自動怠速系統和方法
2023-07-14 09:32:06
專利名稱：自動怠速系統和方法
技術領域：
在此公開的主題大體涉及用於小型發動機的轉速調節系統。更具體地，在此公開的主題涉及對於發動機轉速調速器的配置和使用。
背景技術：
小型內燃機可用於多種多樣的動力裝備中。例如，高壓清洗機、木材劈裂機、剪草機、空氣壓縮機，發電機等可採用內燃發動機來給工作部件(例如高壓水泵、液力泵、切割刀片)提供動力。在通常的高壓清洗機中，轉速調節系統可提供用於將發動機轉速維持在調速轉速(governed speed)範圍內。參考圖1，通常的轉速調節系統可包括樞轉式或固定的調速器臂110，該調速器臂110旋轉結合到與發動機結合的離心式或空氣葉片(vane)式 /箔式調速器設備的可旋轉的軸上。樞轉式或固定的調速器臂110可將所述離心式設備連接到所述發動機的節氣門控制器TC。具體地，調速器拉杆112可將樞轉式調速器臂110連接到節氣門控制器TC。另外，調速器拉杆彈簧114可設置來抑制發動機轉速的小變化所引起的調速器臂110的位置的波動。調速器臂110可此外藉由調速器彈簧116連接到固定的機架元件120，所述調速器彈簧116用於在一旦發動機轉速減低時幫助調速器臂110返回到它的初始的位置。在此通常的構造中，隨著發動機轉速增高，力矩在所述離心式設備的可旋轉軸上產生，這進而引起調速器臂110的旋轉。此旋轉使調速器拉杆112運動，從而使節氣門控制器TC向關閉位置運動。以此方式，該轉速調節系統將該發動機轉速維持在預定的調速轉速範圍內。特定的調速轉速範圍可通過調節調速器彈簧116上的張力而設定。例如，此調節可通常涉及使調速器臂Iio連接到調速器彈簧116的部分彎曲或者改變框架元件120上的彈簧安裝。此調節通常僅在製造時或在發動機處於維護時進行。因此，為了實現最佳可能的性能，設備製造者趨向於將調速轉速範圍設定成較高的發動機轉速，以使得泵流、壓力、 切割性能或其它功能特性最大化。因為所述調速轉速範圍不是易於可調節的，所以所述發動機將運行在這種高轉速範圍而無關於泵或刀片是否正在工作。特別是關於泵，因為泵大體具有兩種基本的發動機負荷情形，所以這種單一調速轉速範圍可能是有問題的。在第一模式中，閥被致動以容許泵加壓和流體流動以及做功。在此狀況下，泵對發動機施加非常高的載荷。在第二模式中，閥不致動，這不容許泵供給水流或做任何淨功。在此狀況下，泵對發動機施加非常輕的載荷。因此，通常的使用涉及閥不致動並且泵不做功這一顯著的時間量。因此，因為發動機在它未受載荷的狀態下(即當閥不致動時)也工作在高轉速，所以會存在一些問題，包括從發動機發出的高噪聲等級、因在高轉速下運行而造成的發動機和泵的使用壽命的減小、以及比在較低轉速下所消耗的更高的燃料消耗量。因此，對於小型動力機械例如高壓清洗機、木材劈裂機、剪草機、空氣壓縮機、發電機等，有利的是包括一種控制系統，該控制系統可實現發動機怠速轉速的自動的大量降低而無需任何附加的系統集成，例如聯接到高壓清洗機泵中的水壓控制線。同時，還有利的是，當載荷實施到發動機上時發動機仍快速地響應(即，恢復高速操作)。
發明內容
