SE1050885A1 - Metod för styrning av ett spjäll - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett spjäll (1) för reglering av ett flöde i ett rör (2), vilket spjäll(1) är inrättat att inta ett flertal olika lägen i ett rör (2) varigenom ett fluidflöde igenom röret(2) regleras, varvid spjället (1) är inrättat att styras baserat på en förändring per tidsenhet avett varvtal co hos en motor (10). Vidare avser uppfinningen ett system, ett motorsystem och ett motorfordon, samt en metod för styming av ett spjäll (1). (Figur 4)

Description

begränsas, Vilket i sin tur leder till att även avgaserna ut från motorn 10 begränsas. Detta spjäll 1 benämns vanligtvis trottelspj äll 1, vilket omnämndes ovan.

Figur 2 visar schematiskt ett sådant arrangemang där ett trottelspjäll 1 är anordnat i ett insugningsrör 2 för reglering av gasflödet (luftflöde) genom detsamma, varvid insugningsröret 2 är kopplat till en motor 10 via ett grenrör 2 for insugningsluft. Trottelspjället 1 styrs av en styrenhet 110 medelst ett eller flera styrorgan 211 så att flödet genom insugningsröret 2 regleras efter önskad mängd tilluft i motorsystemet. När luftmängden in i motom 10 begränsas med hjälp av ett trottelspjäll 1 kommer trycket i insugningsröret 2 att sänkas, och därmed finns det risk för att motorolja sugs upp i insugningsröret 2, exempelvis genom ventiltätningarna. Vid vilket tryck i insugningsröret detta kan ske är bl.a. beroende av konstruktionen av ventiltätningarna.

Beträffande mängden luft som motom 10 förbrukar bestäms denna till stor del av varvtalet hos motorn 10, vilket i detta fall betyder: ju högre motorvarvtal desto högre luftflöde krävs till motom 10. Om trottelspjället 1 begränsar mängden luft till motom 10 och motorvarvtalet höjs måste trottelspjället 1 öppna upp för att möjliggöra ett större luftflöde till motorn 10. Om så inte sker kommer undertrycket efter trottelspjället 1 (i flödesriktningen) i insugningsröret 2 att öka. Exempelvis vid en nedväxling då kopplingen stängs kommer motorvarvtalet for motom att öka kraftigt p.g.a. att växellådans ingående axel har en högre hastighet än motorns 10 svänghjul. Om trottelspjället 1 i en sådan situation intar ett läge som ger ett lågt luftflöde genom insugningsröret 2 leder detta till att trycket i insugningsröret 2 blir lågt, vilket kan leda till att motorolj a sugs upp, exempelvis genom ventiltätningama. Detta är inte önskvärt eftersom motorolja i insugsröret 2 förbränns och ger oönskade avgaser, samt i värsta fall göra att motorn 10 fortsätter att driva även om bränslesystemet slutat att spruta in diesel i motorn . Dessutom ökar motoms 10 olj eforbrukning, vilket leder till att service på motom 10 måste utföras betydligt oftare än vad som vanligtvis är fallet.

Kortfattad beskrivning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är tillhandahålla en metod och ett spjäll, vilka helt eller delvis löser problemen med metoder och spjäll enligt känd teknik. Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en alternativ metod och ett alternativt spjäll för reglering av ett flöde i ett rör.

Enligt en aspekt av uppfinningen uppnås ovan nämnda ändamål med en metod för styrning av ett spjäll för reglering av ett flöde i ett rör, vilket spjäll är inrättat att inta ett flertal olika lägen i ett rör varigenom ett fluidflöde igenom röret regleras, varvid spjället styrs baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal a; hos en motor.

Olika utföringsformer av metoden ovan är definierade i de till patentkrav 1 bilagda osj älvständiga patentkraven.

Metoden enligt uppfinningen kan dessutom implementeras i ett datorprogram, vilket när det exekveras i en dator åstadkommer att datom utför metoden.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen uppnås ovan nämnda ändamål med ett spjäll för reglering av ett flöde i ett rör, vilket spjäll är inrättat att inta ett flertal olika lägen i ett rör varigenom ett fluidflöde igenom röret regleras, varvid spjället är inrättat att styras baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal o) hos en motor.

Vidare avser uppfinningen ett system innefattande minst ett spjäll enligt uppfinningen och minst en styrenhet, vilken styrenhet är inrättad att styra spj ället, och varvid systemet är inrättat att styra spjället baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal (o hos en motor.

