SE470524B - Förfarande för abnormitetsindikering i förbränningsmotordrivna fordon - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 h___.] (II: CJ 'l minsta möjliga nedkylning, vilket medför att för efterföljande förbränningar högsta möjliga temperatur råder i förbränningsrummet vilket är gynnsamt för fullständig förbränning.

Ett ytterligare syfte är att möjligöra en viss tids drift på reservtank eller en minsta kvarvarande drivmedelsmängd, under samtidig tydlig indikation i form av ojämn motorgång, så att föraren ges en möjlighet att köra fordonet till en mer lämplig avställningsplats eller om möjligt kunna nå en drivmedelstation.

Andra syften är att kunna indikera med hjälp av påtaglig motorpåverkan ett flertal andra abnormitetstillstånd hos förbränningsmotorn , dess avgassystem samt eventuellt hos fordonet i övrigt. Sådana tillstånd kan vara övertemperatur på motorn , för låg oljenivå eller för hög oljetemperatur, för lite kylarvätska, bortfall eller reducerad effekt på kritiska emissionsreducerande komponenter, eller bortfall eller reducerad effekt på andra fordonssystem såsom bromssystem eller andra säkerhetssystem.

Kort beskrivning av uppfinningen [enlighet med det uppfinningsenliga förfarandet så åstadkommes dessa syften genom de särdrag som framgår av den kännetecknande delen av patentkrav 1.

Uppfinningen tillämpas med fördel i samband med bränslesystem som är avsedda att köras på olika bränslekvaliteter, såsom metanol och bensin. I dessa blandbränslesystem kan utnyttjas så kallade slavtankar, såsom visas i WO 91/04406, där slavtanken utnyttjas för att kvarhålla en volym av bestämd bränslekvalitet närmast motorn, vilken volym ej ändrar innehåll vid tankning av huvudbränsletanken. Slavtanken möjliggör härigenom att motorn kan starta på samma bränslekvalitet som innan avstängningen av motorn, och den efter tankningen nyerhållna bränsleblandningen kommer långsamt att blandas ut i slavtanken. Härigenom kan motorns lambdasensor utnyttjas för omställning till det nya bränslet, trots att lambdasensorn inte börjar fungera förrän någon eller några minuter har gått efter start. Slavtanken möjliggör emellertid att såväl motorn som 10 15 20 25 30 35 ige .___ l C J (IW f' 'l ÅÉ- lambdasensorn hinner komma upp i rättdriftstemperatur innan de långsamt anpassas till den genom tankningen nyerhållna bränslekvaliten.

Ett problem här är dock att motorn aldrig bör köras så långt att även slavtanken helt tömmes, då det kan vara svårt att få tag i exakt samma bränsekvalitet som den bränslekvalitet som motsvarar det som fanns i huvudbränsletanken. Slavtanken har dock med fördel så pass stor volym att det är onödigt att helt stänga av motorn när huvudbränsletanken är tom, istället är det bättre att tydligt indikera att slavtanken börjar tömmas så att föraren ges möjligheter att nå en bränslestation. l detta syfte utnyttjas det uppfinningsenliga förfarandet för indikation av att slavtanken håller på att tömmas.

Figurförteckning Figur 1 visar ett arrangemang på vilket det uppfinningsenliga förfarandet är tillämpligt.

Beskrivning av ett utföringsexempel Vid exempelvis en fyrcylindrig Otto-motor så tänder cylindrarna i en förutbestämd sekvens, exempelvis 1-3-4-2. Det vill säga, först tänder cylinder 1, och när vevaxeln roterat 180 graders tänder cylinder 3 varefter cylindrarna 4 och 2 tänder med 180 vevaxelgraders lucka. Motorn roterar härvid två varv innan cylinder 1 kommer i tändläge igen.

