元提供輸出值。
[0022]優選地，用於感應氧濃度的裝置在一位置處位於消聲器中，在該位置處，已由混合物參與燃燒與由掃氣產生的氣體形成均勻或至少大致均勻的氣體混合物。
[0023]優選地，消聲器設置有混合裝置，該混合裝置用於將由於混合物參與燃燒產生的廢氣與由於掃氣產生的氣體混合，這實現消聲器內的大致均勻的氣體混合物。用於感應氧濃度的裝置優選位於混合裝置的下遊。
[0024]由此消除了所描述的萊姆達傳感器處於僅由於的空氣燃料混合物參與燃燒而產生的廢氣部分中的上述缺點。此外，已證明將用於感應氧濃度的裝置設置於由於燃燒產生的氣體與由於掃氣產生的氣體的均勻混合物中是非常有益的，因為至少對於發動機的特定結構，所述均勻混合物中的萊姆達值等於發動機燃燒室內的理想空燃比I。此外，接近I的λ值可使用傳統類型的萊姆達傳感器檢測，該傳感器價格非常低廉並且不需要在工作中供倉泛。
[0025]在從屬權利要求中以及在下面的詳細描述和附圖中闡述了其他實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]在下文中，將參照優選實施例和附圖對本發明進行更詳細的說明，附圖中:[0027]圖1是手持式電動工具(更具體地為鏈鋸)的側視圖。
[0028]圖2是具有燃料供應部分和位於消聲器內的氧濃度感應裝置的曲軸箱掃氣式二衝程內燃發動機的示意圖。
[0029]圖3是分層進氣型二衝程發動機的截面側視圖。
[0030]圖4是分層進氣型曲軸箱掃氣式二衝程內燃發動機的截面俯視圖，該內燃發動機連接消聲器，該消聲器具有催化元件和用於混合廢氣的裝置。
[0031]圖5是圖1中的消聲器的立體圖。
[0032]圖6是圖5中的消聲器的截面立體圖，示出了用於混合廢氣的裝置。
[0033]圖7是示出了依據廢氣空燃比而變化的三效催化器的轉換效率的曲線圖。
[0034]圖8示出了萊姆達傳感器的步進電壓特性，在該傳感器附近空燃比接近化學計量，這意味著萊姆達值=1。
[0035]圖9是由控制單元以響應於來自萊姆達傳感器的信號的方式對空燃比進行閉環調節的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0036]圖1示出了根據本發明示例性實施例的手持式電動工具，更具體地為鏈鋸。鏈鋸100包括殼體和切割單兀。殼體圍住內燃發動機1，該內燃發動機未不出且具有消聲器13。此外，切割單元包括附接至殼體的導向板101。切割單元還包括鏈條102，該鏈條被支撐在設置於導向板中的周緣導向槽2上方。提供節流扳機(throttle trigger)103和配合的釋放扳機104以啟動或停止鏈條102沿著導向板101的周緣導向槽的運動。此外，殼體可包括後手柄105和前手柄106。此外,可具有前護手罩107和組合鏈條止動杆,用以在切割操作過程中保護使用者。
[0037]在圖2的示意圖中，參考標號I表示二衝程內燃發動機。它是曲軸箱掃氣式的，即，通過管線4供應至燃料供應部分8 (例如，汽化器或低壓燃料噴射系統)的空氣3與燃料的混合物40被抽吸到發動機曲軸箱7中。在本文中，在燃料箱設置成包括還用於對發動機潤滑的燃料與油的混合物的情況下，或者在使用分離的燃料箱和油箱並且發動機由進入曲軸箱的油噴射來潤滑的情況下，術語「燃料」應當理解為還包括燃料與油的混合物。
