SE458290B - Anordning foer styrning av laddtrycket i en turboladdad foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

458 290 behandlande organen är anordnade att korrigera det inlagrade bör- värdet med en av spjällets öppningsgrad beroende korrektionsfak- tor.

Utförda försök vid utveckling av systemet enligt uppfinningen har avslöjat möjligheter att utnyttja transient överl addning för kort- varig prestandahöjning.

Sålunda visade det sig att en laddtryck- höjning av upp till 45% kunde tillåtas under en kort period utan att knackintensiteten blev otillåtet hög. Detta under förutsättning att trycket successivt reducerades tillbaka till värdet vid stabilt drifttillstånd inom loppet av ca 20 sekunder. Detta förhållande utnyttjas i en vidareutveckling av uppfinningen genom att även av- känna gasspjällets öppningshastighet och vid en viss hastighet hö- ja börvärdestrycket över börvärdestrycket vid stabilt drifttill- stånd. Trycket sänkes därefter tidsstyrt till sistnämnda tryck.

Transientfunktionen uppnås med enkla medel genom att t.ex. låta en potentiometer ge en av spjällrörelsen beroende signal till en mikrodator med tidsfunktion. Utförandet medger kortvarig kraftig höjning av motorns prestanda för att exempelvis öka accelerationen och förkorta en omkörningsmanöver.

Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 schematiskt visar en turboladdad förbränningsmotor med ett system enligt uppfinnin- gen för styrning av laddtrycket, fig. 2 visar ett diagram över börvärdet på laddtrycket samt resulterande avgastemperaturen som funktion av varvtalet, och fig. 3, 4 och 5 visar diagram över oli- ka korrektionsfaktorer för börvärdet i fig. 2 Den i fig. 1 visade motorn 1 är en fyrcylindrig ottomotor med ett i och för sig känt turbokompressoraggregat 2, innefattande en tur- bindel 3 i kommunicerande förbindelse med motorns avgasgrenrör 4 och en kompressordel 5 i kommunicerande förbindelse med motorns insugningsgrenrör 6 via en laddluftkylare 7 av luft- lufttyp och ett spjällhus 8, innehållande motorns gasspjäll 9. Gasflödet genom turbinen 3 regleras pâ känt sätt med hjälp av en i en shuntledning inkopplad shuntventil 11, vars spjäll manövreras av ett pneu- matiskt manöverdon 12 och i stängt läge leder hela gasflödet genom 458 290 turbinen. Trycket i manöverdonet 12 och därmed shuntventilens in- ställning bestäms av en elektromagnetisk frekvensventil 13 i en ledning 14, som via en kalibrerad strypning 15 förbinder kompres- sorns sug- och trycksida med varandra och från vilken en ledning 16 till manöverdonet 12 avgrenar sig. Under drift växlar frekvens- ventilen periodiskt mellan öppet och stängt läge och genom att variera periodlängden kan trycket i ledningen 16 varieras och där- med även trycket i manöverdonet 12.

Frekvensventilen 13 styrs av en signalbehandlande enhet i form av en mikroprocessor 17, i vilken inmatas signaler representerande motorvarvtal, spiällinställning, laddlufttryck och laddlufttempe- ratur. Insignalerna till mikroprocessorn erhålles från olika av- kännare 18, 19, 20 och 21, av vilka den i röret mellan kompressorn och laddluftkylaren 7 liggande avkännaren 18 kan vara en piezo- resistiv transduktor, vilken registrerar laddtrycket, avkännaren 19 en snabb NTC-resistor, vilken registrerar laddlufttemperaturen och avkännaren 20 en till spjället 9 kopplad potentiometer, som registrerar spjällinställningen. Signaler representerande varv- tal kan erhållas från en befintlig Hall-effektsensor 21 i strömför- delaren.

På basis av insignalerna från avkännarna 19, 20, 21 bestämmer pro- cessorn 17 börvärdet på laddlufttrycket vid varje drifttillstånd- Signalen från laddtryckavkännaren 18 ger därvid information om eventuell avvikelse mellan börvärdet och det verkliga värdet på laddtrycket. Signal indikerande för lågt verkligt laddlufttryck leder till att processorn 17 förlänger ventilens 13 öppningstid, vilket i sin tur betyder en trycksänkning i ledningen 16 till man- överdonet 12, som då reglerar shuntventilen 11 mot stängt läge.

Flödet genom shuntledningen 10 minskar och turbinhastigheten och därmed laddtrycket ökar. Vid för högt laddtryck sker regleringen omvänt.

