SE518102C2 - Sätt och anordning för att bestämma var i sina arbetscykler en förbränningsmotors cylindrar befinner sig - Google Patents

Description

20 25 30 518102 2 vridits genom att fordonet flyttats med ilagd växel. Sådana omständigheter kan medföra att styr-enheten uppfattar situationen felaktigt och kan komma att arbeta i fel cykelläge, med åtföljande driftproblem.

Mot bakgrund härav finns det ett behov av förbättrade lösningar inom detta område.

Uppíinningens ändamål Syftet med uppfinningen är att göra det möjligt att utan hjälp av kamaxelgivare säkert kunna bestämma cykelläget för en cylinder i en flercylindrig fyrtaktsmotor. Ännu ett syfte är att åstadkomma en enkel och säker lösning.

Redogörelse för uppfinningen _ Dessa syften uppnås enligt uppfinningen dels med hjälp av ett sätt som har de i patentkrav 1 angivna särdragen, och dels med hjälp av en anordning som har de i patentkrav 9 angivna särdragen.

Genom att enligt uppfinningen avstå från kamaxelgivare och endast utnyttja en svänghjulsgivare (vevaxelgivare) uppnås ett enklare och mera robust givararrange- mang. För att därvid vid start kunna avgöra i vilket vevaxelvarv av de två varven av en arbetscykel en cylinder befinner sig, utsätts svänghjulet utöver den ordinarie tändpulssvängningen för en störsvängning. Ur den resulterande svängningen kan den överlagrade störsvängningcn bestämmas, och efter jämförelse mellan faslägen hos den överlagrade störsvängningcn och störsvängningcn är det möjligt att fastställa vilket av de två vevaxelvarven som är rätt för cylindem. En elektronisk styrenhet som upptäcker att cykellägct är fel initieras att korrigera sitt cykelläge genom att hoppa ett erforderligt antal steg i motoms tändföljd, så att rätt cykelläge uppnås. En lämplig störsvängning åstadkoms genom att tillfälligt ändra bränsletillförseln till motoms cylindrar så att vissa cylindrar får mer bränsle och andra får mindre, enligt ett valt mönster. 10 15 20 25 518102 3 Genom att säkerställa att en styrenhet kan ställas in rätt vid varje start blir det möjligt att med god säkerhet använda olika typer av styrenheter med varierande egenskaper tillsammans med motorn. Den överlagrade störsvängningen kan göras i det närmaste omärkbar för fordonets förare genom att dess frekvens harmonierar med den ordinarie svängningen och genom att förloppet görs kortvarigt i början av starten.

Den enligt uppfinningen utförda anordningen kan byggas upp med enkla komponenter och kan därför göras enkel och robust.

Ytterligare särdrag och fördelar hos uppfinningen framgår av efterföljande beskrivning och patentlcrav.

Uppfinningen beskrivs i det följande närmare med hjälp av på bifogade ritning visade utföringsexempel.

Figurbeslcrivning På ritningen visar: Fig.1 ett svänghjul med tillhörande rotationsvinkelgivare, Fig.2 ett blockschema över en anordning enligt uppfinningen, Fig.3 normal tändpulsalstrad varvtalsvariation på svänghjulet vid tomgångsvarv vid en ó-cylindrig motor, Fig.4 motsvarande varvtalsvariation som i fig.3, men med en överlagrad störsvängning med en frekvens motsvarande halva tändfrekvensen till följd av att cylindrarna 1,3 och 5 har tillförts mer bränsle än de övriga cylindrama, Fig.5 motsvarande varvtalsvariation som i fig.4, men däri stället cylindrama 2,4 och 6 tillförts mer bränsle än de övriga cylindrama, Fig.6 erhållen varvtalsvariation vid bränslemängd enligt fig.4, men med fel cykelläge, och 10 15 20 25 30 518102 4 Fig.7 varvtalsvariation hos svänghjulet med en överlagrad svängning enligt f1g.3, varvid heldragen kurva visar rätt cykelläge och streckprickad kurva visar fel cykelläge.

Beskrivning av utföringsexembel Vid en förbränningsmotor av fyrtaktstyp genomlöps för varje cylinder en arbetscykel på två vevaxelvarv, och i varje cylinder sker tändning en gång vartannat vevaxelvarv. Ett större antal cylindrar ger således ett större antal tändningar per vevaxelvarv, varvid tex. en 4-cylindrig motor har två tändningar per vevaxelvarv, medan en 6-cylindrig motor har tre tändningar och en 8-cylindrig motor har fyra tändningar per vevaxelvarv. I de fall då denna typ av motor är försedd med bränsleinsprutriing är det viktigt att bränsleinsprutning och tändning i varje cylinder sker då cylinderns kolv befinner sig i rätt fas av sin arbetscykel.