[0038]從曲軸箱，混合物40被向上運送通過一個或幾個掃氣通道47進入發動機燃燒室41。燃燒室設置有引燃壓縮的空氣燃料混合物的火花塞。排氣42通過排氣口 43並通過消聲器13離開。所有這些特徵在內燃發動機領域都是完全常規的並且因此本文將不再做進一步詳細的描述。發動機具有活塞6，連杆11通過該活塞連接至具有平衡重量的曲軸部分12。通過這種方式，使曲軸迴轉。在圖2中，活塞6採取中間位置，在該中間位置中，通過進氣口、排氣口 43和通過掃氣通道47的流是可能的。燃料供應部分8中的進氣通道2的進入汽缸5中的開口被稱為進氣口。因此進氣通道2由活塞6關閉。通過打開和關閉進氣通道2，在通道內部的產生變化的流體速度和壓力。當燃料供應部分8是汽化器類型時，這些變化大幅影響供應的燃料量。由於汽化器具有微小的燃料供給壓力，其燃料供給量完全受進氣通道2中的壓力變化影響。本主題發明利用這些燃料量的變化產生對供應的燃料量的簡單和安全的控制。燃料的供應量極大地受進氣通道2的打開和關閉導致的進氣通道2內的流速和壓力變化影響。此外，由於曲軸箱掃氣式二衝程發動機或曲軸箱掃氣式四衝程發動機中的曲軸箱可容納相當大量的燃料並且因此用作校平儲存器(leveling reservoir),因而沒有必要調節每次旋轉的燃料供應，即，調節一次旋轉中的燃料供給的操作將影響後續的旋轉。
[0039]儘管圖2中示出的間接燃料供應系統為汽化器型，但該系統可以可替換地或附加地為低壓燃料噴射系統。發動機還可包括直接燃料供應系統，即將燃料直接噴射到燃燒室41中的直接噴射裝置。因此，可通過將曲軸箱7的空氣和燃料混合物排出間接地以及通過將燃料噴射到燃燒室41中直接地為燃燒室41供應燃料。
[0040]設置電控單元(ECT) 80，以用於通過至少控制供應給發動機I的燃料量來調節發動機I的燃燒室41內的空燃比。在所示實施例中，通過打開和關閉燃料供應系統中的燃料閥(未示出)的控制單元80執行該控制。燃料閥可為雙穩定兩位閥。消聲器13設置有感應廢氣中的氧濃度的裝置81，並且裝置81設置成為控制單元80提供輸出值。
[0041]圖3示出了安裝在曲軸箱7上的汽缸5。在汽缸的頂部處設置有火花塞。可看出連杆11的一部分位於曲軸箱內並且可看出活塞6的一部分位於汽缸內。這些部件並未以其整體示出，因此一些特徵可看得更清楚。自然地，汽缸5還具有連接至消聲器的排氣出口，出於清楚起見而根本未在圖3中示出該排氣出口。還應當注意，在圖3中，汽缸定位在曲軸箱的頂部上。通常該定向不會發生大的變化，然而，該定向不應被視為對本發明的限制。
[0042]此外，汽缸5裝配有進氣通道2，空氣燃料混合物從汽化器(圖3中未示出)通過該進氣通道供應給汽缸。汽缸5還具有新鮮空氣供應管45，該新鮮空氣供應管具有用於新鮮空氣供應的至少一個壁通道。每個壁通道在連接口 46中位於汽缸壁的內側上。此外，每個壁通道相對於連接口 46傾斜向下地定向，並且延伸經過進氣通道2併到達汽缸外側上的新鮮空氣供應管道45 (位於進氣通道2的口的下方)。
[0043]此外，如上所述，汽缸具有至少一個掃氣通道47 (圖2)，掃氣通道47通向掃氣口48。掃氣口可以傳統方式成形為從汽缸徑向地向外。對於本領域技術人員來說，汽缸與發動機的其餘部分(例如，汽化器，掃氣管，廢氣管和消聲器等)的相互作用是公知的，對於這些部件及其作為整體的功能的更為詳細的說明是冗餘的。
[0044]在圖4中，這些部件對稱地位於發動機上，已給出位於一側上的部件的數字標記，同時相對側上的部件給出相同的數字標記，但其後都帶有撇(prime)(』)號。通常，當參照附圖時，以撇號表示的對應部件位於紙平面的上方並且因此在一些示圖中並未清楚示出。
[0045]當活塞位於較低的位置時，空氣燃料混合物從曲軸箱通過一個或幾個掃氣管47、47』而向上運送至燃燒室。掃氣管47、47』每個都具有開進汽缸的至少一個掃氣口 48、48』。掃氣管47、47』將掃氣口 48、48』連接至曲軸箱。掃氣管47、47』可以傳統方式布置成從汽缸徑向地向外，或者如在圖4中所示設置成與掃氣口 48、48』相切。掃氣口 48、48』在特定的活塞位置處連接至燃燒室，即，活塞的運動控制掃氣口 48、48』對於燃燒室的打開和關閉。可替換地，掃氣口 48、48』的打開/關閉可由止回閥(例如，簧片閥)(未示出)控制。以靠近每個掃氣口 48、48』並且定位於沿汽缸壁略微更下方的方式來布置用於新鮮空氣的對應的附加空氣口 46、46』。裝配有節流閥(未示出)的附加空氣入口(未示出)具有附加空氣管，該附加空氣管分成多個分支延伸部45、45』(示例為兩個)，所述分支延伸部在附加空氣口 46、46』處終止。附加空氣入口通過空氣過濾器(未示出)吸入空氣。
