SE463428B - Arrangemang foer responsreglering av en foerbraenningsmotor med turboaggregat - Google Patents

Description

êöf: 428 trycknivà. För att ge snabbare respons vid acceleration från lägre varvtal då laddlufttrycket inte hunnit utbildas till en nivå som överskrider den undre trycknivån, kan föraren manuellt koppla bort inverkan av trycket nedströms trottelventilen.

I det amerikanska patentet US,A,4598549 visas ett annat system för manuell turboreglering där laddlufttrycket ventileras bort vid valbara laddlufttrycksnivåer. Genom en av föraren pàverkbar strömställare kan turbofunktionen regleras antingen i ekonomiläge eller normallâge där laddlufttrycket ventileras bort vid olika nivåer för respektive turbofunktionsläge. Även denna manuella reglering ger en likformig anpassning av turbotrycket och därigenom motormomentet över hela varvtalsomràdet och vid alla trottelpàdrag.

Dessa tidigare kända manuella regleringsalternativ har dock haft den nackdelen att föraren enbart kan välja mellan olika fasta överladdningsnivåer som för det givna turboaggregatet ger likartat utseende på motorns varvtalsberoende momentkarakteristik eller ger en laddluftreglering som inte påverkas av trottelläget eller aktuell motorlast.

De kända reglersystemen för överladdade förbränningsmotorer har endast kunnat påverka laddlufttrycket på ett bestämt sätt över hela varvtalsområdet eller endast varit verksamma ur regleringssynpunkt vid vissa varvtalsområden. Föraren har därför haft begränsade möjligheter att påverka motorns momentkaraktär i beroende av motorlasten.

Uppfinningens ändamål Föreliggande uppfinning har till uppgift att för en överladdad förbränningsmotor ge förbättrad möjlighet att reglera förbränningsmotorns respons på gaspådrag genom ett medelst ett manuellt påverkbart reglerorgan påverka hur laddtrycksupphyggnaden sker som funktion av motorlasten. I detta syfte utmärkes det uppfinningsenliga arrangemanget av de särdrag som anges i kravets 1 kännetecknande del. 1163 428 I en fördelaktig utföringsform av det uppfinningsenliga arrangemanget är reglerorganet anordnat åtkomligt för en förare av ett fordon drivet av den överladdade motorn. Härigenom kan föraren under färd ändra pà hur snabbt motorn när maximalt laddtryck vid ökande gaspådrag.

Vid en tillämpning av det uppfinningsenliga arrangemanget kan en förare av ett fordon med en överladdad förbränningsmotor antingen välja en mjukare laddlufttrycksuppbyggnad som startar vid grundladdtryck för smà trottelöppningar och när fullt laddtryck först vid full trottelöppning eller en av trottelläget obegränsad laddlufttrycksuppbyggnad_ Med en reglerpotentiometer som i sitt ena ändläge ger den mjukaste laddlufttrycksuppbyggnaden och i det andra ändlåget ger en av trottelläget obegränsad laddlufttrycksuppbyggnad, kan föraren efter önskad respons ställa in Valbar grad av trottellägesberoende laddlufttrycksuppbyggnad. Med en inställning på mjukare laddlufttrycksuppbyggnad kan motorn regleras lättare för konstantfarthállning utan kraftigare momentpàdrag vid smärre gaspedalpàdrag vid dellastomràden.

Andra mer avancerade förare med krav pà snabb respons vid mindre gaspådrag vid dellastomràden kan genom en inställning av reglaget i läget för obegränsad laddlufttrycksuppbyggnad i beroende av trottelläge, snabbt erhàlla maximalt motormoment även vid dellast och små trottelöppningar som för denne förare ger önskad körbarhet och motorrespons.

