ПЕРЕМЕННЫЙ УГОЛ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ ПЕРЕД ПОЛОЖЕНИЕМ ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ (ВМТ)
VARIABLE IGNITION DWELL ANGLE AHEAD OF TDC

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к средству управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания. В частности, оно относится к способу и устройству управления числом оборотов двухтактного двигателя внутреннего сгорания.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Двухтактные двигатели внутреннего сгорания широко используются в различных портативных инструментах, в том числе, но не ограничиваясь этим, цепных пилах, кусторезах, газонокосилках, воздуходувках и косилках. Когда во время работы двухтактный двигатель внутреннего сгорания работает с очень небольшой нагрузкой, число оборотов двигателя может достигать очень высокой величины. Это приводит к преждевременному износу и отказу двигателя. Таким образом, возникает потребность регулирования числа оборотов двигателя во избежание повреждения двигателя.
Как правило, для управления числом оборотов двигателя регулируют угол опережения зажигания двигателя относительно положения верхней мертвой точки (ВМТ). Как хорошо известно в уровне техники, в случае, если число оборотов двигателя достигает заданного порогового числа оборотов двигателя, число оборотов двигателя регулируют постепенно и непрерывно, задерживая угол опережения зажигания относительно положения ВМТ. Угол опережения зажигания относительно ВМТ относится к угловому положению коленвала в градусах перед положением ВМТ, при котором искра воспламеняет воздушно-топливную смесь в цилиндре во время такта сжатия. Однако при уменьшении угла опережения зажигания в непосредственной близости от ВМТ может произойти попадание несгоревшего топлива в глушитель. Это приводит к потере мощности, повышенной концентрации загрязняющих веществ в выхлопных газах и увеличению нежелательных шумов. Кроме того, температура выхлопных газов очень высока, и это также может привести к непреднамеренному калильному зажиганию.
Кроме того, угол опережения зажигания также зависит от температуры двигателя, а при холодном двигателе уменьшение угла опережения зажигания в непосредственной близости от ВМТ приводит к неполному сгоранию и увеличению загрязняющих веществ в выхлопных газах.
В некоторых случаях, наряду с управлением углом опережения зажигания, для регулирования числа оборотов двигателя используют пропуск вспышек. При пропуске вспышек происходит пропуск зажигания при некоторых оборотах коленвала. Это способствует регулированию числа оборотов двигателя, а также снижает температуру выхлопных газов. Тем не менее, это имеет тот недостаток, что происходит выдувание несгоревших газов в течение тех оборотов двигателя, при которых имеет место пропуск зажигания, а также увеличение количества загрязняющих веществ в выхлопных газах. Кроме того, пропуск вспышек также влияет на работу из-за неравномерности выходной мощности двигателя.
В свете вышесказанного существует необходимость совершенствования системы и способа регулирования числа оборотов в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. Кроме того, есть необходимость в средстве регулирования числа оборотов двигателя для обеспечения улучшенной производительности и эффективности двигателя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В связи с вышеизложенным, поставлена задача решения, или, по меньшей мере, уменьшения вышерассмотренных проблем. В частности, цель заключается в обеспечении способов и средства регулирования числа оборотов в двухтактном двигателе внутреннего сгорания во избежание повреждения двигателя.