Spjället och/eller systemet ovan kan ingå i ett motorfordon, men kan även ingå i ett motorsystem inrättat för marint eller industriellt bruk.

Med en lösning enligt föreliggande uppfinning erhålles en kontrollerad reglering av ett flöde i ett rör. Dessutom undviks risken att ett oönskat lågt tryck uppstår i ett rör i vilket ett spjäll är inrättat för reglering av ett flöde i detsamma.

Ytterligare fördelar och tillämpningar av uppfinningen kommer att framgå av den efterföljande detaljerade beskrivningen.

Kortfattad figurbeskrivning Föreliggande uppfinning beskrivs med hänvisning till de bifogade figurema där: - figur l schematiskt visar ett gasflöde i ett motorsystem; - figur 2 schematiskt visar ett trottelspjäll anordnat i ett insugningsrör kopplat till en motor via ett grenrör; - figur 3 schematiskt visar en drivlina för ett motorfordon, samt en styrenhet anordnad för styrning av en motor i drivlinan; - figur 4 visar ett flödesdiagram för en utföringsforrn av uppfinningen; och - figur 5 schematiskt visar en styrenhet for styrning av ett spjäll.

Detaljerad beskrivning av uppflnningen Såsom diskuterats ovan kan ett för lågt tryck uppstå i ett insugningsrör 2 för en motor 10 i vilket ett trottelspj äll 1 är monterat för reglering av ett gasflöde genom detsamma. Som en del av uppfinningsarbetet har uppfinnarna insett att trycket i insugningsröret 2 bla. beror av ett varvtal o) hos motom 10; ett laddtryck efter en turbo om en sådan är monterad; en temperatur i insugningsröret 2; och vilket läge trottelspjället 1 intar i insugningsröret 2 eftersom detta påverkar flödet genom detsamma. Vidare har uppfinnarna insett det faktum att det är viktigt att snabbt detektera en förändring per tidsenhet av ett varvtal o) hos en motor 10 for att därmed öppna trottelspjället 1 med motsvarande hastighet som motorvarvtalet o) ökar för att undvika att ett för lågt tryck uppstår i insugningsröret 2.

Trottelspjäll 1 och andra typer av spjäll 1 styrs vanligtvis medelst ett eller flera styrorgan 211 (se figur 2); vilka drivs med pneumatik, eller eventuellt med elmotorer om de är monterade i tunga motorfordon, såsom lastbilar, bussar och anläggningsfordon.

Vanligtvis är trottelspjäll 1 inrättade att inta ett flertal mellanliggande lägen mellan ett första ändläge och ett andra ändläge bland annat beroende av ett nuvarande varvtal o) hos motorn , önskat motorrnoment, mm. Det första ändläget är ett helt öppet läge vilket innebär att ett maximalt gasflöde erhålles i insugningsröret 2, och det andra ändläget är ett helt stäng läge i vilket ett minimalt gasflöde erhålles i insugningsröret 2. I figur 2 visas hur trottelspjället 1 intar ett mellanliggande läge mellan ett helt öppet och ett helt stängt läge.

Vidare är det flesta trottelspjäll l inrättade att inta olika lägen i insugningsröret 2 med varierande hastighet v eftersom trottelspjällets 1 läge skall följa motorvarvtalet o) för att genomflödet av luft i motorn 10 skall vara anpassat till den önskade förbränningen i cylindrama. Själva styrningen av styrorganen utförs oftast av en styrenhet 110, vanligtvis av en så kallade ECU (Electronic Control Unit) inrättad att styra diverse funktioner i ett motorfordon.

Ovan beskrivna typ av styrning enligt känd teknik har en viss initial fördröjning och en begränsad maxhastighet med vilken trottelspjället 1 kan bringas att inta de olika lägena i insugningsröret 2, vilket leder till att styrningen oftast inte på ett kontrollerat sätt kan följa med en kraftig motorvarvtalsökning exempelvis då kopplingen 40 stängs vid en nedväxling.

Detta leder till att ett för lågt tryck i insugningsröret 2 uppstår, varför motorolja eventuellt kan sugas in i insugningsröret genom exempelvis ventiltätningar.

Uppfrnnama har erhållit insikten att för att undvika att en sådan situation skall uppstå måste trottelspjället 1 bringas till ett läge i insugningsröret 2 så att inte ett för lågt tryck uppstår i insugningsröret 2 om det föreligger risk för en snabb motorvarvtalsökning. Detta innebär enligt uppfinningen att trottelspjället 1 förs/bringas mot ett mer öppet läge i insugningsröret 2 så att luftflödet igenom detsamma ökar baserat på förändringen per tidsenhet av motorvarvtalet (o hos en motor. Föreliggande uppfinning innebär därför enligt en utföringsform att trottelspjället 1 skall vara inrättat att styras baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal o) hos motorn 10 med vilken insugningsröret 2 är kopplat.