Genom denna återkoppling av laddtrycket är det möjligt att konti- nuerligt hålla laddtrycket på ett förutbestämt värde. Principen medger stor flexibilitet vid bestämning av laddtryckkarakteristi- ken och gör systemet oberoende av mekaniska toleranser som exem- pelvis variationer i karakteristiken hos manöverdonets 12 retur- 458 290 fjädermekanism.

Baserat på data från bänktester inlagras för en given bränslekva- litet och knacksäkerhetsmarginal basvärdet på maximalt tillåtet laddtryck som funktion av varvtalet i mikroprocessorns minne.

I fig. 2 visas som exempel börvärdet Pn för en motor, som använts vid utförda försök. Denna motor var en fyrcylindrig 2,1 liters tur- boladdad motor avsedd att köras på blyhaltig 97 RON bensin och gav i grundutförandet med konventionell laddtryckstyrning max,- effekten 114 kw DIN med ett max.moment av 240 Nm DIN.

Efterföljande beskrivning avser denna motor utrustad med ett åter- kopplat styrsystem enligt uppfinningen, varvid kurvan i fig. 2 indikerar det i processorn inlagrade basvärdet på laddtrycket vid full belastning och stabilt drifttillstând vid olika varvtal.

För att uppnå önskad finreglering och följsamhet gentemot motorns knackningsgräns definierades korrektionsfaktorer baserade pâ sig- nalerna från spjällägesavkännaren 20 och temperaturavkännaren 19, vilka multiplicerades med det inlagrade basvärdet för att bestäm- ma det absoluta börvärdet vid varje varvtal.

I fig. 3 visas hur korrektionsfaktorn Ct för laddlufttemperaturen valdes att påverka basvärdet. För temperaturer över 60°C sänkes maximalt tillåtet laddtryck för att undvika höjning av avgastem- peraturen med åtföljande drift i eller nära knackning. Maximalt tillåtet laddtryck sänktes även för temperaturer under 10°C för att kompensera för ökningen i laddluftens täthet, som skulle kun- na förorsaka större känslighet för knackning.

I fig. 4 illustreras hur korrektionsfaktorn Cø för spjälläget val- des för styrning av tryckskillnaden över spjället. Turboladdade motorer med spjället nedströms om kompressorn har som regel stör- re tryckskillnad över spjället än en motsvarande icke turboladdad motor vid landsvägskörning. Isynnerhet vid hastigheter i mellan- registret kan tryckskillnaden hos den förra vara upp till två gån- ger tryckskillnaden hos den senare. Om ingen korrektion för spjäll- läget utföres, leder redan små ändringar i öppningsgraden till relativt stora momentvariationer. 458 290 Dessutom är överladdningsnivân tidsberoende, vilket leder till att upprepade små ändringar i spjälläget krävs för momentregle- ringen. Denna olägenhet kan reduceras genom noggrann avvägning av progressiviteten mellan gaspedalrörelse och spjällöppning, men ytterligare förbättring kan uppnås genom den i diagrammet i fig. 3 visade korrigeringen av börvärdet i beroende av spjälläget, då progressiviteten kan optimeras för alla belastnings- och varvtals- förhållanden. Modulering av laddtrycket i beroende av spjälläget är särskilt fördelaktigt i ett fordon med höga prestanda, där nog- grann momentreglering är väsentlig vid körning på halt underlag.

För att uppnå den i inledningen angivna transientfunktionen, inne- bärande en temporär höjning av maximalt laddtryck över max.trycket vid stabilt drifttillstånd, dvs över börvärdeskurvan i fig. 2, valdes en korrektionsfaktor Cr som funktion av tiden enligt kurvan i fig. 5. Insignal representerande gasspjällets öppningshastighet erhölls från den befintliga spjällägesavkännande potentiometern 20.

Denna kan vara kopplad till vilka organ som helst, som framkallar belastningsökning, t.ex. till pådragsarmen till insprutningspumpen vid dieselmotorer. Processorn programmerades att multiplicera bör- värdet Pn med transientfaktorn Cr vid spjällhastigheter översti- gande 1O/ms och vid en absolut ökning av öppningsvinkeln med minst 150. Det senare för att förhindra att mindre rörelser hos spjället förorsakade av motorvibrationer eller rörelse hos fordonet skulle kunna utlösa transientfunktionen. För att förhindra termisk över- belastning var processorn programmerad att efter sänkning av tryc- ket till börvärdet förhindra förnyad transient överladdning under en viss minimiperiod, t.ex. ca 4 sekunder.