[0046]在發動機I的運行過程中(在本文中不再進一步詳細地描述該運行)，附加空氣口46,46'將在特定活塞位置處通過活塞中的凹部49、49』連接至掃氣口 48、48』，即該連接是活塞控制的。在圖3中，該凹部被示出為虛線矩形。由此，新鮮空氣可流過空氣入口進入掃氣管47、47』中。可替換地，附加空氣口 46、46』與掃氣口 48、48』之間的連接可由止回閥(例如簧片閥)控制。沿著從掃氣口 48、48』朝向曲軸箱的方向，掃氣管47、47』將部分或全部被新鮮附加空氣填充。隨著活塞繼續移動，附加空氣口 46、46』與掃氣口 48、48』之間的連接關閉，並且此後掃氣口 48，48』將對於燃燒室41打開，首先供給附加空氣以通過排氣口將廢煙氣(exhaust fume)排空,然後供給來自曲軸箱的空氣/燃料混合物。
[0047]因此，在二衝程曲軸箱掃氣式發動機I中，其中在發動機活塞6的上衝程中附加空氣被供給至至少一個掃氣管47,由活塞配流閥(piston portedvalve) 6、46、46』、48、48』、49,49'、47、47』、45 控制對掃氣管 47 的供應，並且閥門 6、46、46』、48、48』、49、49』、47、47』、45的狀態(即打開或關閉)取決於發動機活塞6的位置。
[0048]在圖4示出的實施例中，消聲器13直接安裝至汽缸5的排氣口 43，其中消聲器入口 132與汽缸排氣口 43對準。消聲器13適當地為催化消聲器，具有用以減少未燃燒燃料的排放的至少一個催化元件140。元件140為傳統的設計並且優選地由塗覆有催化材料且製備為形成流通柵格(flow-through grid)的一長段細金屬線製成。可替換地,可將塗覆的金屬片的薄層(波紋狀和平坦的)卷繞以形成一元件。還可在消聲器內使用多個塗覆的緩衝板來執行催化功能。
[0049]催化元件140優選地為三效催化器。三效催化轉換器同時具有三個任務:
[0050]1、將氮氧化物還原成氮氣和氧氣:2N0x — X02+N2[0051 ] 2、將一氧化碳氧化成二氧化碳:2C0+02 — 2C02
[0052]3、將未燃燒的碳氫化合物(HC)氧化成二氧化碳和水:
[0053]CxH2x+2+[(3x+l)/2]02 — xC02+(x+1)H20
[0054]當發動機在化學計量值附近的空燃比的窄帶範圍內工作時，三效催化器是有效的，使得廢氣在富化(燃料過量)與貧化(氧氣過量)情形之間變化。然而，當發動機在該空燃比範圍之外工作時轉化效率下降得非常快。在貧化發動機工作情況下，氧氣過量並且不利於NOx的還原。在富化情況下，過量的燃料在催化之前消耗所有可用的氧氣，因此僅有存儲的氧氣能夠用於氧化反應。由於有效的NOx還原和HC氧化的衝突性的需求，閉環控制系統是必需的。控制系統必須防止NOx還原催化劑變得完全被氧化，同時補充氧氣存儲材料以維持其作為氧化催化劑的功能。因此，裝配有三效轉換器的發動機通常裝配有使用一個或多個氧傳感器的計算機化閉環反饋燃料供應系統。圖7是示出了用於三效催化器的NO、CO和HC的依據廢氣空燃比變化的轉換效率的曲線圖。