En tydlig ojämn motorgång erhålles när ett tillräckligt antal misständningar sker. Redan vid en så pass låg misständningsnivå som ett par procent, mellan 2-10% men företrädesvis 5%, erhålles ett mycket kännbart misständningsförlopp. Ligger misständningarna på en nivå av 5% så fortplantas den ojämna gången i fordonet, och ett ryckigt okomfortabelt framförande av fordonet erhålles. Även om misständningen orsakas av en cylindervis inställd bränsleinsprutning så kan i samband med indirekt insprutning en viss begränsad mängd bränsle ändock dras in i cylindern. Detta bränsle kan komma från en föregående insugningstakt i form av bränsled roppar på inloppssystemets väggar, eller från insprutningar till andra cylindrar genom överströmning i inloppssystemet. Denna begränsade mängd 10 15 20 25 30 35 'M-ll C.) (I I bränsle medför dock som regel en så pass mager bränsle-luft blandning att antändning ej sker och bränsle-luft blandningen därefter spolas uti avgassystemet.

Med en förutbestämd högsta nivå på misständningarna så kan en i avgassystemet befintlig katalysator klara av denna begränsade bränslebelastning utan att förstöras. Konventionella katalysatorer klarar en begränsad misständningsnivå, och om misständningsnivån ligger runt 5% så påverkas inte katalysatorns livslängd i någon större utsträckning.

Genom att selektivt styra en sådan ojämn motorgång till denna förutbestämda nivå medelst jämnt återkommande avbrott på bränsletillförseln, så erhålles en direkt av föraren förnimmbar motorstörning av signalkaraktär som tjänstgör som abnormitetsindikering för föraren.

Genom att intelligent styra motorstörningen så att endast en cylinder i taget erhåller avbrott,d.v.s helt uteblivande, av endast ett, eller ett fåtal i följd liggande, insprutningstillfållen, följt av ett antal opåverkade insprutningstillfällen, innan nästa cylinder utsättes för ett, eller ett fåtal i följd liggande, väsentligen helt uteblivet insprutningstillfälle-n, så kan den tydliga sig nalkaraktären bibehållas samtidigt som emissionerna begränsas till ett minimum. Genom att styra bränsleavbrotten så att misständningarna ligger på en förutbestämd nivå så erhålles en väl balanserad kompromiss mellan en tydlig signalkaraktär och låga emissioner utan att livslängden på katalysatorn riskerarförkortas.

Som exempel på hur motorstörningen skall läggas ut redovisas nedanstående cylindersekvens för en fyrcylind rig Otto-motor. Varje rad utgör en tåndföljd där alla cylindrar , 1-4, erhållit en insprutning av bränsle i respektive insprutningstakt och en efterföljande tåndning och motorn sålunda roterat 2 varv. A,B,C och D avser olika sekvenser av drivmedeltillförseln. Den visade motorstörningen kan erhållas med ett bränslesystem med cylindervisa insprutare och med till motorns arbetstakt synkroniserad insprutning. 10 15 20 25 30 35 JK. »n C "l m r~ 's 4* I l SekvensA I |_\_.\_a_:._\ I 1 I i l l Sekvens B I I I Sekvens D I I I wwwwwwwwwwwuwwwuuwwwww I I ßßa-ß-ßln-ßn-u-L-ß-ßbnßßh-c-»ß V | |ÄIN3I\)I\JI\INII\J|\JNIY\)I\)I\JIUY\JI\JNJNJI\7N)NI _a_x._x._a_x._x..¿_x...x_n_x_a..a_s_a l | I Såsom indikerats med understruket cylindernummer så erhåller cylinder 1 den första avbrutna bränsletillförseln under ett insprutningstillfälle i en första insprutningssekvens, sekvens A, därefter avbrytes bränsletillförseln till cylinder 3, 4 och 2, med ett antal mellanliggande opåverkade bränsleinsprutningar i sekvenserna B-D. Effekten blir att motorn erhåller en 5%-ig misständningsnivå, men där varje cylinder endast utsättes för en fjärdel av denna misständningsnivå, d.v.s 1.25 %. Med en dylik 5%-ig misständningsnivå så erhålles en tydlig signalkaraktär i form av ojämn motorgång. Lämpligen kan denna misständningsnivä utläggas kontinuerligt, d.v.s varje enskild cylinder utsättes för en misständning i vart 20:e tändläge, men motorn i vart 5:e tändläge, när ett abnormitetstillstånd råder. 10 15 20 25 30 35 M3 (Ill) CJ "l Alternativt kan denna förutbestämda misständningsnivå aktiveras under ett visst antal sekunder, vilket då skulle ge ett mot motorvarvtalet proportionellt antal misständningar, följt av att motorn under en viss tid ej utsättes för misständningar orsakade av utebliven bränsleinsprutning.