Vid körning pà vägar med sämre underlag, som grus- och isbelagda vägar, kan.en snabb nedreglering av laddlufttryckets uppbyggnad ske för dellast och/eller små trottelöppningar så att ett säkrare framförande av fordonet erhålles utan kraftiga momentpádrag vid gaspàdragsförändringar vid dessa dellastomràden. Övriga utmärkande särdrag framgår av patentkraven och den efterföljande beskrivningen av en utföringsform av det uppfinningsenliga arrangemanget. Beskrivningen sker med hänvisning till bifogade figurer. .28 Kort beskrivning av figurerna Figur 1 visar en principuppbyggnad av ett uppfinningsenlígt turbosystem, Figur 2 visar ett andra alternativ pà responsreglage monterat i instrumentpanelen i ett motorfordon, och Figur 3-5 visar hur laddlufttrycket kan regleras för olika trottelöppningsvinklar.

Beskrivning av ett utföringsexempel I figur 1 visas ett uppfinningsenligt turbosystem. Till skillnad från en konventionell sugmotor ges den överladdade förbrânningsmotorn 3 en förbättrad fyllning under insugningstakten genom en överladdare 2, vilket ger effektivare förbränning, ökad effekt och högre vridmoment. Med hjälp av överladdaren 2 erhålles prestanda som är jämförbara med en större motors, men med bibehållande av den mindre motorns fördelar i fråga om bränsleförbrukning, utrymmeskrav och vikt. överladdningen kan åstadkommas med hjälp av en överladdare av turbokompressortyp även benämnd turbo vilket innebär att motorns 3 avgaser användes som drivmedium. Avgaserna från avgassamlaren 45 leds genom en avgasturbin 23 och bringar därmed turbinskovelhjulet att rotera. Turbinens 23 skovelhjul är fastsatt på samma axel som ett kompressorskovelhjul 22 och roterar med samma hastighet.

Kompressorhjulet är placerat i insugningssystemet 21,27,28,29 och åstadkommer där en tryckökning som ger upphov till förbättrad fyllning i förbränningsmotorns 3 cylindrar.

Genom dimensionering av turbon för tidigt arbetsingrepp, dvs påtaglig laddlufttrycksuppbyggnad, redan vid relativt låga varvtal erhålles ett högre vridmoment i varvtalsomràden som utnyttjas under normala körförhållanden. En tidigare förhärskande avpassning av turbon har avsett att ge ökad toppeffekt, vilket medför att den i första hand är verksam i motorns övre varvtalsområde under höga belastningar pà motorn. 463 428 Laddningstrycket i ínloppsröret är i första hand beroende av motorns varvtal och belastning. Vid högre belastning är dock laddningstrycket begränsat av en laddningstryckregulator 24,25,40,44. Laddningstryckregulatorn är placerad pà motorns avgassida och reglerar via klaffventilen 24 avgasflödet genom en by- pass-kanal 46 vid sidan av avgasturbinen 23.

När belastningen ökar och laddningstrycket närmar sig det för driftsförhàllandena àsatta börvärdet öppnar klaffventilen 24 och låter en del avgaser passera genom by-pass-kanalen 46 direkt till avgasutloppet 20 varvid avgasturbinen 23 avlastas. Klaffventilen 24 pâverkas av en reglerstàng 44 fràn en membrandosa 25 placerad vid överladdarenheten 2. En fjäder 40 i membrandosan 25 har till uppgift att stänga klaffen 24. Membranet pâverkas av kompressortrycket vilket leds via en ledning 41 över en magnetventil 26 och vidare i en ledning 42 till membrandosan 25.

Magnetventilen 26 är pà konventionellt sätt styrd av en elektrisk styrenhet 10 genom elektrisk pulsbreddmodulering mellan ett stängt och ett öppet läge. Vid stängt läge är en evakueringskanal 43 stängd vilket medför att membrandosan 25 pâverkas av fulla trycket efter kompressorn 22. Laddningstryckregulatorn öppnar da klaffventilen 24 vid en lägre laddlufttrycknivà som bestäms av dess grundinställning med härför avpassad returfjäder 40. Vid öppet läge evakueras trycket genom evakueringskanalen 43 till kompressorns inloppssida. Laddningstryckregulatorns membrandosa 25 blir därmed trycklös och stänger då klaffventilen 24 vilket ger ett maximalt laddlufttryck efter kompressorn då hela avgasflödet passerar avgasturbinen 23, vilken direkt driver kompressorn 22.