[0055]除了催化元件140外，消聲器13容納有混合裝置130、131 ;136，混合裝置實現廢氣42的混合，從而在至少消聲器13的一部分中實現均勻的混合物。所述混合裝置是這樣的結構，該結構包括柵格136 (圖4)和/或壁130 (圖5和6)和/或開孔131 (圖5和6)和/或網和/或任何其他混合氣體的結構，並且優選地構造成使得，在廢氣流穿過廢氣口 43和消聲器13的入口 132時，廢氣流的至少一部分從其方向偏轉。在混合裝置130、131 ；136的下遊在消聲器13中，氧濃度感應裝置81安裝成位於儘可能均勻的廢氣流中，並且因此給出正確的氧濃度。混合裝置130，131 ;136將由於混合物參與燃燒而產生的廢氣42與由於掃氣導致的氣體混合，從而在消聲器13內形成均勻的氣體混合物。消聲器還包括位於催化器140下遊的消聲器出口 133。
[0056]此外，如圖5和圖6中所示，消聲器13旨在通過螺紋件(未示出)附接至汽缸5。在消聲器13內，兩個螺紋件中的每一個均延伸穿過防止螺紋件接觸廢氣的環護管137。廢氣穿過消聲器入口 132進入，之後穿過壁或擋板130中的開孔131，所述壁或擋板將消聲器分成兩個室，位於混合裝置130、131上遊的第一室134和位於混合裝置130、131下遊的第二室135。氧濃度感應裝置81位於第二室135內。廢氣通過管道138離開消聲器並且通過消聲器出口 133排出。消聲器在圖5和圖6中示出為不具有催化器140，然而如果要添加的話，催化器應當置於氧濃度感應裝置81的下遊。
[0057]氧濃度感應裝置是傳統的萊姆達傳感器81，並且其詳細的說明不再贅述。例如，可使用氧化鋯傳感器(例如來自博士(Bosch)的氧傳感器LSMlI)或氧化鈦傳感器。傳感器突出到由於空氣燃料混合物參與燃燒而產生的廢氣以及由於掃氣而導致的額外氣體的流中，並且設置成使得組合的氣體在一個電極周圍流動，而另一個電極接觸外部空氣(環境)。對混合廢氣中殘留氧濃度進行測量。電極表面在傳感器的廢氣端處的催化作用在λ=1附近的區域產生步進型傳感器-電壓曲線。如果需要的話，可通過陶瓷鎢加熱器從內部加熱有源傳感器陶瓷(可為固體Zr02固態電解質)，使得無論廢氣的溫度如何，傳感器陶瓷的溫度保持在350°C功能限制以上。然而，在本申請中通常不需要這種加熱。
[0058]圖8是示出了在不同的氧濃度下萊姆達傳感器81的電壓輸出信號的明顯步進的曲線圖。如可看出的，萊姆達傳感器8非常有效地檢測λ=1。對於手持式電動工具(諸如鏈鋸)，發動機I的燃燒室41內的萊姆達值等於I不能很好的工作，因為理想的λ值在0.7到0.95的範圍內。然而，由於廢氣被掃出，消聲器13內檢測到的λ值將高於燃燒室41的λ。實際上，已發現至少對於特定發動機設計，消聲器13中等於I的λ值使燃燒室41內的空燃比接近最佳化。由於廢氣的掃出，未受影響的廢氣流中λ值將顯著地變化並且因此必須使源於燃燒和掃氣的混合物在測量λ值前混合。將消聲器13內的λ值控制在I附近提供了在位於萊姆達傳感器81下遊的消聲器中設置三效催化器140的可能性，這就排放控制方面而言是積極的。
[0059]圖9是由控制單元80以響應於來自萊姆達傳感器81的信號的方式進行空燃比閉環調節的示意性框圖。在從萊姆達傳感器81接收信號時，控制單元80確定平均實際λ值是大於還是小於通常為I的目標值。如果λ〈目標值，則增大空燃比，而如果λ>目標值，則減小空燃比，在兩種情形中都是通過控制燃料供應閥來實現期望的效果。理想的空燃比(目標值)優選地等於發動機I的燃燒室41中介於0.7到0.95的範圍內的萊姆達值。
[0060]因此，本發明提供一種調節二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機I的空燃比的方法，其中在燃料供應部分8 (諸如汽化器或燃料噴射系統)中調節空燃比，並且所述燃料供應部分8包括用於調節所述空燃比的控制單元80，並且發動機I產生廢氣42，該廢氣包括由於空氣-燃料混合物參與燃燒產生的氣體和由掃氣過程產生的其他氣體。根據本發明，所述方法包括在所述廢氣的大致均勻的混合物中設置氧含量感應裝置81的步驟，並且所述方法還包括以下步驟:
[0061]a)檢測氧濃度感應裝置81的實際值；
[0062]b)將實際值與目標值比較；以及
[0063]c)以響應於所述比較的方式調節空燃比，以減少目標值與實際值之間的差異。[0064]優選地，所述方法包括重複步驟a)至C)。
[0065]有用的其他步驟為:
[0066]d)作為第一步，檢測至少一個發動機參數；
[0067]e)對於相對於所述至少一個發動機參數的特定第一情形，執行步驟a)至C)，所述第一情形至少在周期過程中出現；
[0068]f)對於相對於所述至少一個發動機參數的特定第二情形，由步驟g)替換至少步驟C)，優選地替換步驟a)、b)以及c);
[0069]g)使用燃料映射以確定合適的空燃比，並且以響應於所述燃料映射的方式調節空燃比。
[0070]優選地，所述方法包括重複步驟a)至g)。
[0071 ] 所述至少一個發動機參數可包括發動機速度和/或發動機負載和/或溫度和/或節流閥的打開角度或適當地節流閥杆的位置。在運行過程中校準燃料映射是合適的，以提供在使用燃料映射的模式與使用氧濃度感應裝置81的實際值的模式之間的平穩切換，以用於調節期望的空燃比。優選地，如果步驟d)沒有檢測到實際值，則同樣繼續步驟g)。
[0072]此外，合適的是，步驟d)中空燃比的調節還依據至少一個其他參數)諸如發動機速度或溫度)，並且優選地，在特定的情形中(諸如特定的速度範圍)，還包括調節空燃比使得平均實際值大於目標值，並且在特定的其他情形中，平均實際值小於所述目標值。
[0073]儘管已結合優選實施例示出和描述了本發明，但應當理解的是，可進行多種修改、替換、以及增添，並且它們均落入所附權利要求書的較寬範圍內。例如，儘管結合鏈鋸描述了上述本發明優選實施例，然而本發明還可應用於其他手持式電動工具。通過上文，可看出本發明完成了本發明所述的目的。
[0074]工業應用性
[0075]本發明可應用於減少具有二衝程曲軸箱掃氣式發動機(諸如分層進氣二衝程曲軸箱掃氣式發動機)的手持式電動工具(諸如鏈鋸)的廢氣排放。
【權利要求】
1.一種調節二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機(I)的空燃比的方法，在燃料供應部分(8,80)中調節所述空燃比，所述燃料供應部分諸如為汽化器或燃料噴射系統，並且所述燃料供應部分(8、80)包括用於調節所述空燃比的控制單元(80);所述發動機(I)產生廢氣(42)，所述廢氣包括由空氣-燃料混合物參與燃燒產生的氣體和由掃氣產生的其他氣體；所述方法包括將氧含量感應裝置(81)設置在所述廢氣的大致均勻的混合物中的步驟，並且所述方法還包括以下步驟: a)檢測氧濃度感應裝置(81)的實際值； b)將所述實際值與目標值進行比較；以及 c)以響應於所述比較的方式調節所述空燃比，以減少所述目標值與所述實際值之間的差異。
2.根據權利要求1所述的方法，包括重複步驟a)至C)。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟: d)作為第一步，檢測至少一個發動機參數； e)對於相對於所述至少一個發動機參數而言特定的第一情形，執行步驟a)至C)，所述第一情形至少在周期過程中出現； f)對於相對於所述至少一個發動機參數而言特定的第二情形，由步驟g)替換至少步驟C)，並且優選地替換步驟a)、b)以及c); g)使用燃料映射以用於確定正確的空燃比，並且以響應於所述燃料映射的方式調節所述空燃比。`
4.根據權利要求3所述的方法，包括重複步驟a)至g)。