Denna senare signalsekvens kan ha ett relativt kort misständnings- intervall, lämpligen inom intervallet 2-5 sekunder, följt av en betydligt längre ostörd motorgång under 10-30 sekunder, eventuellt längre- För att eventuellt förbättra signalkaraktären så kan ett mycket begränsat antal insprutningstillfällen i följd för varje cylinder utebli. Detta eftersom en viss bränslemängd kan finnas kvari insugningsröret för respektive cylinder, och sålunda ge en viss förbränning i nästföljande tändläge, vilket ej ger en lika påtaglig effekt i form av ojämn motorgång. Nedan redovisas en sådan cylindersekvens där bränsletillförseln avbrytes till två i följd liggande arbetscykler för misständande cylinder.A,B,C och D avser olika sekvenser av drivmedeltillförseln. 1 - 3 - 4 - 2 l l l SekvensA I I I wwwwwwwlwltlrtvwwtluwwwwww I I -àlhl-h-h-h-b-b-b-b-bh-b-hb-h-ß-b-b I I ._n_a_n..x....x...n._x._n.-s_x_x_a_s|_g|_g_x_x_a || i ul || | IUIUNNIMNJßJhJßJßJNk-PBJNINJBJNINI 10 15 20 25 30 35 lf» \_,_\_;_ C13 Ur lxß F» 2 l 2 l - 2 Sekvens D 2 I 1-3-4-2 l Såsom indikerats med understruket cylindernummer så erhåller cylinder 1 utebliven bränsletillförseln under två i följd liggande insprutningstillfällen, under insprutningssekvensen A. Därefter avbrytes bränsletillförseln under två i följd liggande insprutningstillfällen till cylinder 3, 4 och 2, med ett antal mellanliggande opåverkade bränsleinsprutningari insprutningssekvenserna B-D. Effekten blir att motorn erhåller en misständningsnivå något överstigande 5%, men där varje cylinder endast utsättes för en fjärdel av denna misständningsnivå.

Med en dylik misständningsnivä garanteras att en tydlig signalkaraktär erhålles i form av ojämn motorgång.

Eventuellt kan bränsleinsprutningen avbrytas för fler än två i följd liggande insprutningstillfällen, men då ökar nedkylningen av cylindern vilket ger nackdelar. Som ett högsta värde torde dock ett tiotal i följd liggande insprutningsavbrott för cylindern ifråga vara aktuellt, då en förbränningsmotorn av Otto-typ speciellt vid höga varvtal, runt 6000rpm, hinner med 50 tändningar/ insprutningstillfällen per cylinder, och ett avbrott under ett tiotal insprutningstillfällen inte nämnvärt hinner kyla ner cylindern.

Förfarandet ger den fördelen att förbränningsrummet för respektive cylinder utsättes för så lite störningar som möjligt, vilket är fördelaktigt för att bibehålla en för en fullständig förbränning gynnsam temperatur.

Likaså minimeras tillförsel av oförbrännt bränsle till katalysatorn, vilket förbättrar livslängden på katalysatorn.

Som en sista säkerhetsåtgärd kan eventuellt ett automatiskt motorstopp aktiveras om den ojämna motorgången har aktiverats en förutbestämd tid, vägsträcka eller om det genom övervakningssystemet detekterade abnormitetstillståndets indikationsnivå överskrider en än högre nivå än den lägre nivån som först aktiverar misständningsförloppet. 10 15 20 25 30 35 Abnormitetsindikeringen iform av en ojämn motorgång av signalkaraktär ger en mycket påtaglig signal till föraren, vilket medför att denne blir mer medveten om att ett fel uppstått och därför närmare studerar övrig informationsutrustning i fordonet. l den mån som en huvudtank i ett bränslesystem för metanol-bensin drift är tom så indikeras även detta genom att en signallampa tänds på instrumentpanelen. l de fall som abnormiteten är hänförlig till hög motortemperatur eller låg oljenivå så indikeras även detta genom ett visarinstrumentutslag eller en signallampa som tänds på instrumentpanelen. Den ojämna motorgången kan då lättare härledas till aktuell felkälla. l de fall som endast visuella instrument användes för indikering av en abnormitet så kan en betydande tid gå innan föraren faktiskt uppmärksammar att något är felaktigt. l det följande redovisas ett arrangemang på vilket det uppfinningsenliga förfarandet är tillämpligt.

