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燃料供应单元
    【技术领域】
     本发明涉及一种燃料供应单元， 例如， 化油器或低压喷射系统， 用于控制供应至内 燃机的空气 / 燃料混合物。该燃料供应单元包括设置有安装于其中的节流阀 (throttle valve) 的主空气通道， 该节流阀包括在彼此相对设置的两个轴侧之间延伸的节流轴 (throttle shaft)。此外， 本发明涉及燃料供应单元的控制模块及其动力供应以及与发动 机的点火系统的可能配合。背景技术
     两冲程或四冲程类型的内燃机通常设置有化油器类型或喷射类型的燃料供应系 统。 在化油器中， 化油器的节流阀受操作者要求的影响， 使得大开的节流阀产生化油器筒中 最小的节流。由经过化油器文丘里管中的空气所产生的低压将燃料吸入发动机中。
     对于手持式发动机应用来说， 膜片式 (diaphragm-type， 隔膜式 ) 化油器尤其有 用， 其中， 基本上可在任何方向上操作发动机， 包括颠倒的方向。这种化油器典型地包括将 燃料从燃料箱吸出并经由针阀将燃料供应至燃料压力调节器的燃料泵。 燃料压力调节器通 常包括储存从燃料泵供应的燃料的燃料计量室， 并且通常用将燃料压力调节至恒压的膜片 将燃料计量室与大气隔开。当膜片移动时， 针阀打开和关闭从燃料泵到燃料计量室的燃料 通道。经由主通路和怠速通路 (idle channel)， 燃料从燃料计量室输送至主空气通道。主 通路流体地通向在节流阀之前的主空气通道中的主喷嘴， 而怠速通路流体地通向在节流阀 之后不远的怠速喷嘴 (idle nozzle)。
     局部环境条件 ( 例如温度和海拔， 以及发动机负载和所使用的燃料类型 ) 会影响 发动机性能。 例如， 在寒冷天气中操作的发动机需要额外的燃料， 因为寒冷条件阻止燃料汽 化并且冷空气密度较大， 需要额外的燃料来实现适当的燃料 / 空气比率。在更高的海拔处， 空气密度较小， 并且需要较少的燃料来获得适当的燃料 / 空气比率。不同的燃料质量也可 能影响空气 - 燃料比率， 例如由于燃料中氧气的量。发动机在起动、 加热、 加速以及减速时 也可能有不同的表现。 所有这些因素对最佳燃料 - 空气比率所需的燃料量具有影响 ； 因此， 希望能够在发动机运行期间轻松地影响空气 - 燃料比率。
     传统地， 化油器发动机已经设置有固定喷嘴或可手动调节的喷嘴， 以调节空 气 - 燃料比率。然而， 由于对更低燃料消耗的要求和对更清洁的废气的要求共同增加， 而且 也已经建议电控喷嘴， 例如， 如在 US 5732682 中建议的， 例如， 通过在燃料计量室与主空气 通道中的喷嘴之间的通道中设置电磁阀。虽然通常在减少对大气的有害排放上有效， 但是 具有电磁阀的化油器更昂贵， 且在装配时可能需要更多时间， 因此增加与化油器的制造相 关的总成本。使用螺线管型的燃料阀的另一问题是增加动力消耗。
     尤其是当发动机怠速运行时， 所产生的能量低， 并且因此， 能够以在怠速期间将能 量消耗保持较低的方式控制发动机是有利的。
     用于控制空气燃料比率的一个参数是节流阀的角位置， 其能够从节流位置传感器 (throttle position sensor) 得到。 已知的节流位置传感器包括霍尔传感器和用于检测蝶形节流阀的与内燃机的全油门状态相对应的全开位置的磁体。 设置有磁体的可移动部与节 流阀一起旋转， 并具有与节流阀的全开状态相对应的端位置。 提供数字型霍尔传感器， 并将 其设置为， 根据其是否被所述磁体驱动 (actuated)， 而产生两个可能信号中的一个。 可移动 部上的磁体被设置为， 当可移动部处于所述端位置中时， 驱动霍尔传感器， 由此由霍尔传感 器产生输出信号， 该输出信号由信号处理装置处理。所称得霍尔传感器通常包括实际的霍 尔传感器和集成电路 (IC) 放大器。
     上述类型的节流位置传感器的主要缺点是， 其仅提供检测内燃机的全油门状态的 可能性， 并且不可能对部分油门和怠速进行区别。
     通常称做旋转角度检测器的传统节流位置传感器也具有磁体， 其与节流阀一起旋 转。 根据磁体的角度， 磁场强度将在霍尔传感器的位置处改变， 并且霍尔传感器的输出电压 根据磁场强度而连续变化， 并且因此也随着节流阀的打开角度而变化。霍尔传感器的输出 信号可由信号处理装置处理， 以转换成角度。例如， 霍尔传感器的特性随着温度而变化， 并 且因此可提供温度传感器以测量霍尔传感器的温度， 从而校正装置在霍尔传感器的不同温 度下应用校正补偿。所称的霍尔传感器通常包括霍尔传感器和集成电路 (IC) 放大器。
     通常， 设置有这种角度检测器的燃料供应单元昂贵且复杂， 并且为了特定应用必 须定制， 这意味着其仅由非常少量的供应商提供。 发明内容 本发明的一个目的是， 提供一种具有低燃料消耗和低废气排放的燃料供应系统。 通过一开始提到类型的燃料供应单元来实现此目的， 其中， 用于燃料供应的控制模块安装 至燃料供应单元的一个轴侧。控制模块包括用于监测节流阀的位置的节流位置传感器、 用 于控制对主空气通道的燃料供应的燃料阀， 并且可能包括用于控制对主空气通道的空气供 应的空气阀。这样， 对于当前条件， 可更轻松地调节供应至发动机的空气 / 燃料混合物， 并 且因此降低燃料消耗。具有适当的空气 / 燃料混合物也使得能够从发动机获得最大的动力 输出， 这对于例如操作者携带式动力工具 ( 例如， 链锯 ) 来说非常有利。