Цель достигнута с помощью инновационного устройства по п.1, отличающегося тем, что устройство включает в себя средство изменения угла опережения зажигания в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. Средство изменения угла опережения зажигания обеспечивает регулирование угла опережения зажигания в постадийном режиме в зависимости от числа оборотов двигателя. Таким образом, устройство способно управлять числом оборотов двигателя при низкой нагрузке. Средство используют для изменения угла опережения зажигания не в постоянном режиме для высоких чисел оборотов двигателей и управления любым дополнительным увеличением числа оборотов двигателя. Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения, средство меняет угол опережения зажигания в случае, если число оборотов двигателя выше порогового числа оборотов двигателя.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, средство изменения угла опережения зажигания обеспечивает управление углом опережения зажигания таким образом, что угол опережения зажигания постадийно регулируют в течение одного или нескольких переменных диапазонов. Тем не менее, согласно п.4, угол опережения зажигания таков, что угол опережения зажигания постадийно регулируют в переменном диапазоне между первым углом опережения зажигания и вторым углом опережения зажигания. Согласно особому варианту осуществления изобретения, при холодном двигателе средство изменения угла опережения зажигания способно изменять угол опережения зажигания от приблизительно 31 градуса перед положением верхней мертвой точки (ВМТ) и до приблизительно 10 градусов перед положением ВМТ. Кроме того, при прогретом двигателе средство меняет угол опережения зажигания от приблизительно 10 градусов перед положением ВМТ и до приблизительно 0 градусов перед положением ВМТ.
Согласно еще одному варианту осуществления, двигатель работает с числом оборотов в диапазоне от 0 об/мин до 15000 об/мин, а пороговое число оборотов двигателя установлено равным 8000 об/мин. Таким образом, угол опережения зажигания постадийно регулируют для управления числом оборотов двигателя за пределами 8000 об/мин. Согласно п.9 и 10, в дополнение к изменению угла опережения зажигания, в течение одного или нескольких оборотов коленвала может быть пропуск зажигания и/или двигатель может работать с одинаковым углом опережения зажигания в течение двух или более оборотов коленвала.
Согласно второму объекту изобретения, предложен способ управления двигателем. Способ может включать в себя стадии определения числа оборотов двигателя и изменения угла опережения зажигания относительно положения верхней мертвой точки в зависимости от полученного числа оборотов двигателя. Затем, при превышении числом оборотов двигателя порогового числа оборотов двигателя, угол опережения зажигания регулируют в постадийном режиме.
Согласно варианту осуществления второго объекта изобретения, способ может включать в себя изменение угла опережения зажигания между одним или несколькими переменными диапазонами. Кроме того, согласно другим вариантам осуществления второго объекта изобретения, способ может включать в себя изменение угла опережения зажигания между первым углом опережения зажигания и вторым углом опережения зажигания, например от 31 градуса до 10 градусов для холодного двигателя и от 10 градусов до 0 градусов для прогретого двигателя.
Согласно п.17, в других вариантах осуществления второго объекта изобретения, способ дополнительно включает в себя управление двигателем в диапазоне от 0 об/мин до 15000 об/мин и пропуск зажигания в течение одного или нескольких оборотов и/или управление работой двигателя при одинаковом угле опережения зажигания в течение двух или более оборотов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую блок управления для регулирования числа оборотов двигателя в двухтактном двигателе внутреннего сгорания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 показана примерная диаграмма зависимости между углом опережения зажигания и числом оборотов двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.3 показан примерный способ регулирования числа оборотов двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение будет описано более подробно далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. Это изобретение, однако, может быть выполнено в различных формах, но эти варианты осуществления описаны таким образом, чтобы это описание было тщательным и полным и в полной мере раскрывало объем изобретения специалистам в данной области техники. На чертежах идентичные цифры относятся к идентичным ссылкам.
Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую блок 100 управления для регулирования числа оборотов двигателя в двухтактном двигателе внутреннего сгорания (не показан) согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания (далее именуемый "двигателем") может использоваться в портативных электроинструментах, например цепных пилах, триммерах, воздуходувках, газонокосилках и другом садовом или лесотехническом оборудовании. Тем не менее, двигатель также может быть использован в любом другом применении в пределах сущности настоящего изобретения.