Vid körning pulserar magnetventilen mellan öppet och stängt läge med en fast frekvens, exempelvis 12 Hz. Genom styrdonets 10 pulsbreddmodulering ändras förhållandet mellan den tid som magnetventilen är öppen respektive stängd under en pulscykel.

Laddlufttryckets nivå kan därför regleras av styrdonet 10 i beroende av detekterade motorparametrar. Styrdonet 10, vilket utgöres av en konventionell mikrodator med integrerade minnesenheter, får elektriska signaler fràn en på motorblocket anordnad knacksensor 32, en tryckgivare 33 anordnad i ínloppsröret 428 29, en tändfördelarbaserad varvtalsgivare 31, en trottellägespotentiometer 34 och en gaspedallägesgivare 12 via ledningarna 39,37,38,36 respektive 13.

Då styrdonet 10 har lagrade börvärden på maximalt laddlufttryck för olika detekterade motorparametrar styrs magnetventilen så att dessa börvärden ej överskrids. I figur 3, kurva 50,57, visas ett typiskt utseende på en varvtalsberoende maximal laddlufttrycksnivå för en överladdad förbränningsmotor. Upp till ett visst givet varvtal, kurvdel 50, sker en begränsning av laddlufttrycket i första hand för att motorn inte skall utsättas för för höga mekaniska belastningar. Vid högre varvtal, kurvdel 57, vidtar en laddlufttrycksbegränsníng som främst är åsatt för att preventivt förhindra att onormal och okontrollerad förbränning, s k knackning, uppträder i förbränningsmotorn och att avgaserna når för höga temperaturer. Vid tilltagande högre motorvarvtal och högre laster leds således en allt större del av avgasflödet förbi avgasturbinen 23 genom att de i styrenheten lagrade hörvärdena på laddlufttrycket reduceras vid stigande motorvarvtal och/eller last.

En reglering av överladdningsenhetens laddtryck där endast en reducering av laddtrycket sker för att erhålla en marginal mot uppträdande knackning i förbränningsmotorn, ger ofta en svårhanterlig motor som vid små gaspådragsförändringar orsakar stora momentförändringar.

Ett sätt att göra förbränningsmotorn mer lättreglerad kan exempelvis innefatta att även motorlastnivån, given av trottelläget eller gaspedalläget 11, avkännes. Vid gaspådrag vid låga motorlaster begränsas laddlufttrycket relativt en icke uppfinningsmässigt regleradlnabdrr mer än vad som motiveras av en begränsning med hänsyn tagen till exempelvis motorns mekaniska belastning eller knackningsrisken. En motorlastberoende begränsning av laddlufttrycket gör förbränningsmotorn mer lättreglerad vid konstantfarthållning vid dellast motsvarande mindre trottelöppningar och gaspedalpådrag, och ökar därför körbarheten för den genomsnittlige föraren trots att denne har kvar tillgång till högre laddtryck vid större gaspådrag. För att på detta sätt i n m -x r o öka körbarheten och göra motorn mer lättreglerad vid konstantfarthållning vid dellast kan styrenheten 10 även ta hänsyn till motorlasten via detekterat trottelläge eller gaspedalläge genom en trottelpotentiometer 34 respektive gaspedallägesgivare 12.

För dessa dellastomráden kan styrenheten innefatta lagrade reduktionsfaktorer för laddlufttrycket vilka reducerar laddlufttrycket omvänt proportionellt mot minskande trottelöppning.

Detta medför att smärre gaspådragsändringar vid liten motorlast ej medför kraftigt förändrat motormoment. Detta får dock som följd att den för turbomotorn typiska känslan av snabb respons vid små gaspàdragsförändringar vid dellastomràden försvinner. En sådan åtgärd innebär att turboaggregatet funktionellt kopplas bort vid dellast så att motorn i stället blir mer lättreglerad för föraren eller en konstantfarthållare och därmed uppträder mindre "nervöst".

Genom att styrenheten även känner av knackning genom knacksensorn 32 kan de i styrenheten lagrade börvärdena reduceras för att knackníngstillstándet skall hävas. Reduktionen kan ske stegvis till dess knackningstillståndet hävts vilket medför att dessa börvärden optimeras för aktuell bränslekvalitet och motorindivid.