Figur 1 visar ett arrangemang för drivmedelsförsörjning till en förbränningsmotor 1. Drivmedel kan fyllas på i en huvudtank 2 via ett påfyllningsöppning 3. lnuti huvudtanken 2 är anordnad en slavtank 4, vilken lämpligen är avsedd att rymma ett par liter. Slavtanken har endast förbindelse med huvudtanken via ett breddavlopp 5 och indirekt via en en på huvudtankens 2 botten anordnad ejektor 6. Breddavloppet 5 är placerat så högt att det ligger över den högsta nivå som huvudtanken kan fyllas upp till vid tankning. Vid tankning är pumppistolerna försedda med automatisk avstängning när bränslet når upp till pistolen, varför bränslenivån ej kan, och skall ej, kunna fyllas på till kanten på påfyllningsöppningen 3. Eventuellt kan dock breddavloppet ligga över nivån för kanten på påfyllningsöppningen 3. Ejektorn 6 drivs av trycksatt bränsle från en i slavtanken anordnad drivmedelspump 7.

Drivmedelspumpen 7 suger drivmedel från slavtankens botten, och via en tilloppsledning 8 så matas trycksatt drivmedel till ett bränslefördelningsrör 9. Bränslefördelningsröret 9 fördelar bränslet till insprutarna 30 , vilka på känt sätt är anordnade att tillföra bränslet cylindervis, antingen direkt in i cylindern eller såsom mer konventionellt tillämpas indirekt via respektive cylinders inloppskanal 33. Företrädesvis 10 15 20 25 30 35 i' -,__} c* °\ (51 m) tillämpas en sekventiell insprutning, vars mängd och insprutningtidpunkt styrs av en styrenhet 10 i beroende av motorns driftstillstånd. På bränslefördelningsröret 9 så är även anordnat en bränsletryckregulator 15, vilken upprätthåller trycket i bränslefördelningsröret 9 samt leder bränslet i returledningen 17 tillbaka till slavtanken 4.

Bränsletryckregulatorn 15 erhåller ett styrtryck via ledningen 25 från insugningsröret 32, så att bränsletrycket i fördelningsröret 9 höjs vid ökande inloppstryck hos motorn.

En elektronisk styrenhet 10 är via ett ledningsnät 43 uppkopplad till ett antal sensorer 11,22,23,16,40,41,44 och aktuatorer 14,30 för att reglera motorn 1 i beroende av aktuella driftparametrar. lnsignaler erhålles från en lambdasensor 11, nivågivare i slavtank och huvudtank 22 respektive 23, en luftmassemätare 16, en motortemperaturgivare 40, en vevaxelgivare 41 och en oljetrycksgivare 44. Styrenheten 10 kan även erhålla insignaler från ett tändsystem 45 för identifiering av motorns arbetstakt.

Aktuatorerna som styrs av styrenhetens utsignaler är de till varje cylinder anordnade insprutarna 30, samt ventilorganet 13,14 för aktivering av ejektorn 6.

Styrenheten 10 reglerar primärt bränslemängden i proportion till hur mycket luft som dras in i cylindrarna 31, vilket detekteras med luftmassemätaren 16.

Styrenheten detekterar även syrehalten i avgaserna med en lambdasond 11, vilken är anordnad i förbränningsmotorns avgassystem, nedströms en avgassamlare 34 och uppströms en katalysator 35. Så fort lambdasonden 11 uppnått den driftstemperatur som är nödvändig för att kunna fungera som detektor, så får styrenheten 10 information om hur mycket tillförd bränslemängd, primärt reglerad i beroende av insugen luftmängd, skall korrigeras för att optimal förbränning och gynnsammaste villkoren för katalysatorns drift skall upprätthållas. Genom lambdasonden 11 kan också styrenheten detektera hur blandningsförhållandet mellan metanol och bensin förhåller sig, och mot bakgrund av detta korrigera den till cylindrarna tillförda bränslemängden så att rätt mängd av den aktuella blandningens bränslevärde erhålles. Genom olika åtgärder, såsom placering närmare motorn eller elektrisk uppvärmning, så kan lambdasonden snabbare fås att nå sin driftstemperatur. Normalt så tar det .lt 10 15 20 25 30 35 10 dock mellan 60-90 sekunder för katalysatorn att genom självuppvärmning uppnå drifttemperatur.