В варианте осуществления настоящего изобретения блок 100 управления может представлять собой электронную систему зажигания, сопряженную с модулем управления двигателем (ECM). Модуль управления двигателем (ECM) может также включать в себя блок управления впрыском топлива, блок управления фазами газораспределения, блок управления числом оборотов холостого хода и другие блоки управления для осуществления управления различными параметрами двигателя. Кроме того, в ECM могут использоваться различные сенсорные устройства, к примеру, но не ограничиваясь этим, датчик дроссельной заслонки, датчик положения коленвала и датчики температуры. В варианте осуществления настоящего изобретения блок 100 управления регулирует число оборотов двигателя путем задержки угла опережения зажигания относительно положения верхней мертвой точки (ВМТ) в непостоянном соотношении с числом оборотов двигателя. Угол опережения зажигания относительно ВМТ относится к угловому положению коленвала в градусах перед положением ВМТ, при котором искра воспламеняет воздушно-топливную смесь. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, блок 100 управления может регулировать число оборотов двигателя путем изменения угла опережения зажигания относительно положения ВМТ.
Как показано на фиг.1, блок 100 управления включает в себя датчик 102 числа оборотов, процессорный блок 104 и запоминающее устройство 106. Во время работы датчик 102 числа оборотов измеряет число оборотов двигателя. Определенное датчиком 102 числа оборотов число оборотов двигателя может поступить на процессорный блок 104. Процессорный блок 104 может сравнить число оборотов двигателя с пороговым числом оборотов двигателя. Данные по пороговому числу оборотов двигателя могут быть сохранены в запоминающем устройстве 106. В случае если угол опережения зажигания превышает пороговое число оборотов двигателя, угол опережения зажигания двигателя может постадийно меняться в течение данного числа оборотов двигателя. Кроме того, блок 100 управления может быть соединен со свечой 108 зажигания для воспламенения топливо-воздушной смеси во время такта сжатия.
В варианте осуществления настоящего изобретения, блок 100 управления может управлять углом опережения зажигания в одном или нескольких переменных диапазонах. В переменном диапазоне угол опережения зажигания может регулироваться постадийно между первым углом опережения зажигания и вторым углом опережения зажигания. В этом непостоянном постадийном режиме путем задержки угла опережения зажигания достигается лучшее управление числом оборотов двигателя. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, в дополнение к изменению угла опережения зажигания, может быть осуществлен пропуск зажигания в течение нескольких оборотов коленвала для регулирования числа оборотов двигателя. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, двигатель может работать с первым углом опережения зажигания в течение нескольких оборотов, а также со вторым углом опережения зажигания в течение других оборотов коленвала.
В варианте осуществления настоящего изобретения, запоминающее устройство 106 может представлять собой оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), флэш-память или любое подходящее оборудование хранения данных. Запоминающее устройство 106 может включать в себя различные модули для хранения рабочих команд и другое программное обеспечение блока 100 управления. Рабочие команды могут представлять собой множество исполняемых компьютером команд для управления всеми операциями блока 100 управления.
Запоминающее устройство 106 может хранить базу данных параметров, необходимых для определения угла опережения зажигания относительно положения ВМТ для данного числа оборотов двигателя. Параметры могут включать в себя схему синхронизации угла опережения зажигания с числом оборотов двигателя и условиями эксплуатации двигателя, действующие нагрузки и т.д. Условия эксплуатации могут включать в себя выходную мощность и условия нагрузки двигателя. В варианте осуществления настоящего изобретения, запоминающее устройство 106 может хранить данные, отражающие постадийные соотношения между углом опережения зажигания перед положением ВМТ и числом оборотов двигателя. Углы опережения зажигания можно также вычислить либо в режиме реального времени, либо в офлайновом режиме. Один или несколько параметров из запоминающего устройства 106 может быть подан в процессорный блок 104.
Процессорный блок 104 выполняет все вычисления, необходимые для регулировки числа оборотов двигателя. Процессорный блок 104 может включать в себя интерфейс 110 ввода/вывода (I/O). Интерфейс 110 ввода/вывода может быть приспособлен для получения параметров и исполняемых компьютером команд, хранящихся в запоминающем устройстве 106. В варианте осуществления настоящего изобретения, процессорный блок 104 может получать данные о числе оборотов двигателя от датчика 102 числа оборотов через интерфейс 110 ввода/вывода.