Reduktionsfaktorerna kan givetvis i stället lagras i tabellform i styrenheten 10 med reducerade börvärden på laddlufttrycket. Ett knackningshävande system av denna typ återges mer detaljerat i patentet SE,B,427 861.

I enlighet med uppfinningen erhåller även styrenheten 10 en manuellt reglerbar motorlastberoende laddlufttrycksreducering genom ett manuellt omställningsorgan 6 kopplat till styrenheten 10 via ledningen 30. Omställningsorganet 6 innefattar ett reglage 7 medelst vilket föraren åtminstone kan koppla bort den mot motorlasten avhängiga laddlufttrycksreduceringen.

I figurerna 3-5 visas hur laddlufttrycksreduceringen kan påverkas för olika trottelöppningsvinklar. I dessa figurer motsvarar kurva 50, i figur 3 kurva 50,57, den normala reglering som vidtas för att motorn inte skall bli mekaniskt överbelastad eller riskera att gå in i ett knackningstillstånd. Med en inställning av det manuella omställningsreglaget 7 i ett ändläge som exempelvis kan benämnas ,| a-ßššïš 428 sportläge, där trottellâgesberoendet helt kopplas bort, erhålles en maximal laddtrycksnivà motsvarande kurva 50 i figurerna 3-5 för alla trottellägen. Härigenom kan motorn snabbt nå maximalt laddlufttryck även vid små gaspådrag vid sàväl dellastomràden som fullastomràden. Motorn ges då en sportig karaktär som medför att motorn snabbt svarar på gaspådrag, vilket kan vara önskvärt i vissa körsituationer. Om omställningsreglaget 6 istället inställs i ett andra ändläge som exempelvis kan benämnas softlâge, där en trottellägesberoende reducering utnyttjas fullt ut, begränsas det maximala laddtrycket till en nivå motsvarande kurva 52,54 och 56 i figurerna 3-5 för respektive trottelöppningar om Ootill 20°, 45° och större eller lika med 700. Härigenom begränsas motorns respons vid små trottelöppningar och låglast så att vid små trottelöppningar motsvarande motorns làglastomràde, erhålles en motormomentkaraktär motsvarande i det närmaste en sugmotor eller en motormomentkaraktär eller överladdningsgrad motsvarande ett grundladdtryck hos överladdningsenheten 2. Laddtrycksbegränsningen utförs på så sätt att en första reducerad laddtrycksnivâ bildar ett maxinalt börvärde för ett trottelvinkelområde, lämpligen mellan 00 och 20° motsvarande låglastomrädet, inom vilket omrâde huvuddelen av motorregleringen företas för konstantfarthållning vid s k väglast. Vid en trottelvinkel där motorn när i det närmaste fullast och överstigande trottelvinklar, bildas lämpligen börvärdet för laddtrycksnivàn av den laddtrycksnivà som är begränsande med hänsyn till mekaniska belastningar och knackningsrisker. Mellanliggande börvärden för laddtrycket och för respektive trottellägen erhålles genom interpolation mellan àsatta börvärden, exempelvis för làglastområdet och fullastomràdet. Med åtminstone ett mellanliggande trottelläge och med en av övriga börvärden styrd och åsatt börvärdesbildning, kan progressiviteten på börvärdet styras.

Vid ökande trottelöppning avtar således laddtrycksbegränsningen successivt för att slutligen vid full trottelöppning helt försvinna, dvs maximalt laddlufttryck erhålles. Motorn kan dà lättare regleras vid dellastområden utan att en kraftig motormomentändring utvecklas vid gaspådragsförändringar samtidigt som föraren har tillgång till maximalt motormoment vid fullast. 463 428 I den föredragna utföringsformen av uppfinningen är omställningsreglaget 7 steglöst inställbart mellan nämnda ändlägen.