Ejektorns 6 matarledning 12 är ansluten till tilloppsledningen 8, på så sätt att ett delflöde av det från pumpen trycksatta bränslet kan nå ejektorn 6. I och med att ejektorn i sig själv fungerar som en strypning säkerställes att trycket upprätthålles i tilloppsledningen 8 och bränslefördelningsröret 9, samt att ett visst returflöde erhålles i bränslereturledningen 17. Flödeti ejektormatarledningen 12 påverkas av ett ventilorgan 13 vilket förhindrar att ett flöde till ejektorn utbildas innan förbränningsmotorns lambdasond uppnått erforderlig drifttemperatur. Detta kan realiseras på så sätt att styrenheten 10 övervakar lambdasonden 11, och när lambdasonden träder i funktion så aktiverar styrenheten 10 en via en elektromagnet 14 pâverkningsbar ventil 13, så att flödet öppnas.Företrädesvis är ventilen så pâverkningsbar att den öppnar när elektromagneten spänningsåttes och automatiskt stänger när elektromagnetens drivspänning bortfaller.

Ejektormatarledningen 12 leder ner till en på huvudtankens 2 botten anordnad ejektor 6. Ejektormatarledningen kan gå igenom slavtankens botten via en icke visad tätning eller alternativt gå ut genom slavtankens vägg ovanför breddavloppets 5 nivå. Ejektorn är företrädesvis av en typ som visas i detalj i EP,B,305350 eller WO 91/17355. Ejektorns sugsida 18 är anordnad vid huvudtankens 2 botten, och flödet från matarledningen 12 drar med sig bränsle från huvudtanken till ejektorns utlopp 19. Ejektorns utlopp 19 är anslutet till ett stigarrör 20 som kan gå igenom slavtankens botten via en icke visad tätning eller alternativt gå in genom slavtankens vägg ovanför breddavloppets 5 nivå. Stigarrörets mynning 21 utmynnar ovanför breddavloppet 5 i slavtanken 4 och detta breddavlopp 5 ligger högre än den i huvudtanken 2 via påfyllningsöppningen 3 högsta påfyllningsbara nivån.

När styrenheten detekterar att lambdasonden 11 uppnått erforderlig drifttemperatur så påverkas det i ejektormatarledningen 12 flödespåverkande organet 13 på så sätt att flödet till ejektorn börjar utbildas. Bränslet från huvudtanken 2 börjar då dras in i slavtanken 4så att den hålls fylld. Med en tillräckligt hög kapacitet på bränslepumpen 7 så kommer slavtanken 4 att kontinuerligt hållas fylld och genomspolas av bränslet från huvudtan ken 2, under det att överskjutande utblandat 10 15 20 25 30 35 t" C" s (ri I 3 J. 11 bränsle i slavtanken rinner tillbaka till huvudtanken genom breddavloppet 5. Härigenom kan slavtanken relativt snabbt övergå till ett i huvudsak likartat blandningsförhållande som den blandning som finns i huvudtanken, vilken övergång sker under det att lambdasensorn är i funktion och adaptivt anpassar bränsletillförseln i beroende av förändringen av blandningsförhållandet i slavtanken.

Om däremot styrenheten 10 genom nivågivaren 23 detekterar att huvudtanken 2 är tom, så är detta ett abnormitetstillstånd, då fortsatt drift medför att den i slavtanken 4 kvarvarande bränslemängden förbrukas. Om slavtanken helt tömmes så medför detta startproblem, då styren heten är inställd på det nu förbrukade bränslets blandningsförhållande och en upptankning kan ske med helt annan bränsleblandning. Likaså öppnar ventilen 13 först efter att lambdasensorn 11 uppnått driftstemperatur, vilket ej sker då slavtan ken är helt tömd och motorn härigenom ej får något bränsle trots att tankning skett. Att huvudtanken är tom, eller börjar tömmas, i ovan beskrivna system, är ett abnormitetstillstånd som lämpligen indikeras med det uppfinningsenliga förfarandet.

