SE521737C2 - Metod för att reducera ämnen i en förbränningsmotors avgaser - Google Patents

Description

30 :i 2 i 7 5 :f 2.

Avsaknaden av katalysatoms avgasrening samt den feta luft/bränsleblandningen med- för att halterna av kohnonoxid CO, vätekolföreningar HC och kväveoxider NOx som avges från förbränningsmotom blir höga vid kallstart av förbränningsmotom.

Det har tidigare gjorts försök med att minska bränslemängden i förhållande till tillförd luft, dvs driva förbränningsmotom med en magrare luft/bränsleblandning vid kallstart av förbränningsmotorn. Detta har emellertid medfört att fórbränningsmotorn arbetat mycket ojämnt vid tomgång samt att förbränningsmotoms körbarhet blivit dålig. An- ledningen till varför varvtalet kommer att variera vid tomgångsköming är att förbrän- ningsmotoms avgivna vridmoment är mycket känsligt för variationer av lambdavärdet hos den till förbränningsmotoms cylinderrurn tillförda lufl/bräiisleblandningen, när lufl/bränsleblandningen är mager. Definitionen av lambdavärdet, eller luftöverskott- skoeffïcienten som den också kallas är verklig tillförd lufimängd delad med teoretiskt nödvändig lufirnängd för fullständig förbränning. Om larnbdavärdet är större än ett, är luft/bränsleblandningen mager och om larnbdavärdet är mindre än ett, är luft/bränsle- blandningen fet.

Det är möjligt att noggrant styra det fiån en bränsleinsprutningsventil tillförda bränslet med hjälp av förbränningsmotorns bränsleinsprumingssystenr, för att därmed erhålla ett väsentligen konstant lambdavärde på den tillförda luft/bränsleblandningen. När för- bränningsmotorn är kall kommer emellertid bränsle att kondensera på de jämförelsevis kalla väggarna i insugningskanalen och i cylindem. Det på väggarna kondenserade bränslet kommer under tomgångskömingen att förångas och följa med luft/bränsle- blandningen som strömmar i insugningskanalen och tillförs cylinderrummet. Om förångrringen av det på väggarna kondenserade bränslet blir ojämn, på grund av tryck- förändringar, temperaturgradienter eller luft/bränsleblandningens flödeshastighet i in- sugningskanalen, kommer en variation av lambdavärdet hos den till cylinderrummet tillförda luft/bränsleblandningen att uppkomma.

Eftersom det av förbränningsmotom avgivna vridmomentet kommer att variera under tomgångskömingen vid kallstart, kommer förbränningsmotorns varvtal att variera. Med 20 25 30 få» 'J l í/ 5 'f 3 förbränningsmotorns varvtal menas här varvtalet hos förbrämringsmotorns vevaxel.

När varvtalet varierar kommer även trycket i insugningskanalen att variera, vilket i sin tur leder till att förångrringen av det kondenserade bränslet kommer att variera, så att en variation av lambdavärdet hos den till cylinderrummet tillförda luft/bränsleblandningen uppkommer. Därmed förstärks det ojämna varvtalet hos för- bränningsmotorn.

Syfiet med föreliggande uppfinning är att reducera skadliga och giftiga avgaser från en förbränningsmotor vid kallstart.

Ett annat syfte med uppfirmingen är att förmå en förbränningsmotor att arbeta med väsentligen konstant varvtal vid tomgångskörning när en mager luft/bränsleblandning tillförs förbränningsmotom.

Detta åstadkommes med en metod av i inledningen angivet slag, som innefattar stegen: att en luft/bränsleblandning med ett lambdavärde större än ett tillförs cylindern och att trycket i insugningskanalen styrs medelst en till vevaxeln kopplad elmotor/generator, så att, när trycket i insugningskanalen överskrider ett förutbestämt tryck, ehno- tom/generatom styrs, så att trycket i insugningskanalen kan minska och när trycket i insugningskanalen underskrider ett förutbestämt uyck elmotorn/generatorn styrs, så att trycket i insugningskanalen kan öka.