Процессорный блок 104 может также включать в себя вычислительный модуль 112 для расчета параметров, относящихся к определению угла опережения зажигания. В варианте осуществления настоящего изобретения, параметры могут отражать условия эксплуатации двигателя. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, вычислительный модуль 112 может дополнительно определять дополнительные параметры, в том числе, но не ограничиваясь этим, температуру двигателя и количество оборотов, в течение которых зажигание будет пропущено.
В процессорный блок 104 может быть включен модуль 114 угла опережения зажигания. На основе параметров, вычисленных в вычислительном модуле 112, модуль 114 угла опережения зажигания определяет угол опережения зажигания относительно положения ВМТ. В варианте осуществления настоящего изобретения, угол опережения зажигания определяют исходя из числа оборотов двигателя. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, модуль 114 угла опережения зажигания может также использовать дополнительные параметры, в том числе, но не ограничиваясь этим, температуру двигателя, число оборотов, в течение которых зажигание будет пропущено, а также предысторию работы двигателя для определения угла опережения зажигания относительно положения ВМТ.
Процессорный блок 104 может посылать выходной сигнал на свечу 108 зажигания для установки определенного угла опережения зажигания. В варианте осуществления настоящего изобретения, сигнал может указывать на переменный диапазон постадийной регулировки угла опережения зажигания и регулировки числа оборотов двигателя. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, процессорный блок 104 может выдавать выходной сигнал, когда число оборотов двигателя выше порогового числа оборотов двигателя. В различных других вариантах осуществления настоящего изобретения, сигнал может указывать на количество оборотов, в течение которых зажигание должно быть пропущено и/или может включать в себя один или несколько переменных диапазонов угла опережения зажигания.
На фиг.2 показана примерная диаграмма 200 зависимости между углом опережения зажигания и числом оборотов двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как видно из диаграммы 200, число оборотов двигателя может находиться в диапазоне от 0 об/мин до 12000 об/мин, а пороговое число оборотов двигателя может составлять около 8000 об/мин. Как показано сплошной линией на диаграмме 200, при холодном двигателе блок 100 управления может менять угол опережения зажигания от приблизительно 25 градусов перед положением ВМТ и 12,5 градусами перед положением ВМТ. Как показано на фиг.2, когда число оборотов двигателя равно приблизительно 9000 об/мин, угол опережения зажигания постадийно задерживают от 25 градусов до 12,5 градусов перед положением ВМТ. Кроме того, при прогретом двигателе блок 100 управления может менять угол опережения зажигания от приблизительно 12,5 градусов перед положением ВМТ и до 0 градусов перед положением ВМТ.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, блок 100 управления может менять угол опережения зажигания от приблизительно 31 градусов перед положением ВМТ и до 10 градусов перед положением ВМТ при холодном двигателе, в то время как при прогретом двигателе он может менять угол опережения зажигания от 10 градусов перед ВМТ и 0 градусов перед ВМТ.
Число стадий, в течение которых производят задержку угла опережения зажигания, также может быть больше двух, так что диаграмма угол зажигания - число оборотов могла бы иметь больше ступеней.
Максимальное число оборотов двигателя может варьироваться. Для других возможных вариантов осуществления изобретения, максимальное число оборотов двигателя может, например, составлять 15 000 об/мин.
Пороговое число оборотов двигателя и число оборотов двигателя, в течение которых задерживают угол опережения зажигания, может варьироваться в зависимости от характеристик двигателя.
В варианте осуществления настоящего изобретения, угол опережения зажигания двигателя может меняться между одним или несколькими переменными диапазонами. Кроме того, в течение некоторых оборотов угол опережения зажигания двигателя может быть первым углом опережения зажигания в переменном диапазоне, а в течение других оборотов - вторым углом опережения зажигания в переменном диапазоне. Так, например, но не ограничиваясь этим, при теплом двигателе угол опережения зажигания может составлять около 12,5 градуса в течение каждых двух или трех оборота двигателя и 0 градусов в течение других оборотов.