     本发明的另一目的是， 提供一种具有低动力消耗的燃料供应系统。通过燃料阀以 及可能还通过空气阀来实现此目的， 燃料阀和空气阀用于控制供应至内燃机的空气 / 燃料 混合物， 当改变状态时， 即， 从关闭转换到打开或从打开转换到关闭， 仅对至少其中的一个 阀供应动力。更具体地， 通过螺线管类型的一个阀 / 多个阀来实现此目的， 在详细描述部分 中将进一步描述所述阀。具有低动力消耗非常有利， 因为这样能够通过点火系统对燃料供 应系统供应动力， 这意味着， 不需要例如电池或发电机。 电池或发电机增加产品的成本和重 量， 这尤其是对于手持或其他操作者携带式动力工具来说并不非常有利。没有电池或发电 机也使得能够获得更小的产品， 当然这在许多情况下都是有利的， 不仅是对于由操作者携 带的产品。
     本发明的又一目的是， 提供一种具有低燃料和动力消耗并且还提供简单的动力供 应单元的燃料供应系统。 此目的通过在控制模块中设置至少某些用于控制供应至发动机的 空气 / 燃料混合物的装置来实现， 该控制模块安装至上面所说明的燃料供应单元。这样， 可 使用标准类型的燃料供应单元， 其由任何燃料供应单元制造商以低价格简单地制造。当需 要替换控制模块或燃料供应单元时， 或当维修燃料供应系统时， 具有分开的控制模块也是
     有利的。 附图说明 下面将参照附图通过其各种实施例更详细地描述本发明。
     图 1 是示出了供应至膜片式化油器的燃料供应的示意图 ；
     图 2 和图 3 是控制模块、 燃料阀、 节流位置传感器的第一实施例、 排气阀以及化油 器主体的分解图 ；
     图 4 是示出了节流位置传感器的第一实施例的控制模块的透视图 ；
     图 5 是控制模块的主视图 ；
     图 6 示出了控制模块的后视图 ；
     图 7a 和图 7b 示出了磁场导向装置 (magnetic field guide)， 其是节流位置传感 器的第一实施例的可移动部的一部分 ；
     图 8 是排气阀和安装至化油器的控制模块的节流位置传感器的第一实施例的横 截面 ；
     图 9 是燃料阀的示意性横截面 ；
     图 10a 至图 10q 是节流位置传感器的第一实施例的构造的磁场导向装置的示意 图；
     图 11 示出了节流位置传感器的第三实施例 ；
     图 12 示出了节流位置传感器的第三实施例的另一视图。
     具体实施方式
     图 1 是示出了膜片式化油器形式的燃料供应单元的示意图。化油器主体 1 具有从 进气口侧 23 延伸至出气口侧 24 的主空气通道 3。如箭头所示， 空气从主体 1 的进气口侧 23， 经由阻风门 10、 文丘里管 11， 然后是节流阀 8、 9， 朝着主体 1 的出气口侧 24 抽吸。如在 图 2 和图 3 中看到的， 主体 1 具有六个侧面 ； 进气口侧 23 与出气口侧 24 相对， 燃料泵侧 4 与燃料调节器侧 5 相对， 以及第一轴侧 6 与第二轴侧 7 相对。节流阀 8、 9 和阻风门 10 优选 为具有阀轴和阀板的蝶型阀， 节流板的标号是 9， 而节流轴的标号是 8。用于节流轴 8 的孔 的标号是 110， 而用于阻风门的孔的标号是 111。
     燃料泵 20 位于主体的燃料泵侧 4， 并从燃料箱 22 抽吸燃料。 燃料泵可以是已知的 脉动控制膜片泵 (pulsation controlled diaphragmpump)， 由发动机的曲轴箱产生的压力 脉冲驱动， 化油器为发动机供应空气和燃料的混合物。燃料泵 20 将燃料经由针阀 21 供应 至位于相对的燃料调节器侧 5 处的燃料调节器 17 的燃料计量室 18。
     燃料计量室 18 通过膜片 19 与大气压隔离， 并且该燃料计量室能够保持预定量的 燃料。管道 27 从燃料计量室 18 通向燃料阀 60。燃料阀 60 打开或关闭燃料计量室 18 与燃 料管线 28、 29 之间的互相连接， 通向主空气通道 3。较小的通路 28 通向节流阀 8、 9 下游的 怠速喷嘴 12， 而较粗糙的通路 29 通向节流阀 8、 9 上游的主喷嘴 13。由于当发动机运行时， 主空气通道 3 中变化的压力， 通过主喷嘴 13 和怠速喷嘴 12 从燃料计量室 18 抽吸燃料 ； 当 然， 当燃料阀 60 关闭时， 阻止从燃料计量室 18 抽吸燃料。当节流阀关闭时， 从怠速喷嘴 12 抽吸燃料， 并且当节流阀 8、 9 全开时， 从怠速喷嘴 12 和主喷嘴 13 抽吸燃料， 然而， 由于通向主喷嘴 13 的较粗糙的燃料管线 29 充分地大于通向怠速喷嘴 12 的较精细的燃料管线 28， 所 以怠速喷嘴 12 在全油门 (full throttle) 期间几乎不影响燃料供应。
