NL1024086C1 - Samenstel van een verbrandingsmotor en een regelsysteem voor het regelen van tenminste een tijdstip waarop ontsteking van de verbranding in de motor plaatsvindt, een dergelijk regelsysteem en een werkwijze voor het regelen van een verbrandingsmotor. - Google Patents

Description

Titel: Samenstel van een verbrandingsmotor en een regelsysteem voor het regelen van tenminste een tijdstip waarop ontsteking van de verbranding in de motor plaatsvindt, een dergelijk regelsysteem en een werkwijze voor het regelen van een verbrandingsmotor.

5

De uitvinding heeft betrekking op een samenstel van een verbrandingsmotor en een regelsysteem volgens de aanhef van conclusie 1.

Een dergelijk samenstel is op zich bekend en heeft als nadeel dat deze als onstabiel wordt ervaren en derhalve is beperkt tot een 10 regelsysteem en een verbrandingsmotor met geleidelijke toestandsveranderingen waarop het regelsysteem kan inspelen.

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een samenstel met minder beperkingen.

Dit doel is bereikt met een samenstel volgens de uitvinding die 15 het kenmerk heeft dat de verbrandingsmotor een n-takt type motor omvat waarbij n gelijk is aan tenminste twee. Verrassenderwijs blijkt dat een dergelijk samenstel waarbij overigens regelgrootheden als gaskiepstand en luchtmassa worden weggelaten, tegen de algemene verwachting in, wel degelijk stabiel en goed kan functioneren, hetgeen is 20 gebleken uit onze laboratorium testen. In het bijzonder geldt dat n gelijk is aan twee. Met het verschaffen van een samenstel volgens de uitvinding wordt het toepassingsgebied van een dergelijk regelsysteem en een verbrandingsmotor verbreedt.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het 25 regelen van een verbrandingsmotor.

Hieronder wordt dé uitvinding nader toegelicht aan de hand van een tekening. Hierin toont figuur 1 schematisch een uitvoeringsvorm van een samenstel volgens de uitvinding.

Het samenstel 1 omvat een verbrandingsmotor M en een 30 regelsysteem R. Het regelsysteem kan zijn ingericht voor het regelen van tenminste een tijdstip waarop ontsteking van de verbranding in de motor plaatsvindt. De verbrandingsmotor is voorzien van tenminste een aandrijfelement (niet getoond) dat in gebruik cyclische bewegingen 1024086

2 I

maakt Het regelsysteem R omvat tenminste een eerste I en een tweede I

sensor II. De eerste sensor I is ingericht voor het bepalen van een fase I

van de cyclische bewegingen van het aandrijfelement en de tweede I

sensor II is ingericht voor het meten van de verbrandingsdruk in de I

5 motor M als functie van de fase. Het regelsysteem voorts is voorzien van I

een microprocessor C die volgens een vooraf bepaald programma op I

basis van de verbrandingsdruk en de fase een ontstekingssignaal OS I

afgeeft. De verbrandingsmotor kan een n-takt type motor omvatten I

waarbij n gelijk is aan twee of gelijk is aan tenminste twee. De I

10 verbrandingsmotor kan tevens een benzinemotor omvatten. I

Het is voorts mogelijk dat het regelsysteem R tevens is ingericht I

voor het regelen van een brandstof-lucht verhouding in de I

verbrandingsmotor M, weergegeven met een stippellijn B/L. I

Het is voorts mogelijk dat het regelsysteem R tevens is ingericht I

15 voor het aansturen van een, eventueel variabele, overbrenging van de I

cyclische beweging van het aandrijfelement naar een rotatie-as (niet I

getoond) van een inrichting die in gebruik door de motor M wordt I

aangedreven. Deze aansturing is weergegeven met een stippellijn O. I

I Voorts kan het regelsysteem R zijn voorzien van een derde I

20 sensor, niet getekend, die is ingericht voor het bepalen een I

I hoekverdraaiing van de rotatie-as waarbij het regelsysteem voorts kan I

I rijn ingericht voor het mede op basis van de hoekverdraaiing aansturen I

van de overbrenging. I

I Zo is het ook mogelijk dat het regelsysteem tevens is ingericht I

I 25 voor het bepalen van een koppel en een toerental voor het bepalen van I

I het vermogen van de verbrandingsmotor (niet weergegeven in figuur 1). I

I Het regelsysteem kan voorts rijn ingericht voor het genereren I van een database D waarin historische gegevens betreffende gedrag van I de verbrandingsmotor M bij gebruik van het regelsysteem R worden I 30 opgeslagen en eventueel worden aangepast.

I Het is ook mogelijk dat de verbrandingsmotor is voorzien van I een retoursysteem RS voor het retourneren van een deel van het I 1024086 3 uitlaatgas naar een gasinlaat van de verbrandingsmotor. Het regelsysteem kan verder zijn ingericht voor het regelen van dit retoursysteem op basis van tenminste de verbrandingsdruk.