5.根據權利要求4所述的方法，還包括至少在周期過程中在運行期間校準所述燃料映射，以提供在使用所述燃料映射的模式與使用所述氧濃度感應裝置(81)的實際值的模式之間的平穩切換，以用於調節期望的空燃比。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的方法，其中，所述至少一個發動機參數包括發動機速度和/或發動機負載和/或溫度。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的方法，其中，如果在步驟d)中沒有檢測到實際值，則進行步驟g)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，將消聲器(13)直接安裝於所述發動機(I)的汽缸(5)的排氣口(43)。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括引導所述廢氣(42)通過排氣管(43)到達所述消聲器(13)以及將混合裝置(130、131)布置在所述消聲器(13)內，所述混合裝置(130、131)實現所述廢氣(42)的混合，以便在所述消聲器(13)的至少一部分中實現大致均勻的混合物。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述消聲器(13)設置有入口開口(132)，所述入口開口用於接收所述廢氣(42)的廢氣流，所述流在所述開口(132)處具有一方向，並且所述混合裝置(130、131)為一結構(130、131)，所述結構諸如為壁和/或開孔和/或網和/或柵格，並且所述廢氣流暴露於所述結構(130、131 )，並且所述結構構造成使得所述廢氣流的至少一部分從所述方向偏轉。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的方法，其中，所述氧濃度感應裝置(81)為萊姆達傳感器(81 )，所述萊姆達傳感器定位在所述消聲器(13)中的大致均勻的混合物中。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的方法，還包括在所述消聲器(13)中設置至少一個催化元件(140)。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述催化元件(140)為三效催化器(140)。
14.根據前述權利要求中任一項所述的方法，還包括通過藉助於調節所述發動機(I)的燃料供應以減小或增大所述空燃比來執行步驟c)中的所述空燃比的調節。
15.根據權利要求14所述的方法，還包括通過使控制單元(80)控制燃料閥來調節所述燃料供應，所述燃料閥優選地為至少一個電磁閥。
16.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，步驟c)中的所述空燃比的調節還依據諸如溫度或發動機速度的至少一個其他參數而變化，並且所述空燃比的調節優選地在諸如特定速度範圍的特定情形中還包括調節所述空燃比以使得平均實際值大於所述目標值，而在特定的其他情形中，所述平均實際值小於所述目標值。
17.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述目標值為接近I的萊姆達值，並且優選地所述萊姆達值等於I。
18.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，理想的空燃比與所述發動機(I)的燃燒室(41)中的介於0.7至0.95的範圍內的萊姆達值對應。
19.一種控制單元(80)，使用根據前述權利要求中任一項所述的方法。
20.一種二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機(1)，具有根據權利要求19所述的控制單元(80)。
21.根據權利要求20所述的二衝程曲軸箱掃氣式發動機(1)，其中，所述發動機(I)為分層進氣式發動機(I)。