     燃料阀 60 由电子控制单元 100 控制， 该电子控制单元接收传感器输入， 例如， 来自 节流位置传感器 30 ； 300 的节流位置， 来自发动机速度传感器 101 的发动机速度， 以及可选 地附加传感器 102( 例如， 温度传感器 ) 的传感器输入。电子控制单元 100 能够利用这些传 感器输入确定何时打开或关闭燃料阀 60。电子控制单元 100 也可控制排气阀 40， 以旁通节 流阀 8、 9 上的空气。
     如在图 2 和图 3 中看到的， 燃料阀 60 与排气阀 40 的主要部件以及节流位置传感 器 30 ； 300 优选地安装在控制模块 2 中。优选地， 电子控制单元 100( 仅在图 1 中示出 ) 以 及相应的电子部件 ( 例如电容器 ) 也安装在控制模块 2 中， 从而控制模块 2 能够与化油器 分开地装配， 即， 在分开的生产线上装配。控制模块 2 安装至第二轴侧 7， 然而， 也可将其安 装在第一轴侧 6 或燃料调节器侧 5， 当然， 由此必须改变主体 1 中的燃料管线 27、 28、 29 的路 径。控制模块 2 优选地由单个单元组成， 但是， 当然也能分成若干个单元， 这些单元能够安 装在燃料供应单元 1 的不同侧 4、 5、 6、 7 上。
     关于下面描述的燃料阀 60 和排气阀 40， 方向 “前” 和 “后” 与化油器的主体 1 相关， 其中， 术语 “前” 指的是位于面向主体 1 的端部处的元件， 而 “后” 指的是位于相对端的元件。
     燃料阀
     现在将参照图 1 至图 3、 图 5、 图 6 及图 9 描述燃料阀 60。 燃料阀 60 包括 ： 具有轴向 延伸的腔室 63 的阀体 73， 包括永磁体 62 的能轴向移动的活塞 61， 用于当通电 (energized) 时施加磁力以使活塞 61 在打开和关闭位置之间快速移动 (snap) 的电磁操作装置 68a、 68b， 以及位于腔室 63 的每个纵向端处的两个相对设置的铁磁元件 66、 67。
     轴向延伸的腔室 63 在远离主体 1 的方向上延伸， 并具有两个相对设置的阀座 64、 65， 用于限制活塞 61 的轴向运动， 前阀座 64 位于面向主体 1 的纵向端处， 而后阀座 65 位于 相对的纵向端处。在面向主体 1 的纵向端处， 还设置有两个端口， 第一端口 71 和第二端口 72， 其中一个端口 72 用作燃料阀的进入端口， 而另一个端口 71 用作燃料阀 60 的排出端口。 当燃料阀 60 打开时， 这些端口彼此流体连通， 在它们之间形成流体通道。
     第一端口 71( 优选地是进入端口 ) 能够作为前阀座 64 中的开口， 并且该第一端口 连接至燃料管线 27， 该燃料管线在主体 1 的第二轴侧 7 处具有连接开口。活塞 61 的前端具 有适于关闭第一端口 71 的开口的横截面。第一端口 71 优选地是连接至燃料管线 27 的具 有圆形横截面的通路。
     第二端口 72( 优选地是排出端口 ) 能够位于前阀座 64 的旁边， 并且该第二端口连 接至燃料管线 28、 29， 燃料管线 28、 29 在主体 1 的第二轴侧 7 处具有共用的连接开口。
     在每个阀座 64、 65 处， 具有铁磁元件 66、 67， 前铁磁元件 66 和后铁磁元件 67， 优选 地是铁芯的形式。这些铁磁元件 66、 67 用来提供两个稳定的阀位置， 当活塞 61 邻接后阀座 65 时的打开位置， 和当活塞 61 邻接前阀座 64 时的关闭位置。在关闭位置处， 活塞 61 的前 端关闭前阀座 64 处的第一端口 71， 防止流体在第一端口 71 和第二端口 72 之间流动。
     前铁磁元件 66 至少部分地围绕第一端口 71 的通路， 优选地是围绕通路的铁管的 形式， 即， 优选地， 前铁磁元件 66 提供第一端口 71 的通路的一部分。
     活塞 61 的磁体 62 至少是活塞 61 的一部分 ； 优选地， 整个活塞 61 都是磁体 62。活塞 61 的磁体 62 在纵向方向上磁性地定向， 具有前磁极 62a 和后磁极 62b， 前磁极面向与前 铁磁元件 66 相互作用的前阀座 64， 后磁极面向与后铁磁元件 67 相互作用的后阀座 65。磁 体 62 与相应的铁磁元件 66、 67 之间的磁力控制成使得当活塞 61 邻接前阀座 64 时， 前磁极 62a 与前铁磁元件 66 之间的磁力比后磁极 62b 与后铁磁元件 67 之间的磁力强， 并使得当活 塞 61 邻接后阀座 65 时， 后磁极 62b 与后铁磁元件 67 之间的磁力比前磁极 62a 与前铁磁元 件 66 之间的磁力强。
     磁体 62 与相应的铁磁元件 66、 67 之间的磁力通过使它们间隔而彼此不直接接触 来来控制， 通过相应地用前后阀座 64、 65 的相应的前后非磁性材料 69、 70 来使它们间隔。 这样做的主要原因是为了避免铁磁元件 66、 67 与磁体 62 之间的直接接触， 因为铁磁元件与 磁体越靠近， 它们之间的磁力会成指数地增长 ； 因此， 通过使它们间隔， 它们之间的力曲线 的斜度就不会像它们直接接触时那么陡， 这是生产中的公差不需要像它们不间隔时那么高 的原因。应该观察到， 当然， 通过在活塞 61 的相应端处设置非磁性材料， 而不是在阀座 64、 65 中封装铁磁元件 66、 67， 能够实现该间隔。如果间隔绝缘材料太薄， 那么存在其将磨损的 危险， 从而磁力将急剧增加。优选地， 间隔材料是具有 0.3mm 至 3mm 的范围内的厚度的聚合 物， 更优选地， 其厚度范围为 0.5mm 至 2mm。 优选地， 活塞是具有 2mm 至 12mm 的范围内的直径的圆柱体， 更优选地， 活塞的直径 的范围为 3mm 至 8mm， 并且优选地， 活塞具有比直径长的长度。