De uitvinding beperkt zich geenszins tot het getoonde en 5 besproken voorbeeld. Zo kan voorts geiden dat het regelen van het onstekingstijdstip is gericht op het regelen naar een ontstekingsvervroeging waarbij een zo hoog mogelijk koppel wordt bereikt, bij voorkeur moet deze vervroeging zo klein mogelijk zijn.

De brandstof lucht verhouding kan worden geregeld met behulp 10 van een regelsysteem in een samenstel volgens de uitvinding op basis van een maximale verbrandingsdruk die afhankelijk is van de hoeveelheid aangezogen lucht, temperatuur, zuurstofgehalte, luchtvochtigheid en luchtdichtheid. De brandstof lucht verhouding kan ook worden geregeld op basis van de compressiedruk in de cilinder voor 15 verbranding waarmee een maat voor de hoeveelheid aangezogen lucht wordt aangegeven, een stand van de gasklep of bijvoorbeeld het gashendel geeft de vermogenswens aan zonder dat deze separaat wordt gemeten; e.e.a. eventueel met inachtneming van de extra druk die gegenereerd wordt door een compressor zoals bijvoorbeeld een turbo. Bij 20 de drukmeting kan automatisch de luchtvochtigheid en de luchttemperatuur worden meegenomen. Deze factoren zijn elk van invloed op de einddruk voor verbranding (de invloed van luchtvochtigheid en luchttemperatuur op de compressiedruk zijn niet meetbaar als absolute waarden maar wel in de relatie tot eerdere 25 metingen) Het systeem kan zich op veranderingen in de luchtgesteldheid snel inregelen.

Ook kan de brandstof lucht verhouding worden geregeld op basis van bepaalde vooraf bepaalde meetpunten en of meetbereiken, bijvoorbeeld aan het begin en eind van de inlaatslag, net na de vonk, 30 halfweg de arbeidsslag of tijdens een deel van de compressie en of arbeidsslag.

1024086_ I 4 I Voorts kan de brandstof lucht verhouding worden geregeld op I basis het maximum koppel hetgeen bijvoorbeeld bereikt kan worden I door het verbrandingsdrukverloop weg te zetten als functie van de I rekenkundige lengte van de arm van de kruktap welke berekend kan I 5 worden uit het signaal van de motorcyclushoeksensor ook wel de fase I sensor genoemd. Door de verkregen waarden: rekenkundige lengte van I de kruktap en verbrandingsdruk welke daar bij hoort te I vermenigvuldigen over een vast bereik, bijvoorbeeld de arbeidsslag, I wordt een waarde verkregen welke een lineair verband heeft met de I 10 grootte van het koppel. Als deze waarden worden vermenigvuldigd met I het toerental weke kan worden gemeten door de cyclussensor dan wordt I het vermogen verkregen. De motorregeling gaat nu op zoek naar het I maximale koppel hierbij kan brandstofverbruik, maximaal koppel en of hoogste rendement als criterium worden aangehouden.

15 Verder is het mogelijk om de brandstof lucht verhouding te regelen op basis van een detonatie grens. Detonatie vindt plaats in een I veel hogere frequentie dan de verbrandingscyclus. Door een frequentie I filter over het verbrandingsdruk signaal te leggen wordt een grafiek I verkregen zoals bijvoorbeeld een sinus, de hoogte van de sinus geeft de I 20 mate aan waarin detonatie optreed. In het geval dat er geen detonatie is I heeft de grafiek de vorm van een horizontale rechte.

Verder is het mogelijk om de brandstof lucht verhouding te I regelen op basis van de vorm van de grafiek die door een daartoe I geschikt en op zich bekend grafisch systeem kan worden herkend.

I 25 Verder is het mogelijk om de brandstof lucht verhouding te I regelen door het systeem zelf een database te laten genereren in I bijvoorbeeld de vorm van een map welke het systeem zelf continu I aanpast of update met de laatste waarden welke ten gevolge van uitwendige en inwendige factoren veranderen. Voorbeelden van I 30 uitwendige factoren zijn, droog of nat, zeeniveau of hoog in de bergen, I zomer of winter. Voorbeelden van inwendige factoren zijn, het verstopt I raken van het luchtfilter, motorslijtage bijvoorbeeld een lekkende I 1024086 5 uitlaatklep. De meetwaarden welke opgeslagen kunnen worden zijn bijvoorbeeld; Ontstekingstijdstippen welke horen bij bepaalde verbrandingsdrukken en toerentallen. Tijdstippen van inspuiten horende bij toerentallen. Verbrandingsdrukwaarden en 5 motorcycluspositie. Hoeveelheden in te spuiten brandstof horende bij bijvoorbeeld druk van voorgaande slag of slagen. Of een resultante uit een bepaald logaritme waarvan de eindwaarde in combinatie met de waarde voor de in te spuiten hoeveelheid en of het daarbij horende onstekingstijdstipt en of mede ook andere afhankelijke regelgrootheden 10 ten opzichte van elkaar worden opgeslagen.