Можно было бы, конечно, иметь более двух переменных диапазонов, так что диаграмма «угол зажигания - число оборотов», изображенная на фиг.2, могла бы иметь больше ступеней.
При использовании двух переменных диапазонов, то есть когда диаграмма имеет вид, показанный на фиг.2, соответствующие значения для различных использованных углов опережения зажигания могут находиться в следующих синхронизирующих интервалах.
Первый угол опережения зажигания в первом переменном диапазоне может предпочтительно быть выбран из интервала от 20 до 40 градусов перед положением ВМТ.
Второй угол опережения зажигания во втором переменном диапазоне (для более высоких чисел оборотов двигателя) может предпочтительно быть выбран из интервала от 5 градусов после положения ВМТ до 25 градусов перед ВМТ.
Второй угол опережения зажигания в первом переменном диапазоне, который будет равен первому углу опережения зажигания во втором переменном диапазоне, может быть выбран из результирующего интервала между первым выбранным углом опережения зажигания в первом интервале и вторым углом опережения зажигания во втором интервале.
В различных других вариантах осуществления настоящего изобретения, для управления углом опережения зажигания двигателя в двигателе может быть использована механическая система зажигания. В механической системе зажигания для подачи высокого напряжения на свечу 108 зажигания может быть использован распределитель зажигания. Распределитель зажигания механической системы зажигания может быть отрегулирован на изменение угла опережения зажигания в постадийном режиме. В варианте осуществления настоящего изобретения, в распределителе зажигания могут быть использованы грузики и пружины, размещенные внутри распределителя зажигания для управления углом опережения зажигания в зависимости от числа оборотов двигателя. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, в дополнение к механическому распределителю зажигания для управления углом опережения зажигания могут быть использованы давление в коллекторе двигателя и датчики температуры.
Настоящее изобретение описано здесь со ссылкой на конкретный вариант осуществления. Хотя варианты осуществления настоящего изобретения были описаны со ссылкой на конкретные аппаратные и программные компоненты, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть использованы различные сочетания аппаратных и/или программных компонентов и что отдельные операции, описанные как реализованные в аппаратных компонентах, также могут быть реализованы в программном обеспечении или наоборот. Специалистам в данной области техники будут понятны и другие варианты осуществления.
На фиг.3 проиллюстрирован способ 300, обобщающий различные стадии, задействованные в примерном варианте осуществления настоящего изобретения. Запоминающее устройство 106 блока 100 управления может содержать команды компьютерной программы или программное обеспечение для выполнения стадий способа 300. Команды компьютерной программы могут включать в себя считываемые компьютером команды на получение и хранение данных по числу оборотов двигателя и на определение угла опережения зажигания в соответствии с полученным числом оборотов двигателя.
На стадии 302 число оборотов двигателя может быть получено с помощью датчика 102 числа оборотов. В датчике 102 числа оборотов для получения числа оборотов двигателя может быть использовано оптическое или контактного типа сенсорное устройство. На стадии 304 угол опережения зажигания двигателя меняют в постадийном режиме относительно положения ВМТ. Полученное на стадии 302 число оборотов двигателя может быть использовано для определения переменного диапазона угла опережения зажигания относительно положения ВМТ.
В варианте осуществления настоящего изобретения, способ 300 может обеспечить регулировку числа оборотов двигателя путем изменения угла опережения зажигания относительно положения ВМТ в постадийном режиме, когда полученное число оборотов двигателя превышает пороговое число оборотов двигателя. В варианте осуществления настоящего изобретения, пороговое число оборотов двигателя может быть установлено равным 8000 об/мин. В течение переменного диапазона, угол опережения зажигания может меняться между первым углом опережения зажигания и вторым углом опережения зажигания.
На чертежах и в спецификациях раскрыты предпочтительные варианты осуществления и примеры изобретения, и, хотя применены конкретные термины, они использованы только в общем и описательном смысле и не для ограничительных целях, при этом объем изобретения изложен в нижеследующих пунктах формулы изобретения.