     由缠绕在阀体 73 的轴向延伸的腔室 63 周围的两个电磁线圈 68a、 68b 提供电磁 操作装置 68a、 68b。电磁线圈 68a、 68b 在彼此相反的缠绕方向上缠绕， 其中， 两个电磁线圈 68a、 68b 中的第一个电磁线圈 68a 用于从打开位置快速移动至关闭位置， 而两个电磁线圈 的第二个电磁线圈 68b 用于从关闭位置快速移动至打开位置。当然， 将可行的是使一个或 多个电磁线圈 68a、 68b 在相同方向上缠绕， 并且替代地， 切换电流方向以在两个位置之间 快速移动。应该观察到， 不需要使电磁线圈 68a、 68b 通电以将活塞 61 保持在两个稳定位置 中的任何一个位置处， 从而燃料阀 60 是双稳定的。
     排气阀
     现在将参照图 2 至图 3、 图 5、 图 6 以及图 8 描述排气阀 40。排气阀 40 包括 ： 具有 轴向延伸的腔室 43 的阀体 52， 包括永磁体 42 的能轴向移动的活塞 41， 用于施加磁力以便 当通电时使活塞 41 在打开和关闭位置之间快速移动的电磁操作装置 48a、 48b， 以及位于腔 室 43 的每个纵向端处的两个相对设置的铁磁元件 46、 47。
     轴向延伸的腔室 43 在远离主体 1 的方向上延伸， 并具有相对设置的两个阀座 44、 45， 以限制活塞 41 的轴向运动， 前阀座 44 位于面向主体 1 的纵向端处， 后阀座 45 位于相对 的纵向端处。
     活塞 41 包括由非磁性材料 ( 优选地是聚合物材料 ) 制成的前部 54、 和后部 55， 后 部包括磁体 42。前部 54 穿过前阀座 44 中的阀座孔 51 而伸出， 该阀座孔 51 具有大到足以 使前部 54 伸出但是小到足以防止后部 55 伸出的横截面。
     节流阀板 9 在阀板 9 的边缘中具有阀板孔 25， 并且化油器的主体 1 具有通向主空 气通道 3 的孔 26， 使得当活塞 41 与节流阀 8、 9 处于它们的关闭位置中时， 活塞前部 54 的前 端 53 适于主要填充所述阀板孔 25。当活塞处于其关闭位置中时， 前端 53 从阀板孔 25 收 回， 允许排气通过节流阀 8、 9， 即使当其关闭时。
     阀板孔 25 的面积优选地在 1mm2 至 12mm2 的范围内， 更优选地在 2mm2 至 8mm2 的范围内。 在每个阀座 44、 45 处， 具有铁磁元件 46、 47， 前铁磁元件 46 和后铁磁元件 47， 优选 地是铁芯的形式。这些铁磁元件 46、 47 用来提供两个稳定的阀位置， 当活塞 41 的后部 55 邻接后阀座 45 时的打开位置， 和当活塞 41 的后部 55 邻接前阀座 44 时的关闭位置。
     前铁磁元件 46 至少部分地围绕阀座孔 51， 优选地是围绕孔的铁管的形式， 即， 优 选地， 前铁磁元件 46 提供孔的至少一部分。
     活塞 41 的磁体 42 至少是后部 55 的一部分， 优选地是除了后部 55 的前端以外的 整个后部 55， 该后部 55 的前端优选地为非磁性材料， 用作前间隔元件 49， 使磁体 42 与前铁 磁元件 46 间隔。磁体 42 在纵向方向上磁性定向， 具有前磁极 42a 和后磁极 42b， 前磁极面 向与前铁磁元件 46 相互作用的前阀座 44， 后磁极面向与后铁磁元件 47 相互作用的后阀座 45。磁体 42 与相应的铁磁元件 46、 47 之间的磁力控制成使得当活塞 41 邻接前阀座 44 时， 前磁极 42a 与前铁磁元件 46 之间的磁力比后磁极 42b 与后铁磁元件 47 之间的磁力强， 并 使得当活塞 41 邻接后阀座 45 时， 后磁极 42b 与后铁磁元件 47 之间的磁力比前磁极 42a 与 前铁磁元件 46 之间的磁力强。活塞 41 的前部 54 优选为非磁性材料， 更优选地为聚合物材 料。
     磁体 42 与相应的铁磁元件 46、 47 之间的磁力是通过将它们间隔而彼此不直接接 触来控制的。 因此， 后阀座 45 包括在后铁磁元件 47 的前面的间隔后非磁性材料 50。 不需要 用非磁性材料覆盖前阀座 44， 因为与前壁座接触的后部的前端是非磁性的。这样做的主要 原因是为了避免铁磁元件 46、 47 与磁体 42 之间的直接接触， 因为铁磁元件与磁体越靠近， 它们之间的磁力会成指数地增长 ； 因此， 通过使它们间隔， 它们之间的力曲线的斜度不会像 它们直接接触时那么陡， 这是生产中的公差不需要像它们不间隔时那么高的原因。应该观 察到， 当然， 通过在阀座 44、 45 或活塞 41 的接触部分处设置非磁性材料能够实现该间隔。 如 果间隔绝缘材料太薄， 那么存在其将磨损的危险， 从而磁力将急剧增加。优选地， 间隔材料 是具有 0.3mm 至 3mm 的范围内的厚度的聚合物， 更优选地， 其厚度范围为 0.5mm 至 2mm。