根據本公開，提供對於發動機轉速調速器的配置和使用。在一方面，提供一種用於小型發動機的自動怠速系統。該自動怠速系統可包括用於連接到小型發動機的發動機轉速調速器。所述調速器可包括響應於發動機轉速可旋轉的調速器軸。調速器聯杆或固定的調速器臂可包括用於連接到所述調速器軸的第一部分和用於連接到所述發動機的節氣門控制器的第二部分，並且所述第一部分可以與所述第二部分可動地連接，例如藉由所述第一部分可樞轉地結合到所述第二部分。致動器可以連接到所述調速器聯杆的所述第二部分， 所述致動器是響應於發動機載荷可動的，以使得所述第二部分相對於所述第一部分從基本位置運動到調節位置。在此構造中，當所述發動機處於低載荷狀態時，所述第二部分可以例如藉由相對於所述第一部分向節氣門關閉位置樞轉從而運動。在另外一個方面，提供一種高壓清洗機。該高壓清洗機可包括作為驅動接合到泵的發動機；結合到所述發動機的發動機轉速調速器；調速器聯杆，將所述發動機轉速調速器連接到所述發動機的節氣門控制器；和致動器。所述發動機可包括可調節的節氣門和開關或閥，所述開關或閥在「開」位置與「關」位置之間是可動的，在所述「開」位置中容許水從所述泵流出，在所述「關」位置中阻止水從所述泵流出。所述調速器可包括響應於發動機轉速可旋轉的調速器軸；和調速器聯杆，可包括連接到所述調速器軸的第一部分和連接到所述發動機的節氣門控制器的第二部分。所述第一部分可以例如藉由可樞轉結合的連接從而與所述第二部分可動地連接，並且所述致動器可以連接到所述調速器聯杆的所述第二部分，所述致動器是響應於發動機載荷可動的，以使得所述第二部分相對於所述第一部分從基本位置運動到(例如樞轉到)調節位置。因此，當所述開關處於所述「關」位置，所述第二部分可例如藉由樞轉相對於所述第一部分向節氣門關閉位置運動。在又一個方面，提供一種用於自動調節所述發動機轉速的方法。所述方法可包括將發動機轉速調速器結合到小型發動機，所述調速器包括響應於發動機轉速可旋轉的調速器軸。所述方法可還包括將調速器聯杆連接在所述調速器軸與所述發動機的節氣門控制器之間，而所述調速器聯杆包括連接到所述調速器軸的第一部分和連接到所述節氣門控制器的第二部分，並且所述第一部分例如藉由與所述第二部分可樞轉地結合或可樞轉地結合到所述第二部分從而與所述第二部分可動地連接。所述方法還可包括使致動器響應於發動機載荷運動以使得所述第二部分相對於所述第一部分從基本位置運動到調節位置。以此方式，當所述發動機處於低載荷狀態時，所述第二部分相對於所述第一部分向節氣門關閉位置運動。以上已陳述了在此所公開主題的一些目標，其全部或部分地通過本公開主題而實現，隨著描述的進行，當結合如以下最佳描述的附圖時，其它的目標將變得明顯。
通過結合僅以解釋和非限制性示例的方式給出的附圖閱讀以下詳細描述，本主題的特徵和優點將更加易於理解，在附圖中圖1是根據現有技術速度調節系統的典型實施例的一種可動的調速器臂的側視圖；圖2是根據本公開主題的實施例的一種自動低速怠速系統的部件的互連的示意簡圖；圖3A至圖3C是根據本公開主題的實施例的一種多件式(multi-piece)調速器聯杆在三個不同操作位置中的側視圖；圖4是與根據本公開主題的實施例的一種自動怠速系統一起使用的一種真空致動器的截面側視圖；圖5A和圖5B是根據本公開主題的實施例的一種自動怠速系統在兩個不同操作位置中的側視圖；和圖6是示出平均進氣道壓力作為發動機轉速和節氣門角度的函數的圖表。