Mikroprocessorstyrningen gör det möjligt att vid full belastning lägga nivån på det maximala laddtrycket strax under gränsen för knackning för att höja motorns prestanda för en given bränslekva- litet. Eftersom emellertid marginalerna till skadlig knackning då blir mycket små, är systemet av säkerhetsskäl kompletterat med en knacksensor 22, som hos försöksmotorn bestod av en på motorblocket monterad piezoelektrisk accelerometer, vilken kontinuerligt över- vakade motorn med avseende på knackande förbränning. Processorn var programmerad att sänka laddtrycket stegvis med viss hastighet vid registrering av en förutbestämd knackintensitet och att vid 458 290 uppstå i systemet, det tillåtna. med konventionell laddtryckstyrning och testresultat från en modi- fierad motor med ett styrsystem enligt uppfinningen, max.effekten 114 kW vid stabilt drifttillstånd bibeh samma effekt som hos den förstnämnda motorn, vid vilken âllits, dvs visade det sig att en e erhållas hos den ing blev ca 16% lägre ionstiden från 90 till siffror gäller utan Maximal transient effekt upp- höjning av maximalt vridmoment på ca 10% kund senare. Bränsleförbrukningen vid blandad körn än hos motorn i grundutförandet och accelerat 140 km/tim kunde förkortas med ca 9%. Nämnda utnyttjande av transientfunktionen. motors prestanda och Det ovan beskrivna systemet utgör emellertid endast ett utföringsexempel och kan utvecklas för att ta hänsyn till yt- terligare parametrar som t.ex. växelläge, och transmission, lufttryck mm, bränsleekonomi. temperatur på motorn så att olika reglersätt vid ladd- tryckstyrningen kan tillämpas vid olika körförhållanden. ningen är givetvis inte begränssd till turboladdade motor laddtrycksregulator på avgassidan utan kan även tillä ra turboladdade motorer, Uppfin- er med mpas på and- exempelvis sådana som har variabel turbo- geometri, variabel strypning etc. och sådana som har regleranord- Inte heller är uppfinningen begränsad till styrning av laddtrycket med hjälp av en mikroprocessor utan även analoga regleranordningar kan tillämpas även om mikro ning är att föredraga, ning på kompressorsidan. processorstyr- då laddtryckstyrningen till låg kostnad kan inkluderas i ett integrerat system som även styr tändning och bränsletillförsel-

Claims (4)

10 15 20 25 30 458 290 Patentkrav

1. l. Anordning för styrning av laddtrycket i en turboladdad förbränningsmotor, innefattande organ för att direkt eller indirekt avkänna verkligt laddtryck. organ för att avkânna motorvarvtal samt signalbehandlande organ, som är anordnade att mottaga från de avkännande organen avgivna signaler rep- resenterande tryck och varvtal och avge av dessa beroende styrsignaler till laddtrycket styrande organ, varvid de signalbehandlande organen (17) innefattar organ med minnes- funktion. 1 vilka ett börvärde på laddtrycket som funktion av varvtalet är inlagrat för ett förutbestämt varvtalsomrâde. vars övre gräns är motorns maximala varvtal, vilket börvärde ligger under gränsen för knackande förbränning för en given bränslekvalitet vid stabilt drifttillstând varvid de signal- behandlande organen styr en ventil, som i sin tur styr ett manöverdon. vilket reglerar öppningsgraden hos en shuntventil i en shuntledning förbi en turbin i en turbokompressor, k ä n n e t e c k n a d av att en gasspjällägesavkännare (20) är ansluten till de signalbehandlande organen (17) och avger signal representerande gasspjällets (9) öppningsgrad och att de signalbehandlande organen är anordnade att korri- gera det inlagrade börvärdet med en av spjällets öppningsgrad beroende korrektionsfaktor.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att en lufttemperaturavkännare (19) är ansluten till de signalbe- handlande organen (17) och att de senare är anordnade att korrigera det inlagrade börvärdet med en av lufttemperaturen beroende korrektionsfaktor. k ä n n e t e c k n a d av att de signalbehandlande organen (17) är inrättade_att beräkna spjällets (9) omställningshastighet och att vid en öppnings- hastighet överstigande ett förutbeståmt värde i kombination med en förutbestämd minsta öppningsrörelse korrigera det in-

3. Anordning enligt krav l, 458 290 8 lagrade börvârdet med en korrektionsfaktor större än ett och därefter tidsstyrt reducera korrektionsfaktorn till ett.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3. k ä n n e t e c k - n a d av att en på motorn anbringad knacksensor (22) är an- sluten till de signalbehandlande organen (17) och att dessa är anordnade att vid detektering av knack med viss intensitet ge signal till de laddtrycket styrande organen att sänka det verkliga trycket till en viss nivå under börvärdestrycket.