Door aan het regelsysteem een sensor toe te voegen welke de hoeverdraaiing en positie meet van de uitgaande as van de reductie of versnellingsbak welke is gekoppeld aan de motor en of een sensor welke de versnellingswens aangeeft kan het regelsysteem de eventueel 15 variabele overbrenging eventueel inclusief een koppeling aansturen.

Onder een overbrenging wordt verstaan, alle type overbrengingen welke aansturing nodig kunnen hebben, bijvoorbeeld; koppelen loskoppelen, tandwielkasten met verschillende overbrengingen, traploze versnellingsbakken etc.

20 Uitvoering van de hierboven besproken varianten zal voor de vakman geen problemen op leveren.

Dergelijke varianten worden elk geacht binnen het raamwerk van de uitvinding te vallen.

Tevens kan de verbrandingsmotor en of het regelsysteem 25 samenstel zo zijn uitgevoerd dat de mechanische pomp tevens een grof instelling heeft welke bedient wordt door de vermogenswens welke door de bestuurder regelbaar is. Dit kan elektronisch en mechanisch plaatsvinden door bijvoorbeeld een mechanische verbinding te maken tussen de pompslag en bijvoorbeeld het gashandel welke middels een 30 fijn regel apparaat wordt bijgesteld.

Tevens kan de verbrandingsmotor en of het regelsysteem samenstel zo zijn uitgevoerd dat het regelsysteem is ingericht voor het 1024086_ _ 6 regelen van variabele in en uitlaatkleppen welke de lucht en of gassen in en uit de verbrandingskamer laten stromen, zowel de vorm van de inlaat als van de uitlaat heeft invloed op het verloop van de het verbrandingsdrukverloop. Het regelsysteem volgens de uitvinding kan 5 de variabele in en uitlaat aansturen door bijvoorbeeld op zoek te gaan naar het maximum koppel, het maximum rendement of de meest milieuvriendelijke toestand bij een bepaalde vermogenswens. In een I tweetakt motor kan een variabele uitlaatklep de hoogte van de uitlaat I spoelpoort bepalen of de lengte van de expansie uitlaat. In een viertakt 10 motor kan een klep bijvoorbeeld pneumatisch bedient worden door een I elektronisch ventiel wat op haar beurt weer door het regelsysteem wordt I bedient. Tevens zijn bij viertakt motoren systemen bekend als vervroeging van de nokkenas welke ook door het regelsysteem I aangestuurd kunnen worden. In en uitlaatdelen zijn bijvoorbeeld het I 15 inlaatspruitstuk en het uitlaatspruitstuk of delen daarvan, door deze variabel te maken in lengte kan de uiteindelijke vullingsgraat dus de I aanwezige lucht in de cilinder en daarmee tevens het uiteindelijke I verbrandingsdrukverloop bepaald worden. Op deze manier kan het verbrandingsdrukverloop en de regeling de variabele in en uitlaat 20 regelen.

I 1024086

Claims (23)

1. Samenstel van een verbrandingsmotor en een regelsysteem voor het regelen van tenminste een tijdstip waarop ontsteking van de 5 verbranding in de motor plaatsvindt, waarbij de verbrandingsmotor is voorzien van tenminste een aandrijfelement dat in gebruik cyclische bewegingen maakt en waarbij het regelsysteem tenminste een eerste en een tweede sensor omvat, waarbij de eerste sensor is ingericht voor het bepalen van een fase van de cyclische bewegingen van het 10 aandrijfelement en de tweede sensor is ingericht voor het meten van de verbrandingsdruk in de motor als functie van de fase, waarbij het regelsysteem voorts is voorzien van een microprocessor die volgens een vooraf bepaald programma op basis van de verbrandingsdruk en de fase een ontstekingssignaal afgeeft, met het kenmerk, dat de 15 verbrandingsmotor een n-takt type motor omvat waarbij n gelijk is aan tenminste twee.

2 Samenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat n gelijk is aan twee.

3 Samenstel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het 20 regelsysteem tevens is ingericht voor het regelen van een brandstof- lucht verhouding in de verbrandingsmotor, hetgeen gedaan kan worden door het systeem steeds opnieuw te laten zoeken naar de detonatiegrens.

4 Samenstel volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat het 25 regelsysteem tevens is ingericht voor het aansturen van een, eventueel variabele, overbrenging van de cyclische beweging van het aandrijfelement naar een rotatie-as van een inrichting die in gebruik door de motor wordt aangedreven.