Genom att styra trycket i förbränningsmotoms insugningskanaler med hjälp av en el- motor/generator kan trycket i insugningskanalema hållas väsentligen konstant. Därmed kommer lambdavärdet hos den till cylindrarna tillförda luft/bränsleblandningen att hållas väsentligen konstant, vilket medför att det från förbränningsmotorn avgivna vridmomentet kommer att bli väsentligen konstant. Därmed kommer också förbrän- ningsmotoms varvtal att bli väsentligen konstant, vilket medför att skadliga och giftiga avgaser, och då särskilt vätekolföreningar från -förbränningsmotom minskar. 20 25 30 s fx. 1 'f :a v' 4 Uppfinningen skall i det följande förklaras närmare med hjälp av ett på bifogade rit- ningar visat utföringsexempel, på vilka fig.1 avser schematisk vy av en förbränningsmotor och en ehnotor/generator för att utföra metoden enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 avser ett flödesschema över metoden enligt föreliggande uppfinning, och fig. 3 avser ett diagram över HC-halten i avgasema, som funktion av tiden för en för- bränningsmotor som drivs enligt metoden enligt föreliggande uppfinning och för en förbränningsmotor som drivs enligt konventionella metoder.

I fig. l visas schematiskt en förbränningsmotor 1, som är försedd med fyra cylindrar 2.

I varje cylinder 2 är en fram och återgående kolv 3 anordnad, som är förbunden med en roterbar vevaxel 4. Till varje cylinder 2 är åtminstone en insugningskanal 5 ansluten.

Enbart en insugningskanal 5 visas schematiskt i fig. 1. Till insugningskanalema 5 är bränsleinsprutningsmuntycken 6 anordnade, vilka styrs av en styrenhet 7. Styrenheten 7 är också kopplad till ett flertal sensorer 8 i íörbränningsmotorn 1, som avkänner tör- bränningsmotoms 1 temperatur, varvtal etc. Det är även möjligt att anordna trycksen- sorer 9 i insugningskanalema 5 för att avkänna trycket i insugningskanalema 5. Dessa trycksensorer 9 är anslutna till styrenheten 7.

En ehnotor/generator 10, som fungerar som en integrerad Startmotor och generator (ISG) är kopplad till förbränningsmotoms 1 vevaxel 4. Som ett alternativ till en direkt- koppling av elmotorn/startmotom 10 till vevaxeln 4 kan exempelvis en rem- , kedje- eller kugghjulstransmission användas för att koppla ehnotorn/generatom 10 till vevax- eln 4. Elmotom/generatorn 10 är ansluten till ett batteri 12 via ett styrdon 13. Styrdo- net 13 är anslutet till styrenheten 7 och erhåller information från styrenheten 7 om hur ehnotom/generatom 10 skall drivas.

När fiirbränningsmotom 1 är i drift inkommer luft till ett insugningsgrenrör 14 via ett luftinlopprör 15. Från insugningsgrenröret 14 strömmar luften vidare till insugningska- nalema 5 där luften blandas med bränsle, som insprutas i insugningskanalema 5 me- delst bränsleinsprutningsmunstyckena 6. Därefter strömmar luft/bränsleblandningen in 20 25 30 5 få 1 7 f? S i cylindrama 2 och antänds av ett i varje cylinder 2 anordnat tändstift (inte visat). Till- sist strömmar den förbrända luft/bränsleblandningen i form av avgaser, ut i atmosfären genom ett till förbränningsmotorn 1 anslutet avgassystem 16.

Såsom förklarats i beskrivningsinledningen förekommer det ämnen i den förbrända lufi/bränsleblandningen som kan inverka negativt på den omgivande miljön. Till dessa änmen hör kolmonoxid CO, vätekolföreningar HC och kväveoxider NOx. Därför be- handlas avgaserna i en vid avgassystemet 16 anordnad katalysator 17, som omvandlar dessa änmen till ärrmen som inte inverkar negativt på miljön. Katalysatom 17 fimgerar emellertid endast när den uppnått en viss arbetstemperatur, vilket sker efter en viss uppväimningstid efter det att förbränningsmotom 1 startat. Vid kallstart av förbrän- ningsmotom 1 sker således ingen omvandling av de ovannänmda änmena i katalysa- tom 17.

Halten av mängden kolmonoxid CO, vätekolföreningar HC och kväveoxider NOx i avgasema beror bland armat av blandningsförhållandet hos den till cylindrama 2 till- förda luft/bränsleblandníngen. Detta blandningsförhållande brukar anges med ett lambdavärde. Definitionen på lambdavärdet, eller luftöverskottskoefiicienten som den också kallas, är verklig tillförd luftmängd delad med teoretisk nödvändig luftmängd.