具體實施例方式本主題提供一種用於小型發動機的自動低速怠速系統和方法。在一方面，本主題提供一種系統，該系統設計成當該發動機處於低載荷狀態時(即，當未引起高壓清洗機觸發時)將發動機轉速自動降低到調速轉速範圍以下。具體地，參考圖2，小型發動機E可大體包括可位於發動機E的進氣道中的化油器C，並且化油器C可包括用於控制從化油器C 到發動機E的燃料/空氣混合物的輸送的節氣門控制器TC。在一個特定的實施例中，例如， 發動機E可構造成驅動高壓清洗機系統。具體地，發動機可驅動水泵P，該水泵P可連接到容納噴嘴的杆W。使用者可致動開關或閥S例如杆W上的觸發器，所述開關或閥S可運動到 「開」位置以接合泵P並且開始水流。當開關S運動到「關」位置(例如觸發器被釋放時)， 泵P可脫離接合併且停止水流。或者，開關S運動到脫離接合位置，可起動低壓旁通油路以停止水流並且降低發動機載荷。無關於小型發動機E的具體使用，自動怠速系統，大體標記為200，可包括結合到發動機E的發動機轉速調速器G。參考圖3A至圖3C所示的具體構造，調速器G可具有響應於發動機E轉速可旋轉的調速器軸GS。調速器聯杆，大體標記為210，可用於取代傳統的轉速調節系統的調速器臂110。調速器聯杆210可因此集成到具有多個與所述傳統系統相同的部件的轉速調節系統中，包括將調速器聯杆210連接到節氣門控制器TC的調速器彈簧 114和調速器拉杆112，以及連接到固定的機架元件120上的調速器彈簧116。調速器聯杆210可不同於傳統調速器臂110的地方是，調速器聯杆210可以是多件式部件。具體地，調速器聯杆210可包括連接到調速器軸GS的第一部分212和連接到發動機E的節氣門控制器TC的第二部分214。第一部分212例如藉由可樞轉地結合從而與第二部分214在樞轉點P可動地連接。儘管調速器聯杆210包括多件而非單個調速器臂，調速器聯杆210可以大致相似於傳統調速器臂的方式在受載狀況下工作。具體地，當發動機E轉速相對低時，例如由於調速器彈簧114相對於化油器C的安裝位置趨向於使調速器聯杆210的第二部分214順時針旋轉，所以調速器聯杆210可處於圖3A所示的基本位置(例如，「直」位置)。調速器聯杆 210可還包括防止第二部分214旋轉超過此基本位置的止動器。當發動機轉速增大時，調速器軸GS可旋轉，從而使調速器聯杆210向圖;3B所示的節氣門關閉位置運動，這類似於傳統調速器臂的操作。然而，通過根據發動機載荷以及發動機轉速來調節節氣門控制器TC的位置，從而調速器聯杆210的多件式構造提供附加的功能性。為了實現這種基於載荷的調節，致動器 220可連接到調速器聯杆210的第二部分214。致動器220可以是響應於發動機E的載荷可動的，以使得第二部分214相對於第一部分212例如藉由樞轉從所述基本位置運動到調節位置。具體地，當所述發動機處於低載荷狀態時，致動器220可使第二部分214運動到調節位置，在所述調節位置中第二部分214相對於第一部分212運動或樞轉以使節氣門控制器TC向節氣門關閉位置運動。一旦載荷被施於發動機上，致動器220可容許第二部分214往回運動使得調速器聯杆210又處於基本位置。另外，調速器聯杆210可還包括剛性止動器216以防止第二部分214運動超出最大期望的旋轉來限制可影響節氣門控制器TC的調節的致動器220的操作量。調速器聯杆還可包括偏置機構例如彈簧，該偏置機構可將第二部分214向所述基本位置偏置。另外，致動器220可設計成使得發動機調速器G的操作和發動機E的真空特性能夠克服致動器220所施加的力，而在所述發動機遭遇載荷後發動機轉速無實質的降低。以此方式，自動怠速系統200容許發動機E快速地響應於載荷狀態。在一個特定的實施例中，致動器220可以是與發動機E的化油器C連通的真空致動器。具體地，參考圖4，致動器220可藉由撓性管道222連接到進氣系統真空源中的通道， 例如與在節氣門控制器TC與發動機進氣閥之間的進氣道連通的化油器絕緣接口 Cl。