     活塞 41 的后部 55 优选地是具有 2mm 至 12mm 的范围内的直径的圆柱体， 更优选地， 其直径范围为 3mm 至 8mm， 并且活塞优选地具有比直径长的长度。
     由缠绕在阀体 52 的轴向延伸的腔室 43 周围的两个电磁线圈 48a、 48b 提供电磁 操作装置 48a、 48b。电磁线圈 48a、 48b 在彼此相对的缠绕方向上缠绕， 其中， 两个电磁线圈 48a、 48b 中的第一个电磁线圈 48a 用于从打开位置快速移动至关闭位置， 而两个电磁线圈 中的第二个电磁线圈 48b 用于从关闭位置快速移动至打开位置。当然， 将可行的是使一个 或多个电磁线圈 48a、 48b 在相同方向上缠绕， 并且替换地， 切换电流方向以在两个位置之 间快速移动。应该观察到， 不需要使电磁线圈 48a、 48b 通电以使活塞 41 保持在两个稳定位 置的任何一个位置处， 从而旁通空气阀 40 是双稳定的。
     旁通空气阀的能量消耗保持较低， 因为仅当在关闭和打开位置之间快速移动时需 要使其通电。通过具有消耗较低能量的双稳定的旁通空气阀， 可以在怠速期间积极地使用 它， 以补偿影响发动机性能的不同条件， 例如， 补偿瞬时燃料质量、 气压、 空气滤清器的条 件、 内摩擦等。当起动机器时， 使用排气阀， 通过打开排气阀， 能够帮助起动。当然， 如上所 述使燃料阀是双稳定的对于使用该燃料阀的机器的能量消耗来说也是有利的。
     节流位置传感器
     现在将参照图 1 至图 8 和图 10a 至图 10q 更详细地说明节流位置传感器 30。如图 2 至图 3 和图 5 至图 8 所示， 第一实施例的节流位置传感器 30 包括可移动部 34， 其基本上 具有沿着中心平面分成两半的杯子形状。可移动部 34 可相对于燃料供应单元 1 和固定部 33 移动， 如图 2 至图 6 和图 8 所示， 并且可移动部 34 连接至节流轴 8， 如图 8 所示。所述节 流轴 8 固定地连接至内燃机的化油器的节流阀 8、 9 的节流阀板 9。 代替化油器， 可使用其他 类型的燃料供应单元 1， 例如低压喷射系统。节流位置传感器 30 有利地连接至燃料供应单 元 1 一侧的节流轴 8 的伸出端， 如图 8 所示。然而， 节流位置传感器 30 也可连接至节流轴 8 的两端， 或连接至响应于例如节流杆而旋转的其它的某种装置。
     节流轴 8 是节流阀 8、 9 的一部分， 并固定地连接至节流阀板 9。图 1 和图 8 所示的 节流阀 8、 9 是蝶型阀， 并具有两个端位置， 这两个端位置代表打开和关闭位置， 这些位置又 对应于内燃机的怠速和全油门状态。 在第一实施例中， 这些端位置隔开约 75°的角距离， 但 是当然这也可变化。在两个端位置之间是部分油门 (part throttle) 范围。
     可移动部 34 与节流轴 8 能够固定地连接或通过运动传递元件连接， 以具有适合的 运动。这意味着， 在节流轴 8 与可移动部 34 之间会存在齿轮或其他元件， 以传递节流轴 8 的运动， 允许可移动部 34 相对于节流轴 8 旋转更长或更短的角距离。例如， 可移动部 34 能 够布置成在节流轴 8 与节流阀 8、 9 的两个端位置之间旋转 180°。这种运动传递元件未在 图中示出。
     固定部 33 相对于可移动部 34 固定， 并设置有多个对， 每个对包括一个磁通量产生 装置 31 和一个磁敏元件 32。当磁通量未被磁通量导向装置 35 屏蔽时， 磁敏元件 32 由同一 对中的磁通量产生装置 31 的磁通量所驱动。
     磁通量导向装置 35 连接至可移动部 34， 或是可移动部的一部分。 所述实施例的磁 通量导向装置 35 包括 5 个齿 36a-e， 如图 7a 至图 7b 所示， 并与可移动部 34 一起沿着基本 圆形的运动路径在节流阀 8、 9 的两个端位置之间旋转。替代地， 运动路径可设置成基本为 线性的。磁通量导向装置 35 的齿 36a-e 设置成屏蔽从磁通量产生装置 31 产生的磁通量， 并因此减弱磁敏元件 32 处的磁通量密度。替代地， 齿 36a-e 可设置成加强磁敏元件 32 处 的磁通量密度。在这种构造中， 磁通量产生装置 31 和磁敏元件 32 可设置在磁通量导向装 置 35 的运动路径的同一侧上。在这种构造中， 当齿 36a-e 处于所述齿 36a-e 与磁通量产生 装置 31 一起形成磁路的位置中时， 磁敏元件 32 被驱动。当经过齿 36a-e 而非气隙时， 由于 磁路的磁阻减小， 因而增强了磁通量密度。磁敏元件 32 布置成对于磁通量导向装置 35 的 某些位置， 并由此也对于节流阀 8、 9 的某些位置， 由增强的磁通量对其进行驱动。
     磁敏元件 32 是数字霍尔传感器 32， 其能够产生两个可能输出中的一个， 驱动或未 驱动， 根据磁通量密度， 例如， 对于高于阈值的通量密度产生数字值 “1” ， 对于低于所述阈值 的通量密度产生 “0” 。