Omställningsreglagetkan lämpligen utgöras av en skjut- eller vridpotentiometer vilken över signalledningen 30 ger en mot läget av potentiometern beroende signalnivà. Styrenheten 10 detekterar signalnivàn och ger en mot signalnivàn avpassad trottellägesberoende reduktionsgrad av laddlufttrycket. Genom denna utformning av omställningsreglaget 7 kan föraren gradvis ställa in den av trottelläget beroende laddtrycksreduktionen.

I figur 3 visas det mellan kurvorna 50,52 inställbara laddtrycksomràdet i beroende av motorvarvtalet för trottelvinklar t mellanliggande 00- 200. Vid en proportionell inregleringsfunktion kan en laddtrycksbegränsande nivà ställas in i ett mellanläge 51 mellan maximalt laddlufttryck 50 och grundladdtryck 52 genom en inställning av omställningsreglaget 7 i ett motsvarande mellanläge.

Laddtrycksbegränsningen kan eventuellt vara konstant och följa den streckade kurvdelen 51a i figur 3 eller de streckade kurvdelarna 53a och 54a i figur 4 ända till dess ett motorvarvtal uppnås där den med avseende på knackningsrisken reducerade laddtrycksnivàn, kurva 57, understiger den manuellt inreglerade konstanta laddtrycksnivân. Detta medför dock att en manuellt inställd laddtrycksreduktíon avtar vid ökande varvtal.

För motsvarande mellanläge pà omställningsreglaget 7 visas i figur 4 en mot kurva 51 i figur 3 motsvarande laddtrycksreduktion enligt kurva 53 för 45 graders trottelläge och i figur 5 enligt kurva S5 för trottellägen över 70 grader. I figur 5 är kurvorna åtskilda för tydlighetens skull men kan, då fullast definieras som trottelläge 700 eller mer, sammanfalla. För att proportionell reglering av laddtrycket ska kunna erhållas över motorns varvtalsomràde begränsas laddluftrycket i den föredragna utföringsformen gentemot inställt läge pà omställningsreglaget 7 i enlighet med de heldragna kurvorna 51-56. 465 I en alternativ utföringsform kan laddtrycksreduktionen kopplas in i åtminstone tvâ distinkta lägen med en flerlägesomkopplare.

Exempelvis kan en mot trottelläget oberoende laddtrycksbegränsning enligt kurva 50 erhållas i ett läge och en trottellägesberoende laddtrycksreduktion enligt kurvorna 52,54 och 56 i ett andra läge. ! Eventuellt kan styrenheten även detektera hastigheten pà V) gaspedalpàdraget ochtemporärt öka det manuellt reglerade börvärdet pà laddtrycket om gaspàdragsförändringen är snabb.

I figur 2 visas en alternativ utföringsform på omställningsorganet 6 integrerat i en instrumentpanel 60 på förarplatsen i ett fordon.

Omställningsorganet 6 är lämpligen anordnat i en sekundärzon 66 vid sidan om ratten 61 i ett för manöverreglage avsett monteringsurtag.

I sekundârzonen 66 finns flera andra manöverreglage, såsom ventilationsreglage 63,65 och elektriska funktionsströmställare 62, vilka är åtkomliga av föraren fràn förarplatsen. I instrumentpanelens 62 primärzon 64 är pà sedvanligt sätt de för fordonet väsentliga övervakningsinstrumenten anordnade. Själva omställningsreglaget utgörs här av en vridpotentiometer vilken kan reglera turboresponsen mellan ett med - markerat ändläge och ett med + markerat ändläge.

Ett flertal andra varianter på omstâllningsreglage 7 kan utformas inom ramen för uppfinningen. I stället för potentiometrar kan olika stegregleringsfunktioner aktiveras genom tryckknappar eller vippkontakter, vilka påverkar laddtrycksreduktionsgraden stegvis vid pàverkan av knapp eller kontakt.

Omställningsreglaget kan även utgöras av ett eller flera kodstift (icke visade) anordnade i eller i anslutning till styrenheten 10.

Dessa kodstift kan genom mekanisk eller elektrisk omställning ges en positiv, jordad eller oansluten elektrisk spänningsnivå.