限制器230可位於該通道中或在致動器220自身中，以將進氣道中的不穩定流動所引起的脈動 (pulsation)效應最小化。致動器220可包括響應於化油器C中的壓力而可動的膜片224 ； 和致動杆226，具有附接到膜片224的第一端和結合到調速器聯杆210的第二部分214(圖 3A至圖3C所示)的第二端。例如，第二部分214可具有凸起特徵218 (圖3A至3C所示)，致動杆2 的第二端上的致動器槽2 可結合到所述凸起特徵218。或者，第二部分214可具有連杆槽219(圖 5A和圖5B所示)，致動杆226的第二端可結合到所述連杆槽219中。在上述兩種構造的任一種構造中，致動杆226的運動可引起第二部分214相對於第一部分212的運動，但是因為連杆槽219和致動器槽2 兩者中的任一者的存在，所以調速器聯杆210響應於發動機轉速變化的任何運動將不必傳遞到致動器220。無關於具體構造，致動器220可因此連接在化油器C與調速器聯杆210之間。參考圖5A所示系統，當發動機E受載時，所述進氣系統真空源中的壓力將通常較高。在這種情形下，致動器220將不對調速器聯杆210施力，因此調速器聯杆210可以相似於通常的樞轉型調速器臂的方式操作。然而，參考圖5B，當發動機E處於低載荷狀態時，所述進氣系統真空源中的降低的壓力會致使致動器220將力施加在調速器聯杆210上。以此方式，調速器聯杆210的第二部分214可從所述基本位置運動到調節位置，這進而使得節氣門控制器 TC向節氣門關閉位置運動。
在此配置中，根據發動機E是否應當運行在高調速轉速範圍中或在低速怠速狀態中，該發動機的正常真空特性可使致動器220運動到適當位置。例如，圖6示出作為發動機轉速和節氣門角度的函數的平均進氣道壓力。節氣門角度可相關於發動機扭矩，並且雖然它不是線性關係，但是大體上較大的節氣門角度指示較大的發動機扭矩。因此，可理解，該平均發動機進氣道壓力隨載荷降低而降低。因此，如以上所討論的，致動器220可設計成使得，在高載荷下，當進氣道壓力可較接近於環境壓力時，致動器220可使致動杆2 運動處於伸出位置。此外，致動器220可具有內部彈簧，總體標記為228，當內部壓力高於一定等級時所述內部彈簧在膜片2M上施力以使致動杆2 返回到它的伸出位置。反過來，在低載荷下，較低的進氣道壓力致使致動器220讓致動杆2 運動到縮回位置。利用如上述的這種構造，所述系統可如下操作。當發動機E在高載荷下運行時，進氣道壓力可足夠高，使得致動器220的致動杆2 可處於它的伸出位置，從而容許調速器系統自由運動而無任何影響。因此在高載荷狀態下，調速器聯杆210可在幾何形狀上和功能上相同於它在配備有傳統調速器臂配置的發動機上的情況。此構造因此使得當發動機受載時(例如當引起觸發所述高壓清洗機時)發動機E能夠運行在它的通常的較高的轉速範圍內。當發動機E在輕載荷下運行時，進氣道壓力可足夠低，使得致動器220的致動杆 226可處於它的縮回位置。此位置引起調速器聯杆210的第二部分214例如藉由樞轉而運動，由此使得節氣門控制器TC運動以關閉化油器節氣門並且由此減低發動機轉速。另外， 在樞轉點P處或附近可有止動器216，使得第二部分214可僅相對於第一部分212行進預定的量或距離。因為第二部分214的旋轉的這種限制，所以當它縮回時致動器220也將一定張力施加到調速器彈簧116。當發動機E上載荷低時，這些動作的最後結果可為較低的怠速轉速。例如，如果自動怠速系統200結合到高壓清洗機系統中，則使用者致動的開關S例如容納噴嘴的杆W上的觸發器可在「開」位置與「關」位置之間運動，在所述「開」位置中容許水從泵P流出，在所述「關」位置中阻止水從泵P流出。