Enligt en föredragen utföringsforrn av uppfinningen är förändringen av motorvarvtalet o) en uppmätt eller framräknad tidsderivata 6:76: för motorns 10 varvtal enligt kända metoder.

Företrädesvis kontrolleras om förändringen per tidsenhet av motorvarvtalet (o överskrider ett gränsvärde T eller ej. Om förändringen per tidsenhet av motoms 10 nuvarande motorvarvtal o) överskrider nämnda gränsvärde T bringas trottelspjället 1 (omedelbart) till ett helt öppet läge med en maximal hastighet vMax och därmed utjämnas tryckdifferensen som finns före och efter trottelspjället 1 (sett i flödesriktningen) i röret 2, varvid ett för lågt tryck i insugningsröret 2 undviks. Med maximal hastighet VMM skall i detta sammanhang förstås den högsta hastigheten med vilken ett spjäll 1 kan inta sina olika lägen i ett rör 2, varför denna hastighet är olika för olika typer av spjäll 1 beroende på konstruktion.

Beträffande ovan nämnda gränsvärde T for förändringen per tidsenhet av motorvarvtalet o) bör detta företrädesvis ligga inom intervallet 100-1000 varv/minut/sekund för trottelspjäll 1 monterade i ett insugningsrör 2 i tyngre motorfordon (såsom lastbilar och bussar) för att ge önskat resultat, dvs. undvikande av att motorolja sugs upp bakvägen genom exempelvis ventiltätningarna.

Vidare avser uppfinningen ett spjäll 1 för reglering av ett flöde i ett rör 2, varvid spj ället 1 är inrättat att styras baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal o) hos en motor 10.

Dessutom avser föreliggande uppfinning ett system innefattande minst ett spjäll 1 enligt uppfinningen och minst en styrenhet 110. Där styrenheten 110 är inrättad att styra spjället 1 baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal o) hos en motor 10.

Ett sådant system enligt ovan kan företrädesvis vara anordnat i ett motorfordon eller ingå i ett motorsystem innefattande en motor 10. Motorsystemet kan vara anordnat för marint eller för industriellt bruk (exempelvis reservaggregat för el) vilket väl inses av fackmannen på området.

Figur 3 visar schematiskt delar av en drivlina för ett motorfordon 1, såsom en personbil eller ett tungt motorfordon, såsom en lastbil eller en buss. Drivlinan innefattar en motor 10, vilken är mekaniskt förbunden medelst en axel med en första ände av en växellåda 20 via en kopplingsanordning 40. Vidare är växellådan 20 vid sin andra ände mekaniskt förbunden med en differentialväxel 30 anordnad vid en bakaxel medelst en kardanaxel 50. Bakaxeln innefattar i sin tur vänster respektive höger drivaxel 60, vilka driver motorfordonets drivhjul (ej visade i figuren). Vidare visas en styrenhet 110 (ECU) anordnad för styrning av motoms funktioner i figur 3 via exempelvis en styrledning 70 och en återkopplingsledning 80.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen styrs spjället 1 baserat på förändringen per tidsenhet av motoms 10 varvtal o) om kopplingen 40 är aktiverad. Att kopplingen 40 är aktiverad innebär att kopplingen 40 inte intar sitt stängda läge. Om kopplingen 40 exempelvis aktiveras av en fotpedal så betyder en aktiverad koppling 40 att fotpedalen helt eller delvis är nedtryckt. Detta villkor kan med fördel användas eftersom en aktiverad koppling 40 indikerar en eventuell nedväxling som kan leda till en snabb ökning av motorvarvtalet o). Därmed begränsas risken för ett oönskat tryck i röret 2 ytterligare med detta villkor avseende kopplingen 40. Noteras bör att det kan finnas andra orsaker till en kraftig motorvarvtalsförändring än en nedväxling såsom beskrivits ovan.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen styrs spjället l baserat på förändringen per tidsenhet av motorns 10 varvtal o) endast om kopplingen 40 är aktiverad. En fördel med denna utföringsform är att risken minskar att spjället l öppnas upp i onödan. Detta kan ske eftersom värdet på en framräknad eller uppmätt förändring per tidsenhet av motorvarvtalet o) (såsom tidsderivatan) har en viss osäkerhet, varför det framräknade eller uppmätta värdet kan anta ett värde över gränsvärdet T trots att den faktiska förändringen per tidsenhet av motorvarvtalet o) i verkligheten är lägre än gränsvärdet T . Onödigt öppnande av exempelvis ett trottelspjäll 1 innebär att katalysatom 205 kyls av och därmed försämrad rening av avgaserna som följd. För att kompensera för en sådan avkylning måste katalysatom 205 värmas upp vilket innebär ökad bränsleförbrukning.