5 Samenstel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het 30 regelsysteem tevens is voorzien van een derde sensor die is ingericht voor het bepalen een hoekverdraaiing van de rotatie-as en het 1024086 I 8 I regelsysteem voorts is ingericht voor het mede op basis van de I hoekverdraaiing aansturen van de overbrenging. I

6 Samenstel volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het regelsysteem tevens is ingericht voor het bepalen van I 5 een koppel en een toerental voor het bepalen van het vermogen van de verbrandingsmotor. I

7 Samenstel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het I regelsysteem tevens is ingericht voor het genereren van een database I waarin historische gegevens betreffende gedrag van de I 10 verbrandingsmotor bij gebruik van het regelsysteem worden opgeslagen en eventueel worden aangepast, zoals bijvoorbeeld de waarde uit een I regel algoritme welke in relatie tot de verbrandingsdruk en cyclus wordt I opgeslagen.

8 Samenstel volgens een der voorgaande conclusies, met het I 15 kenmerk, dat de verbrandingsmotor is voorzien van een retoursysteem I voor het retourneren van een deel van het uitlaatgas naar een gasinlaat van de verbrandingsmotor waarbij het regelsysteem verder is ingericht I voor het regelen van dit retoursysteem op basis van tenminste de I verbrandingsdruk. I 20

9 Samenstel volgens een der voorgaande conclusies, met het I kenmerk, dat de verbrandingsmotor een benzinemotor omvat. I

10 Samenstel volgens een der voorgaande conclusies waarbij de verbrandingsmotor is voorzien van injectiemiddelen die zijn uitgevoerd I als een mechanische brandstofpomp welke is verbonden aan het I 25 aandrijfelement en welke een variabele pompslag kan maken waarbij de I instelling van het slagvolume via een elektronische regelweg afhankelijk I van een door het regelsysteem afgegeven signaal bestuurd wordt. I

11 Samenstel volgens conclusie 10, waarbij de mechanische pomp I tevens een grof instelling heeft welke bedient wordt door de I 30 vermogenswens welke door de bestuurder regelbaar is. I

12 Samenstel volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het I regelsysteem is ingericht voor het voorspellen van de luchtmassa welke I 1024086 ' naar de verbrandingsmotor toe stroomt, op basis van bijvoorbeeld een vast meetpunt voor verbranding te nemen.

13 Samenstel volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het regelsysteem is ingericht voor het regelen van variabele in en 5 uitlaatkleppen en of het bepalen van de lengte van inlaat en uitlaat delen.

14 Regelsysteem met het kenmerk dat het regelsysteem geschikt is voor gebruik in een samenstel volgens een der voorgaande conclusies.

15 Werkwijze voor het regelen van een verbrandingsmotor, waarbij 10 de werkwijze omvat: het regelen van tenminste een tijdstip waarop ontsteking van de verbranding in de motor plaatsvindt op basis van een fase van cyclische bewegingen van een in de motor opgenomen aandrijfelement op basis van de verbrandingsdruk in de motor als functie van de fase. 15

16 Werkwijze volgens conclusie 15, waarbij de werkwijze tevens omvat: het regelen van een brandstof-lucht verhouding in de verbrandingsmotor.

17 Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, waarbij de werkwijze tevens omvat: het aansturen van een, eventueel variabele, overbrenging 20 van de cyclische beweging van het aandrijfelement naar een rotatie-as van een inrichting die in gebruik door de motor wordt aangedreven.

18 Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij de werkwijze tevens omvat: het bepalen een hoekverdraaiing van de rotatie-as en het mede op basis van de hoekverdraaiing aansturen van de overbrenging. 25

19 Werkwijze volgens een der conclusie 15-18, waarbij de werkwijze tevens omvat: het bepalen van een koppel en een toerental voor het bepalen van het vermogen van de verbrandingsmotor en het eventueel daarvan afhankelijk kunnen regelen.

20 Werkwijze volgens een der conclusie 15-19, waarbij de 30 werkwijze tevens omvat: het genereren van een database waarin historische gegevens betreffende gedrag van de verbrandingsmotor bij 1024086 I 10 I gebruik van het regelsysteem worden opgeslagen en eventueel worden I aangepast. I

21 Werkwijze volgens een der conclusie 15-20, waarbij de I werkwijze tevens omvat: het retourneren van een deel van het uitlaatgas I 5 naar een gasinlaat van de verbrandingsmotor waarbij het regelsysteem | I verder is ingericht voor het regelen van dit retoursysteem op basis van I tenminste de verbrandingsdruk. I

22 Werkwijze volgens een der conclusie 15-21, waarbij de I verbrandingsmotor een n-takt type motor met n gelijk aan tenminste | I 10 twee of een 2-takt-motor omvat. I

23 Werkwijze volgens een der conclusie 15-22, waarbij de I verbrandingsmotor een benzinemotor omvat. I 1024086