在所述「開」位置中，泵P的操作對發動機E施加載荷。在此載荷實施的同時，自動怠速系統200可以大致相似於傳統的調速器臂的方式操作。然而，當開關S被釋放以阻止水流時，發動機E上載荷的減小會引起致動器220使調速器聯杆210的第二部分214運動，使得節氣門控制器TC向節氣門關閉位置運動。因此，當發動機上載荷很小或無載荷時，發動機E可自動怠速在低得多的轉速。通過當載荷很小或無載荷時降低(每單位時間)發動機的迴轉數，從而此自動怠速可幫助降低該發動機產生的噪聲等級，增加發動機和被驅動部件(例如水泵)的使用壽命，並且，因為當發動機怠速在較低的轉速下時消耗較少的燃料，所以也降低發動機的總的燃料消耗。另外，應理解，本主題不獨限於應用於發動機驅動的高壓清洗機系統。可相信，本公開內容的自動低速怠速系統和方法可用在發動機具有兩種截然不同的載荷情況的這類應用中所述兩種截然不同的載荷情況即當機器工作時的高載荷，和當它不工作時的非常低的載荷。一些示例包括但不限於木材劈裂機、帶刀片離合器的剪草機、園地耕作機和可攜式混合動力單元。本主題在不背離其精神和實質特徵的情況下可以其它的方式實施。所述實施例因此在所有方面視為示意性的和非限制性的。雖然對本主題已就一定的優選實施例進行了描述，但是本領域普通技術人員顯而易見的其它實施例也在本主題的範圍內。
權利要求
1.一種用於小型發動機的自動怠速系統，包括用於連接到小型發動機的發動機轉速調速器，所述調速器包括響應於發動機轉速可旋轉的調速器軸；調速器聯杆，包括第一部分，用於連接到所述調速器軸；和第二部分，用於連接到所述發動機的節氣門控制器，所述第一部分與所述第二部分可動地連接；和連接到所述調速器聯杆的所述第二部分的致動器，所述致動器是響應於發動機載荷可動的，以使得所述第二部分相對於所述第一部分從基本位置運動到調節位置；其中，當所述發動機處於低載荷狀態時，所述第二部分相對於所述第一部分向節氣門關閉位置運動。
2.如權利要求1所述的自動怠速系統，其中，所述調速器聯杆包括用於將所述第二部分連接到所述節氣門控制器的調速器拉杆彈簧和調速器拉杆。
3.如權利要求1所述的自動怠速系統，其中，所述調速器聯杆包括用於將所述第一部分連接到固定的機架元件的調速器彈簧。
4.如權利要求1所述的自動怠速系統，其中，所述調速器聯杆包括將所述第二部分向所述基本位置偏置的偏置機構。
5.如權利要求1所述的自動怠速系統，其中，所述調速器聯杆包括防止所述第二部分相對於所述第一部分的運動超過最大量的止動器。
6.如權利要求1所述的自動怠速系統，其中，所述致動器包括與所述發動機的進氣系統真空源連通的真空致動器。
7.如權利要求6所述的自動怠速系統，其中，所述真空致動器包括 響應於所述化油器中的壓力而可動的膜片；致動杆，具有附接到所述膜片的第一端和結合到所述調速器聯杆的所述第二部分的第一端。
8.如權利要求7所述的自動怠速系統，其中，所述第二部分包括將所述致動杆的所述第二端接收於其中的長形槽。
9.如權利要求7所述的自動怠速系統，其中，所述致動杆包括結合到所述第二部分上的凸起特徵上的長形槽。
10.如權利要求1所述的自動怠速系統，其中，所述第一部分與所述第二部分可樞轉地結合。