Figur 4 visar ett flödesdiagram för en utföringsform av föreliggande uppfinning. I steget Fl kontrolleras om trottelspjället l är aktiverat och begränsar lufttillförseln till motom l0. Om så är fallet läses i steget F2 kopplingens 40 position in.

I steget F3 kontrolleras därefter som kopplingen 40 är aktiverad för att på så sätt utröna huruvida det föreligger risk för att motorvarvtalet o) vid en ihopslirning av kopplingen 40 har en tidsderivata för motorvarvtalet o) som leder till att motorsystemet är tvunget att öppna trottelspjället l med maximal hastighet för att motom l0 inte skall få underskott på luft. Om kopplingen inte är aktiverad i steget FS återgår förfarandet till steget Fl, men är kopplingen 40 aktiverad beräknas i steget F4 tidsderivatan för motorvarvtalet o) , och utgående från denna beräkning kontrolleras i steget F5 om tidsderivatan överstiger ett gränsvärde T eller ej. Om tidsderivatan överstiger gränsvärdet T i steget F5 indikerar detta att det finns risk att motorsystemet kan få underskott på luft om inte trottelspjället l öppnas med en maximal hastighet vMax . Om så är fallet öppnas därför i steget F 6 trottelspjället 1 (omedelbart) med den maximala hastigheten vMax för att undvika underskott på luft in i motorn 10. Om däremot tidsderivatan inte överstiger gränsvärdet T i steget F5 återgår förfarandet till steget Fl.

Nämnda gränsvärde T för tidsderivatan är satt så att motorsystemet med maximal hastighet VMM hinner öppna trottelspjället 1 utan att få underskott på luft, se ovan för exempel på värden på gränsvärdet T .

I föregående beskrivning har uppfinningen diskuterats med hänvisning till trottelspjäll 1 inrättade i insugningsrör 2 till en motor 10. Det skall dock noteras att uppfinningen inte är begränsad till trottelspjäll 1 och insugningsrör 2, utan fackmannen inser att spjället 1 kan vara av det slag vilket är inrättat i ett avgasrör eller EGR-rör för reglering av ett flöde i dessa, eller i något annat lämpligt rör 2.

Beträffande styrenheten 110 visas i figur 5 schematiskt en sådan. Styrenheten 110 innefattar en beräkningsenhet 111, vilken kan utgöras av väsentligen någon lämplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets för digital Signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP), eller en krets med en förutbestämd specifik funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). Beräkningsenheten 111 är förbunden med en, i styrenheten 110 anordnad, minnesenhet 112, vilken tillhandahåller beräkningsenheten 111 t.ex. den lagrade programkoden och/eller den lagrade data beräkningsenheten 111 behöver för att kunna utföra beräkningar. Beräkningsenheten 111 är även anordnad att lagra del- eller slutresultat av beräkningar i minnesenheten 1 12.

Vidare är styrenheten 110 försedd med anordningar 113, 114, 115, 116 för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehålla vågforrner, pulser, eller andra attribut, vilka av anordningama 113, 116 för mottagande av insignaler kan detekteras som information och kan omvandlas till signaler, vilka kan behandlas av beräkningsenheten 111. Dessa signaler tillhandahålls sedan beräkningsenheten 111. Anordningarna 114, 115 för sändande av utsignaler är anordnade att omvandla signaler erhållna från beräkningsenheten 111 för skapande av utsignaler genom att t.ex. modulera signalerna, vilka kan överföras till andra delar av systemet för bestämning av ned- och uppväxlingspunkter. En fackman inser att den ovan nämnda datorn kan utgöras av beräkningsenheten 111 och att det ovan nämnda minnet kan utgöras av minnesenheten 112.

Var och en av anslutningama till anordningama för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en eller flera av en kabel; en databuss, såsom en CAN- buss, en MOST-buss (Media Orientated Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning. Även anslutningarna 70, 80, 90, 100 i figur 1 kan utgöras av en eller flera av dessa kablar, bussar, eller trådlösa anslutningar.

