[发明专利]二冲程内燃发动机空燃比的调节

说明书

为了满足严苛的排放标准并且改进二冲程曲轴箱扫气式发动机的性能，发动机的消声器(13)设置有混合装置(130、31)，用于将由混合物参与燃烧产生的废气(42)与由扫气产生的气体混合，使得在消声器(13)内形成大致均匀的气体混合物，并且用于感应氧浓度的装置(81)处于所述均匀气体混合物中并且设置成向控制单元(80)提供输出值，用于控制对发动机的燃料供应并且进而控制燃烧室(41)中的空燃比。消声器(13)适当地设置有催化元件(140)，优选地为三效催化器。发动机(1)优选地为分层进气式发动机。

本申请是申请日为2011年8月5日、申请号为201180072709.7且发明名称为“二冲程内燃发动机空燃比的调节”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种二冲程曲轴箱扫气式内燃发动机的空燃比控制系统以及调节所述发动机空燃比的方法。在燃料供应部分(诸如汽化器或燃料喷射系统)中调节空燃比，并且所述燃料供应部分包括用于调节空燃比的控制单元。在具有控制单元的反馈回路中设置氧浓度感应装置以帮助提供适当的发动机空燃比。此外，所述发动机产生由空气-燃料混合物参与燃烧而产生的废气以及由扫气过程产生的其他气体。

背景技术

莱姆达传感器(Lambda sensor)或氧传感器通常用于通过确保发动机充分和干净的燃烧其燃料来减少具有四冲程发动机的车辆的排放。传感器通常构造成使一个电极处于排气管中，而另一个电极接触环境空气。传感器通过测量废气与环境空气之间的氧浓度差工作。传感器通常输出电压，并且呈现出其中空燃比接近化学计量的步进式电压特性。化学计量的空燃比对应于λ＝1并且意味着对于四冲程发动机而言的功率、燃料燃烧率和排放量之间良好的折中，λ1意味着较高的电压输出并且对应于燃料过量，而λ1意味着较低的电压输出并且对应于空气过量。当发动机处于低负载情形下时(例如当非常柔和的加速，或保持恒定速度时)，其工作状态被称为“闭环”模式。这指的是控制单元与莱姆达传感器之间的反馈环，其中控制单元调节燃料量并且期望在莱姆达传感器的响应方面发生变化。当发动机力图保持平均的最接近化学计量比时，该环路使得发动机能在连续环路上在供料略微贫化(lean)的情形或供料略微富化(rich)的情形下工作。当发动机处于高负载(例如，节流阀全开)时，忽略氧传感器的输出，并且控制单元自动使混合物富化以保护发动机，因为负载下的启动失败更可能导致损坏。这是指发动机在“开环”模式下工作。在这种状态中，传感器输出的任何改变都将被忽略，因为燃料喷射是根据预定的所谓燃料映射(fuel map)来控制的。燃料的闭环反馈控制根据实时的传感数据改变燃料输出而并非根据预定的(开环)燃料映射工作。通常，莱姆达传感器仅在被加热到约300℃时有效地工作，并且因此当今传感器中的许多具有集成的加热元件以保证正常的工作。

四冲程发动机的缺点是它们太过沉重，并且因此它们非常不适于旨在由操作者携带的应用。实际上，存在其中二冲程发动机是优选的多个应用，诸如链锯，截头器，切割机或鼓风机等，对于这些应用，高的功率-重量比尤其重要。二冲程发动机就其简单设计和长寿命方面而言也是有利的。然而，二冲程发动机的主要缺点在于它们排放性能差。为了符合更严格的排放标准，已经对在反馈回路中使用莱姆达传感器和控制单元来调节二冲程发动机的空燃比进行了一些尝试。然而，在四冲程发动机的排气管中测量λ的方法不适用于二冲程发动机，因为扫气空气将随着由燃烧室内的燃烧过的空气燃料混合物产生的废气而进入排气管中。因此，排气管中对应位置处的λ将波动并且不对应于参与燃烧的气体的λ。

JP8144817和JP8189386(Yamaha)披露了一种使用在二冲程发动机中与控制单元连接的莱姆达传感器的方法。为了解决扫气空气被泵吸到排气通道中的问题，已引入与燃烧室连通的子排气通道，在该通道中检测λ。子排气通道设置有阀门，这些阀门设置成以在扫气空气到达之前关闭的方式关闭和打开通道。因此，检测到的λ将接近燃烧λ。然而，该解决方案是相当复杂和成本高昂的，并且还需要汽缸中的附加阀门和管道。此外，存在阀门可能由例如烟灰和/或油堵塞的风险，这将降低阀门的工作性能并且进而降低燃烧λ测量的准确性。