Likaså kan styrenheten 10 utnyttja det uppfinningsenliga förfarandet om motortemperaturen blirför hög, vilket indikeras genom givaren 40 , om oljetrycket försvinner,vilket indikeras genom givaren 44, eller om lambdasonden 11 gerfelaktig eller ingen signal.

Det uppfinningsenliga förfarandet är inte inskränkt till system med de i figur 1 exemplifierade givarna för detektering av abnormitetstillstånd.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 'z t' g; “x :i ¿_- ' xJ... . 12 Patentkrav

1. Förfarande för abnormitetsindikering vid drift av förbränningsmotor- drivna fordon, vilka fordon innefattar drivmedelstyrsystem för cylindervis styrning av drivmedelstillförsel till förbränningsmotorns cylindrar och vilket styrsystem erhåller insignaler vilka representerar tillståndet hos olika motor- och fordonsparametrar kännetecknat av att när styrsystemet detekterat att någon parameter anger ett abnormitetstillstå nd så avbryter drivmedelstyrssystemet tillförsel av drivmedel till en del av cylindrarna under en del av en av flera insprutningstillfällen bestående drivmedelstillförselsekvens på så sätt att en fordonsförare genom ojämn motorgång erhåller indikation om ett abnormitetstillstånd.

2-Förfarandeenligtkrav1kä n n eteck n at a v att drivmedelstillförselsekvensen utgöres av ett förutbestämt antal till samtliga cylindrar hänförliga insprutningstillfällen och att den avbrutna tillförseln av drivmedel sker genom att en förutbestämd andel av insprutningstillfällena under denna drivmedelstillförselsekvens uteblir.

3. Förfarande enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a t a v a tt den avbrutna tillförseln av drivmedel sker cylindervis sekventiellt.

4. Förfarande enligt krav3 kä n n eteck n at av att underen drivmedelstillförselsekvens innehållande ett flertal insprutningstillfällen för var och en av cylindrarna så avbrytes insprutningen till endast en av cylindrarna under en del av denna cylinders totala antal insprutningstillfällen under drivmedelstillförselsekvensen.

5. Förfarande enligt krav4 kä n n et e ck n at a v a tt efter det att en cylinders drivmedelstillförsel avbrytits under en del av denna cylinders totala antal insprutningstillfällen under drivmedelstillförselsekvensen så avbrytes på motsvarande sätt tillförsel av drivmedel för en andra cylinder i nästa efterföljande drivmedelstillförselsekvens. 10 15 20 25 30 35 J' -. \-.._'j C13 U i Fy.) 13

6. Förfarande enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a t a v a tt avbrotten av bränsletillförsel sker cylindervis genom att ett förutbestämt antal insprutningstillfällen uteblir under en drivmedelstillförselsekvens och att alla cylindrar erhåller ett avbrott innan en cylinder med tidigare avbruten drivmedelstillförsel ånyo utsätts för avbruten drivmedelstillförsel.

7. Förfarande enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a t a v a tt avbrotten av drivmedelstillförsel skeri en omfattning motsvarande 2-10 %, företrädesvis 5%, av antalet insprutningstillfällen under en drivmedelstillförselsekvens.

8. Förfarande enligt något av föregåeende krav k ä n n e t e c k n a t a v a tt abnormitetsindikeringen sker vid låg bränslenivå i en bränsletank, företrädesvis vid begynnande låg bränslenivå i en slavtank orsakad av tömd huvudtanki bränslesystem för blandbränslen mellan metanol och bensin, vilken slavtank möjliggör start och drift av förbränningsmotorn en begränsad tid på samma bränsle som utnyttjats innan motorn stannat och huvudbränsletanken tankats med nytt bränsle.

9.Förfarande enligt något av föregåeende krav k ä n n e t e c k n a t a v a t t abnormitetsindikeringen sker vid alla de av styrsystemet indikerade driftsfallen då fordonets avgasreningssystem ej fungerar tillfredställande.

10.Förfarande enligt något av föregåeende krav k ä n n e t e c k n a t a v a t t abnormitetsindikeringen sker vid all de av styrsystemet indikerade driftsfallen då motorhaveri kan riskera bli följden om fortsatt drift av förbränningsmotorn sker.