Såsom inses av fackmannen kan en metod för styrning av ett spjäll enligt föreliggande uppfinning dessutom implementeras i ett datorprogram, vilket när det exekveras i en dator åstadkommer att datorn utför metoden. Datorprogrammet är innefattat i en datorprogramprodukts datorläsbara medium, varvid nämnda datorläsbara medium består av ett lämpligt minne, såsom exempelvis: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hårddiskenhet, etc.

Slutligen bör det inses att föreliggande uppfinning inte är begränsad till de ovan beskrivna utföringsforrnerna av uppfinningen utan avser och innefattar alla utforingsforrner inom de bifogade självständiga kravens skyddsomfång.

Claims (17)

10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. Metod för styrning av ett spjäll för reglering av ett flöde i ett rör, vilket spjäll (1) är inrättat att inta ett flertal olika lägen i ett rör (2) varigenom ett fluidflöde igenom röret (2) regleras, kännetecknad av att spj ället (1) styrs baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal a) hos en motor (10).

2. Metod enligt patentkrav 1, varvid förändringen per tidsenhet av motorvarvtalet .. . . du) . Q) ar tidsderivatan d- for motorvarvtalet co. t

3. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, varvid röret (2) är kopplat till motorn (10).

4. Metod enligt patentkrav 3, varvid fluidflödet är ett gasflöde och röret (2) är något av ett insugningsrör (2) för luft, avgasrör (2) eller EGR-rör (2) för motom (10).

5. Metod enligt patentkrav 4, varvid spjället (1) är ett trottelspjäll (1) och/eller motom (10) är en dieselmotor (10).

6. Metod enligt något av föregående patentkrav, varvid spj ället (1) vidare är inrättat att inta ett flertal lägen mellan ett första ändläge och ett andra ändläge beroende av ett nuvarande varvtal a) hos motom (10), varvid - det första ändläget är ett helt öppet läge vid vilket ett maximalt fluidflöde erhålles i röret (2), och - det andra ändläget är ett helt stängt läge vid vilket ett minimalt fluidflöde erhålles i röret (2).

7. Metod enligt patentkrav 6, varvid spj ället (1) bringas att inta det första ändläget om förändringen per tidsenhet av motorvarvtaleto) är större än ett gränsvärde T .

8. Metod enligt patentkrav 7, varvid gränsvärdet T är inom intervallet 100-1000 varv/minut/ sekund. 10 15 20 25 30 11

9. Metod enligt patentkrav 7 eller 8, varvid spjället (1) är inrättat att inta nämnda flertal lägen med en varierande hastighet v.

10. Metod enligt patentkrav 9, varvid spj ället (1) bringas att inta det första ändläget med en maximal hastighet v Max om förändringen per tidsenhet av motorvarvtalet a) är större än gränsvärdet T , varvid den maximala hastigheten v Max är en högsta hastighet med vilken spj ället (1) kan inta nämnda flertal lägen.

11. Metod enligt något av föregående patentkrav, varvid motorn (10) är kopplad till en koppling (40), och spjället (1) styrs baserat på en förändring per tidsenhet av motorvarvtalet a) om kopplingen (40) är aktiverad.

12. Metod patentkrav 11, varvid spjället (1) styrs baserat på en förändring per tidsenhet av motorvarvtalet a) endast om kopplingen (40) är aktiverad.

13. Datorprogram innefattande programkod, vilket när nämnda programkod exekveras i en dator åstadkommer att nämnda dator utför metoden enligt något av patentkrav 1-12.

14. Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium och ett datorprogram enligt patentkrav 13, varvid nämnda datorprogram är innefattat i nämnda datorläsbara medium tillhörande något ur gruppen innefattande: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically EPROM) och hårddiskenhet.

15. Spjäll för reglering av ett flöde i ett rör, vilket spjäll (1) är inrättat att inta ett flertal olika lägen i ett rör (2) varigenom ett fluidflöde igenom röret (2) regleras, kännetecknat av att spjället (1) är inrättat att styras baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal a) hos en motor (10).

16. System innefattande minst ett spjäll (1) enligt patentkrav 15 och minst en styrenhet (110), varvid styrenheten (110) är inrättad att styra spj ället (1), kännetecknat av att 12 systemet är inrättat att styra spjället (1) baserat på en förändring per tidsenhet av ett varvtal o) hos en motor (10)

17. Motorfordon, såsom personbil, lastbil eller buss, innefattande minst ett spjäll enligt patentkrav 15 och/eller minst ett system enligt patentkrav 16.