Kodstiftets eller kodstiftens signalnivà bildar därvid en kod för ett i styrenheten lagrat program som ger olika grader av trottellägesberoende reduktionsgrad för olika koder. Även denna lösning möjliggör att den trottellägesberoende reduktionen enkelt kan modifieras med ett handgrepp eller inkoppling av stiften mot olika elektriska spänningsnivàer. n 428 463 även om utföringsexemplet återger en turbokompressor 2 är uppfinningen inte begränsad till denna typ av överladdningsenhet.

Vid skruvkompressorer drivna av roterande motoraxlar påverkas den motorlastberoende överladdningsnivàn på samma sätt med ett manuellt omställningsorgan, men i stället för reglering av en waste gate-ventil regleras skruvkompressorns inloppsslid. Detta manuella omställningsorgan kan pà liknande sätt påverka det för varje överladdningsenhet typiska reglerförfarandet.

Ovan gjord beskrivning av ett utföringsexempel av det uppfínningsenliga arrangemanget får inte verka begränsande för uppfinningstanken såsom den återges i patentkraven. Uppfinningen kan modifieras i ett flertal utföringsformer av vilka endast en del berörts i beskrivningen. Den manuella regleringen av laddlufttrycket kan givetvis även påverka direkt eller indirekt tändsystemets och bränslesystemets funktion så att dessa system tillsammans med den huvudsakliga laddtrycksregleringen erhåller optimal funktion.

Claims (10)

10 15 20 25 30 12

1. Arrangemang för reglering av laddlufttryck i en medelst en laddluftenhet (2) överladdad förbrânningsmotor (3) innefattande ett reglerorgan (24-26) för reglering av laddluftenhetens överladdning, ett antal givare (12,31-34) avkânnande olika motorparametrar, av vilka givare en utgörs av en motorlastgivare (12,34) samt en elektrisk styrenhet (10) anordnad att avge styrsignaler till reglerorganet (24-26) för reglering av laddlufttrycket i beroende av insignaler från gívarna (12,31-34) varvid i styrenheten (10) ingår en minnesenhet som innehåller för nämnda reglering lagrade börvärden som funktion av ínsignalerna, k ä n n e t e c k n a t a v att styrenheten (10) är förbunden med ett manuellt pâverkbart omstâllningsreglage (7), vilket är anordnat att avge en reglerbar första insignal till styrenheten (10), att styrenheten erhåller en andra insignal från motorlastgivaren (12,34) vilken insignal är representativ för motorns (3) momentana motorlast inom motorns hela motorlastomráde, och att styrenheten är anordnad att reducera börvârdet för laddlufttrycket så att börvärdet för laddlufttrycket reduceras vid minskande momentan motorlast given av den andra insignalen vilken reduktionsgrad ges av signalnivàn fràn den första reglerbara insignalen frán omstâllningsreglaget (7).

2. Arrangemang enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att motorlastgivaren utgörs av en trottellâgesgivare (34).

3. Arrangemang enligt patentkrav 1, k å n n e t e c k n a t a v att motorlastgivaren utgörs av en gaspedallâgesgivare (12).

4. Arrangemang enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att omställningsreglaget (7) är anordnat att medge en manuell omställning av reduktionsgraden mellan åtminstone tvâ reduktionsnivàer SPORT,SOFT pà omställningsreglaget. I: 10 15 20 25 13

5. Arrangemang enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att en reduktionsnivà (SPORT) innebär att den av motorlasten avhängíga laddtrycksreduktionen i huvudsak är försumbar.

6. Arrangemang enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t a v att omställningsreglaget (7) är i huvudsak steglöst inställbart i mellanlâgen mellan tvà funktionsändlâgen.

7. Arrangemang enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att omställningsreglaget (7) utgörs av en skjutpotentiometer.

8. Arrangemang enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att omställningreglaget (7) utgörs av en vridpotentiometer.

9. Arrangemang enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att den reglerbara insignalen fràn omställningsreglaget är proportionell mot läget pà omställningsreglaget (7) och att reduktionsgraden är proportionell mot ínsígnalen.

10. Arrangemang enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att omställningsreglaget (7) är anordnat pà instrumentpanelen (60) vid förarplatsen i ett med den överladdade motorn drivet fordon och åtkomligt för manuell reglering av föraren.