     如图 6 所示， 节流位置传感器 30 的第一实施例包括以三个对的形式设置的三个磁 体 31 和三个数字霍尔传感器 32， 每对包括一个磁体 31 和一个数字霍尔传感器 32。每个霍 尔传感器 32 构造为产生两个可能值中的一个， 驱动或未驱动。替代地， 例如， 为了提高可靠 性， 一对能够包括多于一个的磁体 31 和多于一个的霍尔传感器 32。磁体 31 和霍尔传感器 32 安装在节流位置传感器 30 的固定部 33 上。因此， 磁通量导向装置 35 的齿 36a-e 与节流轴 8 一起相对于固定部 33 移动。磁通量导向装置 35 具有穿过三对中的每对 ( 每对包括 一个磁体 31 和一个霍尔传感器 32) 的运动路径。当齿 36a-e 定位在这种对的磁体 31 与霍 尔传感器 32 之间时， 磁通量被屏蔽， 并且在霍尔传感器 32 处大幅减弱， 使得霍尔传感器 32 从驱动变成未驱动。节流位置传感器 30 的每个可检测的位置对应于节流位置传感器 30 的 状态。该状态由所有霍尔传感器 32 的状态一起形成。与怠速和全油门对应的状态是唯一 的， 但是与部分油门范围对应的状态不是唯一的， 这意味着， 相同的状态在部分油门范围内 会出现多次。然而， 部分油门范围内的每组三个连续状态的每个状态相对于其他两个状态 来说是唯一的。这使得可能检测部分油门范围内的变化方向。因此， 根据此实施例的节流 位置传感器 30 允许指示怠速、 全油门和部分油门以及部分油门内的变化方向的可能性。
     如果被驱动的霍尔传感器 32 用数字值 “1” 表示， 而未驱动的霍尔传感器 32 由数 字值 “0” 表示， 那么， 具有三个霍尔传感器 32 和三个磁体 31 的节流位置传感器 30 能够具 有在从 “000” 到 “111” 范围的三个值的可能状态， 这些值代表第一、 第二和第三霍尔传感器 32 的值。通过三个磁体 31 和三个霍尔传感器 32 以及具有五个齿 36a-e 的磁通量导向装置 35， 至少能够获得十三个状态。对于所述实施例， 节流阀 8、 9 的两个端位置的两个唯一状态 是 “000” 和 “011” ， 当然， 能够颠倒或以其他方式改变。用最左边的值代表的第一霍尔传感 器 32 仅对于怠速和全油门状态具有值 “0” 。这是确保节流位置传感器 30 的唯一状态的方 便的方式。然而， 这意味着， 不使用状态 “010” 和 “001” 。替代地， 改变构造， 以便也使用这 些状态。部分油门范围对应于以下十一个状态 ：
     ‘100 101 111 110
     100 101 111 110
     100 101 111’
     能够发现包括四个不同状态 ‘100 101 111 110’ 的两个完整系列。具有六个齿 36a-e 的磁通量导向装置 35 的构造将增加一个这种系列， 具有七个齿 36a-e 的磁通量导向 装置 35 将增加两个系列， 等等。对于去除齿 36a-e 来说， 将会出现相反的结果。具有四个 齿 36a-e 的磁通量导向装置 35 将意味着系列的数量减去一， 并且对于 3 个齿 36a-e， 减去 二。
     图 10a 至图 10q 中示出了具有六个齿 36a-e 和五个间隙的磁通量导向装置 35 的示 意图， 其中， 五个间隙用五个孔代表。图 10a 至图 10q 进一步示出了磁通量导向装置 35 的 17 个位置， 其中， 每个位置代表节流位置传感器 30 的可能状态， 并且， 用 S1 至 S3 表示的三 条线代表三个对 ( 每对由一个霍尔传感器 32 和一个磁体 31 组成 ) 的位置。跨越 (across) 孔的线意味着霍尔传感器 32 没有从磁体 31 屏蔽， 因此被驱动， 这进一步表示， 由霍尔传感 器 32 产生数字值 “1” 。图 10a 示出了磁通量导向装置 35 的最右边的位置， 其对应于怠速。 当磁通量导向装置 35 接着向左侧移动时， 节流位置传感器 30 经过图 10b 至图 10p 中所示 的部分油门状态。图 10q 中所示的磁通量导向装置 35 的最左边位置对应于全油门。因此， 图 10a 至图 10q 对应于节流位置传感器 30 的以下 17 个可能状态 ：
     ‘000
     100 101 111 110
     100 101 111 110
     100 101 111 110100 101 111
     011’
     对于具有三个齿 36a-e 的磁通量导向装置 35， 以下状态是可能的 ：
     ‘000
     100 101 111
     011’
     对于三个齿 36a-e， 所有五个状态都是唯一的， 这对于也在部分油门范围内实现精 确定位是有利的。 如果使用一个或两个齿 36a-e， 那么三个磁体 31 和三个霍尔传感器 32 不 是必需的。因此， 具有两个磁体 31 和两个霍尔传感器 32 的构造是更理想的， 其与一个或两 个齿 36a-e 一起能布置为产生四个状态， 例如 ： ‘11 10 00 10’ 。
     在第一实施例的非常简单的构造中， 仅有一个齿 36a-e 与两个磁体 31 和两个霍尔 传感器 32 组合使用， 并设置为仅产生两个状态， 怠速和全油门。