I fig.l visas hur ett svänghjul 1 till en i övrigt ej visad motor med bränsleinsprutriing är försett med ett antal i omkretsled fördelade indikeringar 2, tex. i form av kuggar, vilka vid svänghjulets rotation kan avläsas av en rotationsvinkelgivare 3. Vid ett bestämt läge finns på svänghjulet 1 anbringat en speciell indikering 4, som meddelar givaren 3 att svänghjulet har roterat ett varv sedan föregående passage av indikeringen 4. Med hjälp av givaren 3 och indikeringama 2,4 kan således svånghjulets aktuella rotationsläge fastställas och dessutom kan svängningar avläsas.

Enligt fig.2 ingår givaren 3 i ett motorstyrsystem 5 och är ansluten till en styrenhet 6, som styr en bränsleinsprutningsanordning 7 med vars hjälp cylindrarna förses med bränsle vid rätt tillfälle. Vid en dieselmotor erhålls härigenom även tändning vid rätt tillfälle. Vid en Otto-motor ingår i motorstyrsystemet 5 även en av styrenheten 6 styrd tändanordning 8 med vars hjälp tändning sker vid rätt tillfälle. I förenklande syfte kommer uppfinningen i det följ ande att beskrivas närmare med utföringsexempel avseende en 6-cylindrig motor, men den kan naturligtvis tillämpas även på andra storlekar av motorer, med annat cylinderantal. 10 15 20 25 30 518102 Fig.3 visar med en kurva A hur svänghjulets varvtal vid normalt tomgångsvarvtal varierar under två vevaxelvarv, efterhand som olika cylindrar tänder. På den vertikala axeln anges varvtalet n såsom antalet varv per minut (rpm), och på den horisontella axeln anges antalet vevaxelgrader ot från det läge där cylinder l i tändfóljden tänder, vilket sker vid 0°. Efter cylinder 1 tänder de övriga cylindrama i tur och ordning enligt motorns tändfölj d, med ett inbördes vinkelavstånd på l20°.

Cylinder 2 tänder således vid 120°, cylinder 3 vid 240°, cylinder 4 vid 360° , etc.

Vid varje tändning ökar varvtalet till en topp och sjunker därefter, innan det på nytt ökar vid nästa tändning. Tändfrekvensen är här således tre tändningar per vevaxelvarv, eller sex tändningar per arbetscykel. Den visade kurvan A kan sägas representera svänghjulets ordinarie tändpulssvängning vid tomgångsvarvtal. En vertikal linje B visar var det andra vevaxelvarvet börjar vid 360°.

Då motorn skall startas vet inte givaren 3 med säkerhet i vilket cykelläge en viss cylinder befinner sig, dvs. i vilken halvcykel eller i vilketdera av två vevaxelvarv av arbetscykeln som svänghjulet för tillfället befinner sig. För att styrenheten 6 skall kunna arbeta rätt behöver den emellertid arbeta i rätt halvcykel för varje cylinder.

En lösning på detta problem kan erhållas enligt följ ande: I fig.4 visas hur den i fig.3 visade svängningen enligt kurvan A har ändrat karaktär till kurvan A' genom att den tillforda bränslemängden till cylindrama ändrats på ett fórutbestämt sätt. Cylindrama 1,3 och 5 har vardera fått en lika stor ökning i bränslemängd, och cylindrarna 2,4 och 6 har vardera fått en motsvarande stor minskning i bränslemängd. Denna bränslemängdsvariation visas med den streckprickade kurvan C. Svängningen i bränslemängd har således en frekvens motsvarande halva tändfrekvensen och utgör en störsvängning på svänghjulet.

Motorns styrenhet förutsätts här arbeta i rätt cykelläge.

Såsom framgår erhålls enligt kurvan A' vid cylindrarna 1,3 och 5 följ driktigt en stor varvtalsökning till följd av den ökade bränslemängden, medan vid cylindrama 2,4 10 15 20 25 30 518102 6 och 6 erhålls en liten varvtalsökning till följd av den minskade bränslemängden.

Genom att analysera den enligt kurvan A' erhållna resulterande svängningen i svänghj ulet i styrenheten 6 kan karaktären på den av bränslevariationen fórorsakade överlagrade störsvängningen erhållas med hjälp av tex. lämpliga bandpassfilter. Ett sådant svängningsmönster hos den överlagrade störsvängningen visas schematiskt och principiellt med en streckad kurva D. Frekvensen hos denna överlagrade störsvängning är hälften av frekvensen hos den resulterande svängningen enligt kurva A'. Såsom framgår ligger de båda svängningskurvoma C och D i fas med varandra, vilket innebär att styrenheten i detta fall har en korrekt uppfattning om cykelläget i motorn.