22.根據權利要求20所述的二衝程曲軸箱掃氣式發動機(1)，其中，在所述發動機(I)的上衝程過程中，對至少一個掃氣管(47)供應附加空氣，並且優選地對所述掃氣管(47)的所述供應由活塞配流閥(6、46、46』、48、48』、49、49』、47、47』、45)控制，並且所述閥(6、46、46』、48、48』、49、49』、47、47』、45)的狀態依據所述活塞(6)的位置而變化，所述狀態即為打開或關閉。
23.一種手持式電動工具，具有根據權利要求20至22中任一項所述的發動機(I)。
24.一種二衝程曲軸箱掃氣式內燃發動機(I)的空燃比控制系統，包括:控制單元(80)，用於通過至少控制供應至所述發動機(I)的燃料的量來調節所述發動機(I)的燃燒室(41)中的空燃比；以及廢氣管(43)，構造成排出來自所述發動機(I)的廢氣(42);以及消聲器(13)，與廢氣管(43)連通，其特徵在於，用於感應氧濃度的裝置(81)位於所述消聲器(13 )中並且構造成對所述控制單元(80 )提供輸出值。
25.根據權利要求24所述的空燃比控制系統，其中，所述用於感應氧濃度的裝置(81)位於所述消聲器中的一位置處，在所述位置處，已由參與燃燒的混合物以及由掃氣產生的氣體形成大致均勻的氣體混合物。
26.根據權利要求24或25所述的空燃比控制系統，其中，所述廢氣管(43)或所述消聲器(13)設置有混合裝置(130、131 ;136)，所述混合裝置用於混合來自所述發動機(I)的所述廢氣(42)，並且其中，所述用於感應氧濃度的裝置(81)位於所述混合裝置(130、131)的下遊。
27.根據權利要求24至26中任一項所述的空燃比控制系統，其中，所述消聲器(13)直接安裝於所述發動機(I)的汽缸(5)的排氣口(43)。
28.根據權利要求24至27中任一項所述的空燃比控制系統，其中，所述氧濃度感應裝置(81)為萊姆達傳感器(81)。
29.根據權利要求24至28中任一項所述的空燃比控制系統，其中，所述消聲器(13)設置有入口開口(132)，所述入口開口用於接收所述廢氣(42)的廢氣流，所述流在所述開口(132)處具有一方向，並且混合裝置(130、131)為所述消聲器(13)內的一結構，所述結構包括壁和/或開孔和/或網和/或柵格，並且所述廢氣流暴露於所述結構(130、131 )，並且所述結構優選地構造成使得所述廢氣流的至少一部分從所述方向偏轉。
30.根據權利要求24至28中任一項所述的空燃比控制系統，其中，所述消聲器(13)設置有催化元件(140)。
31.根據權利要求30所述的空燃比控制系統，其中，所述催化元件(140)為三效催化器(140)。
32.—種二衝程曲軸箱掃氣式發動機(1)，具有根據權利要求24至31中任一項所述的空燃比控制系統。
33.根據權利要求32所述的二衝程曲軸箱掃氣式發動機(1)，其中，所述發動機為分層進氣式發動機(I)。
34.根據權利要求33所述的二衝程曲軸箱掃氣式發動機(1)，其中，在所述發動機(I)的上衝程過程中對至少一個掃氣管(47)供應附加空氣，並且優選地，對所述掃氣管(47)的所述供應由活塞配流閥(6、46、46』、48、48』、49、49』、47、47』、45)控制，並且所述閥(6、46、46』、48、48』、49、49』、47、47』、45)的狀態依據活塞(6)的位置而變化，所述狀態即為打開或關閉。
35.一種手持式電動工具，具有根據權利要求32至34中任一項所述的二衝程曲軸箱掃氣式發動機(I)。
【文檔編號】F02B33/04GK103732888SQ201180072709
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2011年8月5日 優先權日:2011年8月5日
【發明者】米卡埃爾·伯格曼 申請人:胡斯華納有限公司