     在另一构造中， 磁体 31 和霍尔传感器 32 安装在可移动部 34 上， 并且磁通量导向 装置 35 安装在固定部 33 上。
     齿 36a-e 越多， 更好的分辨率越是可能的， 这意味着， 能够检测到部分油门范围内 的更小的变化。
     应该理解， 能够以许多方式改变磁通量导向装置 35 的构造， 以提供另一顺序的可 能状态， 或具有更多的可能状态或更少的可能状态。例如， 能够颠倒构造， 即， 图 7a 至图 7b 中的齿 36a-e 能够改变成间隙， 并且间隙能够改变成齿 36a-e， 从而节流位置传感器 30 的可 能状态也能够颠倒。
     在节流位置传感器 30 的第二实施例中， 磁体 31 安装在可移动部 34 上， 并且数字 霍尔传感器 32 安装在固定部 33 上， 且不使用磁通量导向装置 35。 可移动部 34 可以与图 7a 至图 7b 中的构造相似的方式构造， 其中， 每个齿 36a-e 能够改变成磁体 31， 或者磁体 31 能 够安装在每个齿 36a-e 上， 但是优选地， 可移动部 34 具有更像盘形的构造。每个霍尔传感 器 32 构造为， 对于高于阈值的磁通量密度产生一个值， 并且对于低于所述阈值的磁通量密 度产生第二值。当磁体 31 和霍尔传感器 32 相对于彼此处于某些位置时， 并且优选地， 当磁 体 31 和霍尔传感器 32 间隔短距离或间隔最短的可能距离时， 霍尔传感器 32 处的磁通量密 度高于所述阈值。为了能够检测节流轴 8 和具有此构造的节流阀 8、 9 的与内燃机的怠速和 全油门状态相对应的两个唯一位置， 必须使用两个数字霍尔传感器 32 和至少一个磁体 31。 优选地， 使用更多磁体 31( 例如， 五个 ) 和三个霍尔传感器 32。 该实施例的这种构造的可能 状态的数量与根据节流位置传感器 30 的第一实施例的节流位置传感器 30 的可能状态的数 量相对应。在具有类似于图 7a 至图 7b 中的可移动部的可移动部 34， 但是具有安装在五个 齿 36a-e 中的每个齿上的磁体 31 的构造中， 轻松地获得了用于节流位置传感器 30 的一组 13 个可能状态。 当可移动部 34 沿着其运动路径在其两个端位置之间移动时， 安装在固定部 33 上的霍尔传感器 32 交替地被驱动和未驱动， 因为， 当磁体 31 经过时， 它们被不同的磁通 量密度所影响。具有三个霍尔传感器 32 和五个磁体 31， 并且没有磁通量导向装置 35 的构 造的 13 个可能状态是 ：
     111
     011 010 000 001011 010 000 001
     011 010 000
     100
     第一状态， “111” ， 和最后一个状态， “100” ， 是唯一的， 且与节流阀 8、 9 的端位置以 及内燃机的怠速及全油门状态相对应。相对于第一实施例的状态， 这些状态是颠倒的。
     然而， 节流位置传感器 30 的可能状态能够轻松地以另一顺序布置， 可增加、 去除 或颠倒这些状态， 节流位置仍至少具有第一和第二唯一状态， 代表节流阀 8、 9 的两个端位 置， 因此也代表内燃机的怠速和全油门状态。优选地， 节流位置传感器 30 具有与部分油门 范围相对应的一组可能状态， 使得节流位置传感器 30 能够指示怠速、 部分油门、 全油门以 及部分油门范围内的变化方向。
     在节流位置传感器 30 的第二实施例的另一构造中， 磁体 31 安装在固定部 33 上， 并且霍尔传感器 32 安装在可移动部 34 上。不使用磁通量导向装置 35， 并且必须具有至少 两个霍尔传感器 32 和至少一个磁体 31， 以检测与内燃机的怠速和全油门状态相对应的节 流轴 8 和节流阀 8、 9 的两个唯一位置。
     在图 11 和图 12 所示的节流位置传感器 300 的第三实施例中， 磁敏元件 320 是安装 至固定部 33 的模拟霍尔装置 320， 该固定部未在图 11 和图 12 中示出。模拟霍尔装置具有 霍尔元件 321， 该霍尔元件构造为产生与通过霍尔元件 321 的磁通量密度成比例的输出电 压。 霍尔效应装置 320 能够具有例如用于补偿不同条件 ( 例如， 温度变化 ) 的集成电路。 可 移动部 340 具有基本上盘形的形状， 并附接至位于其中心的节流轴 8， 并具有优选地在垂直 于固定部的方向上极化的两个磁体 310。然而， 可移动部 340 当然能够用不同方式构造， 例 如， 具有三角形形状， 或仅设置有一个磁体 310 或设置有多于两个的磁体 310。磁体 310 在 离旋转轴线一定距离处固定至可移动部 340， 并且磁体 310 间隔开大约 75°。此外， 这两个 磁体 310 在关于彼此相反的方向上极化， 以形成通过霍尔效应装置 320 的霍尔元件 321 的 磁通量密度， 该磁通量密度与可移动部 340 和节流轴 8 的旋转面积 (size) 基本上成比例。 因此， 模拟霍尔传感器 320 产生输出电压， 该输出电压相对于节流轴 8 和节流阀 8、 9 的旋转 面积基本上是线性的。 通过此类型的霍尔效应装置 320， 在部分油门范围内也能够获得节流 阀 8、 9 的位置的精确值。