I fig.5 visas motsvarande kurvor A', C och D som i fig.4, men med den skillnaden att det nu är cylindrarna 2,4 och 6 som fått en större bränslemängd än cylindrama 1,3 och 5. Även i detta fall ligger de båda svängningskurvorna C och D i fas med varandra, innebärande att styrenheten har en korrekt uppfattning om cykelläget i motom.

I fig.6 visas en situation där styrenheten har fel uppfattning om cykelläget, dvs. ligger ett vevaxelvarv fel. Med den i fig.4 använda bränslefórdelningen hos cylindrarna enligt kurva C kommer ett kurvmönster A' enligt ñg.5 att erhållas, där den i fig.4 vid cylinder 1 visade stora varvtalstoppen nu i stället uppträder vid cylinder 4, vid linjen B, dvs. på fel vevaxelvarv. Kurvoma C och D är här inte i fas med varandra.

I analogi med vad som visas i fig.6 kommer (ej visat), med den i ñg.5 använda bränslefórdelningen hos cylindrarna enligt kurva C, 'ett kurvmönster A' enligt fig.4 att erhållas, där den i ñg.5 vid cylinder 1 visade lilla varvtalstoppen nu i stället uppträder vid cylinder 4 , vid linjen B, dvs. på fel vevaxelvarv. Kurvoma C och D kommer inte heller här att vara i fas med varandra. Vid en sådan deteldering av fel fasläge mellan kurvorna C och D initieras enligt uppfinningen styrenheten 6 att korrigera sitt cykelläge med en ändring motsvarande ett vevaxelvarv. 10 15 20 25 30 518102 Vid ett tomgångsvarv n på 600 rpm erhålls 10 vevaxelvarv / s. Genom att vid start utnyttja ca 20 vevaxelvarv för ovan angiven analys hinner normalt en tillförlitlig analys utföras, vilket således i detta fall tar ca 2 s i början på varje startförlopp. Den överlagrade störsvängningen, vars frekvens uppgår till halva tändfrekvensen, harmonierar med den av tändningarna förorsakade grundsvängningen och uppfattas därför inte störande av föraren, i den mån den alls hinner uppfattas.

Störsvängningen appliceras i nonnalfallet kortvarigt, lämpligen under högst ca 3 s, företrädesvis dock inte längre än under ca 2 s. Alternativt kan den appliceras under högst ca 30 vevaxelvarv, företrädesvis dock inte under mer än ca 20 vevaxelvarv. I speciella situationer, tex. vid fel av något slag i motom, kan det vara svårt att fastställa motorns cykelläge snabbt enligt ovan. I sådana nödfall kan testperioden utökas till ca 10 - 12 s.

I fig.7 visas erhållet mätresultat på varvtalsvariation med ett brånslemängdsvariationsmönster enligt fig.4. Den heldragna kurvan E avser rätt cykelläge och den streckprickade kurvan F avser fel cykelläge. Såsom framgår uppträder den vid cylinder 1 förekommande toppen på den heldragna kurvan E först vid cylinder 4, vid linjen B, på den streckprickade kurvan F. Kurvoma E och F är således i vevaxelns rotationsled förskjutna ett varv, eller i detta fall, vid en 6- cylindrig motor, ett udda antal tändsteg, nämligen tre tändsteg.

Den ovan beskrivna lösningen kan inom ramen för uppfinningen varieras på ett antal olika sätt, alltefter behov och önskemål. Sålunda kan t.ex. den överlagrade störsvängningen byggas upp genom att bränslefördelningsmönster enligt fig.4 och 5 kombineras, dvs. under en viss används det ena mönstret och därefter det andra.

Härigenom möjliggörs en enkel kontroll av erhållet resultat. Storleken på variationen i bränsletillförsel till olika cylindrar kan anpassas efter behov, så att den överlagrade störsvängningen blir tillräckligt tydlig för att möjliggöra analys. Vidare kan motorn kan naturligtvis ha ett annat antal cylindrar än vad som beskrivits ovan. 518102 Beroende på vilken typ av bränsleinsprutningssystem som används kan det vara nödvändigt att möjliggöra en speciell startinställning av dettas styrdon för att säkerställa att motorn kortvaiigt kan gå även med fel cykelläge under den tid som störsvängningen appliceras och innan omställning till rätt cykelläge hunnit ske.