11.一種高壓清洗機，包括作為驅動接合到泵的發動機，所述發動機包括可調節的節氣門和開關，所述開關在 「開」位置與「關」位置之間是可動的，在所述「開」位置容許水從所述泵流出，在所述「關」位置阻止水從所述泵流出；結合到所述發動機的發動機轉速調速器，所述調速器包括響應於發動機轉速而可旋轉的調速器軸；調速器聯杆，包括第一部分，連接到所述調速器軸；和第二部分，連接到所述發動機的節氣門控制器，所述第一部分可樞轉地結合到所述第二部分；和連接到所述調速器聯杆的所述第二部分的致動器，所述致動器是響應於發動機載荷可動的，以使得所述第二部分相對於所述第一部分從基本位置樞轉到調節位置；其中，當所述開關處於「關」位置時，所述第二部分相對於所述第一部分向節氣門關閉位置樞轉。
12.如權利要求11所述的高壓清洗機，其中，所述開關包括使用者操作的觸發機構。
13.如權利要求11所述的高壓清洗機，其中，所述調速器聯杆包括將所述第二部分連接到所述節氣門控制器的調速器拉杆彈簧和調速器拉杆。
14.如權利要求11所述的高壓清洗機，其中，所述調速器聯杆包括將所述第一部分連接到固定的機架元件的調速器彈簧。
15.如權利要求11所述的高壓清洗機，其中，所述調速器聯杆包括將所述第二部分向所述基本位置偏置的偏置機構。
16.如權利要求11所述的高壓清洗機，其中，所述致動器包括與所述發動機的化油器連通的真空致動器。
17.如權利要求16所述的高壓清洗機，其中，所述真空致動器包括 響應於所述化油器中的壓力而可動的膜片；致動杆，具有附接到所述膜片的第一端和結合到所述調速器聯杆的所述第二部分的第
18.如權利要求17所述的高壓清洗機，其中，所述第二部分包括將所述致動杆的所述第二端接收在其中的長形槽。
19.如權利要求17所述的高壓清洗機，其中，所述致動杆包括結合到所述第二部分上的凸起特徵上的長形槽。
20.一種用於自動調節發動機轉速的方法，包括將發動機轉速調速器結合到小型發動機，所述調速器包括響應於發動機轉速可旋轉的調速器軸；將調速器聯杆連接在所述發動機的節氣門控制器與調速器軸之間，所述調速器聯杆包括連接到所述調速器軸的第一部分和連接到所述節氣門控制器的第二部分，所述第一部分與所述第二部分可動地連接；和使致動器響應於發動機載荷運動，以使得所述第二部分相對於所述第一部分從基本位置運動到調節位置；其中，當所述發動機處於低載荷狀態時，所述第二部分相對於所述第一部分向節氣門關閉位置運動。
21.如權利要求20所述的方法，其中，使所述致動器運動包括使真空致動器響應於所述發動機的化油器中的壓力運動。
22.如權利要求20所述的方法，還包括當載荷施加到所述發動機時使所述第二部分返回到所述基本位置。
全文摘要
本發明主題涉及對於發動機轉速調速器的配置和使用。具體地，一種用於小型發動機的自動怠速系統可包括利用響應於發動機轉速可旋轉的調速器軸而連接到小型發動機的發動機轉速調速器。調速器聯杆可包括第一部分，用於連接到所述調速器軸；和第二部分，用於連接到所述發動機的節氣門控制器，所述第一部分可動地連接到所述第二部分或與所述第二部分可動地連接。致動器可連接到所述調速器聯杆的所述第二部分，所述致動器是響應於發動機載荷可動的，以使得所述第二部分相對於所述第一部分運動。在此構造中，當所述發動機處於低載荷狀態時，所述第二部分可相對於所述第一部分向節氣門關閉位置運動。
文檔編號F02D31/00GK102575598SQ201080040107
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月7日 優先權日2009年7月9日
發明者A·E·貝傑塞克, C·R·斯皮特勒, N·倫弗特, T·裡克茨, 藤田泰 申請人:本田技研工業株式會社