     可以具有用于处理数据的处理单元， 该处理单元集成在节流位置传感器 300 中或 与其分离。因此， 节流位置传感器 300 的输出值在不同实施例或节流位置传感器 300 的构 造中能够改变。优选地， 节流位置传感器 300 被布置为将数据传递至电子控制单元 100， 在 那里能够实现更多的处理或所有处理。节流位置传感器 300 的输出 ( 其也可称做节流位置 传感器 300 的状态 ) 优选地是霍尔效应装置 320 的霍尔元件 321 的霍尔电压。输出值能够 与例如内燃机的旋转速度、 空气 / 燃料混合物的测量值以及 / 或温度等一起处理， 以优化供 应至内燃机的空气 / 燃料混合物。
     在节流位置传感器 300 的第三实施例的优选构造中， 适应性特征 (adaptivity feature) 被内置到电子控制单元 100 中， 以便至少部分地提高检测关闭或全开节流阀的精 度。电子控制单元 100 控制两个阈值， 在发动机运行期间， 这两个阈值将改变， 以适应与关 闭和全开节流阀 8、 9 相对应的实际值， 这些实际值又对应于节流位置传感器 300 的最大和 最小输出值， 并能用 Vmax 和 Vmin 表示。然而， 在不同条件 ( 例如， 不同温度或杂散磁场 )的影响下， Vmax 和 Vmin 将改变。因此， 电子控制单元 100 布置为在发动机运行期间测量 Vmax 和 Vmin。有几种推断测量值与节流位置传感器 300 的最大或最小值是否相对应的方 法。例如， 电子控制单元 100 能够利用与发动机转速和 / 或发动机转速已经多长时间恒定 相关的信息， 以推断是否已经达到节流位置传感器 300 的最大或最小值。替代地， 当已经测 量到大于最大测量值的值时， 电子控制单元 100 仅更新最大值， 并且当检测到比最小测量 值小的值时， 更新最小值。重新计算阈值， 以适应测得的实际值。节流位置传感器 300 输出 值在一定跨度内， S ＝ Vmax-Vmin， 其中， S 是跨度的长度。阈值与相应的实际值之间的差优 选地小于 S 的 10％。 在发动机起动时， 电子控制单元 100 使用默认阈值， 这意味着阈值与对 应的实际值之间的差在发动机起动时和这之后的一段时间较大。当节流位置传感器 300 的 输出大于最大阈值时， 检测到关闭的节流阀， 并且当输出小于最小阈值时， 检测到全开的节 流阀。然而， 通过例如改变磁体 310 的极性， 最大阈值将对应于全开位置， 而最小阈值将对 应于关闭位置。
     替代地， 电子控制单元 100 控制在发动机运行期间从 Vmax 和 Vmin 获得的三个阈 值； 第三阈值是例如在跨度 S 的中间， 以将该跨度分成四个子范围， 其中的两个用于检测全 油门和怠速， 而另两个用于检测部分油门的较低部分和部分油门的较高部分。 优选地， 电子 控制单元 100 控制多于三个的阈值， 以形成多于四个离散位置， 例如十个离散位置。离散位 置越多， 当检测节流位置时， 精度越高。
     替代地， 适应性特征用于得到连续的输出值。这能够实现， 因为输出值 ( 优选地是 霍尔电压 ) 与节流阀的角位移之间的关系基本上是线性的， 并且因此， 描述等式 V ＝ kD+h 或 D ＝ (V-h)/k， 其中， V 是节流位置传感器的输出电压， D 是节流阀的角位移， 而h和k是 常数。已知节流位置传感器 300 的最大和最小输出值， 并且已知它们对应于角位移 D 的已 知最小和最大值， 这意味着， 能够轻松地得到常数 h 和 k。因此， 在发动机运行期间， 通过测 量节流位置传感器 300 的最大和最小输出值， 在部分油门范围内也能提高角位移 D 的检测 精度。
     适应性特征非常有利， 因为其不仅补偿诸如温度变化或杂散磁场的条件， 而且补 偿节流位置传感器之中的变化。由于制造公差的原因， 这些节流位置传感器将在每个单元 上不同。该适应性使得能够具有更小的临界公差 (critical tolerance)， 这进而使得能够 得到更便宜的单元。
     点火系统
     点火系统的优选实施例包括具有磁体和电磁转换装置的飞轮， 该电磁转换装置被 设置成将磁能转换成电能， 该电能用于点火， 并用于对控制模块 2 中的装置 30 ； 300、 40、 60、 100 或控制模块 2 中的装置 30 ； 300、 40、 60、 100 中的至少一个以及 / 或其他不位于控制模 块 2 中的部件供应动力。优选地， 飞轮包括间隔约 180°的第一和第二磁体。当飞轮旋转且 磁体靠近线圈移动时， 磁体周期性地使第一电磁转换装置 ( 优选地， 初级线圈 ) 通电。初级 线圈优选地使第二电磁转换装置 ( 次级线圈 ) 通电， 次级线圈的绕组具有比初级线圈多的 电线匝数。因此， 对次级线圈增加负载， 使得能够产生适于点火的非常高的电压。优选地， 在通过两个磁体中的至少第一磁体通电之后， 但是优选地也在通过第二磁体通电之后， 从 初级线圈获得用于供应动力的电能， 并且从次级线圈获得用于点火的电能， 该次级线圈已 通过初级线圈而通电。替代地， 飞轮仅设置有一个磁体， 或设置有多于两个磁体， 这些磁体能间隔小于 180°， 并且至少一个电磁转换装置能够具有其他构造， 但是仍被构造为将磁能转换成用于 点火和供应动力的电能。