Claims (12)

10 15 20 25 30 « . - o n o n n s» 518102 9 Patentkrav:

1. Sätt att vid en flercylindrig förbränningsmotor av fyrtaktstyp och med bränslein- sprutning bestämma vari sina arbetscykler motorns cylindrar befmner sig, varvid en lägessignal från en rotationsvinkelgivare (3) i motorn påförs en styrenhet (6), som på basis av lägessignalen styr bränsletillförsel till cylindrarna, kännetecknat av att såsom lägessignal används en signal representerande rotationsläget för motorns svänghjul (1), att vid start utsätts svänghjulet utöver ordinarie tändpulssvängning (A) för en genom olika bränsletillförsel till olika cylindrar åstadkommen störsväng- ning (C) med ett förutbestämt fasläge, att ur den resulterande svängningen (A') hos svänghjulet bestäms den överlagrade störsvängningen (D) och faslägen hos denna, att därefter järnfors dessa faslägen med motsvarande faslägen hos störsvängningen (C), och att om det förutbestämda fasläget uppträder även hos den överlagrade stör- svängningen (D), anses styrenheten arbeta i korrekt cykelläge, medan om däremot det förutbestämda fasläget ej uppträder hos den överlagrade störsvängningen (D), anses styrenheten arbeta i fel cykelläge och initieras att korrigera sitt cykelläge med ett sådant antal steg i tändföljden att rätt cykelläge uppnås.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att störsvängningen appliceras kortvarigt, lärnpligen under högst ca 3 s, företrädesvis dock under högst ca 2 s.

3. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att störsvängningen appliceras kortvarigt, lämpligen under högst ca 30 vevaxelvarv, företrädesvis dock under högst ca 20 vev- axelvarv.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att störsvängningen alstras ge- nom att tillföra varannan cylinder i motorns tändföljd mer bränsle och varannan cy- linder mindre bränsle, så att svängningen får en frekvens motsvarande motoms hal- va tändfrekvens. u f... 10 15 20 25 30 5, 8 102 ä 10

5. Sätt enligt krav 4, kännetecknat av att den första cylindern i tändföljden får mer bränsle.

6. Sätt enligt krav 4, kännetecknat av att den första cylindern i tändföljden får mindre bränsle.

7. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att vid en motor med ett jänmt antal cylindrar korrigeras cykelläget företrädesvis med ett antal steg i tändföljden motsvarande ett vevaxelvarv.

8. Sätt enligt något av kraven 1-7, kännetecknat av att genom startinställriing av motorns bränsleinsprutningsanordning (7) säkerställs att motorn kortvarigt kan gå även i fel cykelläge under den tid störsvängningen appliceras.

9. Anordning för att vid en flercylindrig förbränningsmotor av fyrtaktstyp och med bränsleirispruming avgöra var i sina arbetscykler motoms cylindrar befmner sig, varvid en rotationsvinkelgivare (3) är ansluten till en styrenhet (6), som är anordnad att på basis av en lägessignal från rotationsvinkelgivaren styra en till styrenheten an- sluten bränsleinsprutningsanordning (7) för bränsletillförsel till cylindrama, känne- tecknad av att rotationsvinkelgivaren (3) är anordnad vid motoms svänghjul (1), att styrenheten (6) är anordnad dels att vid start åstadkomma olika bränsletillförsel till olika cylindrar och därigenom generera en störsvängnjng (C) med förutbestämt fas- läge på svänghjulet utöver dettas ordinarie tändpulssvängning, och dels att ur den resulterande svängningen (A') separera den överlagrade störsvängningen (D), att styrenheten vidare är anordnad att jämföra faslägen hos störsvängningen (C) med motsvarande faslägen hos den överlagrade störsvängningen (D), och att på basis härav fastställa om styrenheten arbetar i rätt eller fel cykelläge, varvid styrenheten anses arbeta i rätt cykelläge om det förutbestämda fasläget uppträder även hos den överlagrade störsvängningen (D), men anses arbeta i fel cykelläge om det förutbe- stämda fasläget ej uppträder hos den överlagrade störsvängningen (D) och att, om 10 15 nnn nnn n n nn n n n n n n n n n n nn n n n nn n n n nn n nn nn n n n n n nnnn n n nnn nnn n n n n n nn n nn n n n n n n n n n n n n n n n n n n n nn nnn nn nnn :nn ll styrenheten konstateras arbeta i fel cykelläge initiera en korrigering av sitt cykelläge så att rätt cykelläge uppnås.

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av att styrenheten (6) är anordnad att vid start förse vararman cylinder i motorns tändföljd med mer bränsle och varannan cylinder med mindre bränsle, för alstrande av en störsvängning med en frekvens motsvarande motoms halva tändfrekvens.

11. Anordning enligt krav 9 eller 10, kännetecknad av att styrenheten (6) är anord- nad att applicera störsvängningen kortvarigt, lämpligen under högst ca 3 s, företrä- desvis dock under högst ca 2 s.

12. Anordning enligt något av kraven 9-11, kännetecknad av att styrenheten (6) är anordnad att genom startinställning av motorns bränsleinsprutningssystem möjliggö- ra drift av motom även i fel cykelläge under den tid störsvängriingen appliceras.