Om lambdavärdet är större än ett, är luft/bränsleblandningen mager och om lambda- värdet är mindre än ett, är luft/bränsleblandningen fet.

Genom att vid kallstart av förbränningsmotorn 1 tillföra cylindrama 2 en luft/bränsle- blandning med ett lambdavärde större än ett, dvs en mager luft/bränsleblandning kan halten av vätekolföreningar HC i avgasema minskas väsentligt. Om en mager luft/bränsleblandning tillförs förbränningsmotom 1 när den är kall, dvs när förbrän- ningsmotom 1 inte har uppnått sin arbetstemperatur, uppkommer problem med ojämnt varvtal vid tomgångsköming av den anledning som förklarats i beskrivningsinledning- en. Genom att styra elmotom/generatom 10 så att trycket i insugningskanalema 5 upp- rätthålls väsentligen konstant, såsom föreslås genom föreliggande uppfinning, kan ett 20 25 30 21 757 b väsentligen konstant varvtal hos förbränningsmotorn 1 erhållas när förbränningsmotorn 1 är kall och drivs med en luft/bränsleblandning som är mager. fi: I det följande skall metoden enligt föreliggande uppfinning förklaras.

Vid start av törbränningsmotorn 1 aktiveras först elmotom/generatorn 10, som därmed driver iörbränningsmotoms 1 vevaxel 4. Elmotom/generatom 10 fimgerar då som en startmotor åt förbränningsmotorn 1. Samtidigt tillförs bränsle och luft, som antänds i cylindrarna 2, så att vevaxeln 4 bringas att rotera. För att reducera vätekoliöreningarna HC, som förekommer i avgasema, tillförs cylindrama 2 en mager luft/bränsleblandning med ett lambdavärde mellan 1,1 - 1,4, företrädesvis mellan 1,1 - 1,2.

När iörbränningsmotorn 1 är kall kommer emellertid bränsle att kondensera på de jäm- förelsevis kalla väggarna i insugningskanalerna 5. Det på väggarna kondenserade bränslet kommer under tomgångsköming av förbränningsmotom 1 att íörångas och följa med luft/bränsleblandningen, som strömmar i insugningskanalema 5 och tillförs cylindrama 2. Förångningen av det på väggarna kondenserade bränslet kommer att bli ojämn, på grund av tryckförändringar i insugningskanalema 5. Därmed uppkommer en variation av lambdavärdet hos den till cylindrarna 2 tillförda luft/bränsleblandningen.

Eflersom det av törbränningsmotom l avgivna vridmomentet kommer att variera under tomgångskömingen vid kallstart, kommer törbränningsmotorns 1 varvtal att variera.

Med förbränningsmotorns 1 varvtal menas, såsom nämnts ovan, här varvtalet hos för- bränningsmotoms 1 vevaxel 4. När varvtalet varierar kommer även trycket i insug- ningskanalema 5 att variera, vilket i sin tur leder till att förångningen av det på insug- ningskanalema 5 kondenserade bränslet kommer att variera, så att en variation av lambdavärdet hos den till cylindrama 2 tillförda lufi/bränsleblandningen uppkommer.

Därmed förstärks det ojämna varvtalet hos förbränningsmotorn 1.

Genom att styra att trycket i insugningskanalema 5 medelst den till vevaxeln 4 koppla- de elmotorn/generatom 10, så att när trycket i insugningskanalema 5 överskrider ett 20 25 30 7231' i* iörutbestämt tryck driver elmotom/generatorn 10 vevaxeln 4 för att därmed minska |~ f) I) :_ l trycket i insugningskanalerna 5 och när trycket i insugningskanalerna 5 underskrider ett förutbestärnt tryck driver vevaxeln 4 ehnotom/generatom 10 för att därmed öka trycket i insugningskanalema 5. Enligt denna metod kan ett väsentligen konstant tryck i insugningskanalema 5 erhållas. Företrädesvis kan en nycksensor 9 anordnas i åtrnins- tone en av insugningskanalema 5 för att mäta trycket i insugningskanalerna 5. Tryck- sensom 9 kopplas till förbränningsmotoms 1 styrenhet 7, som ger signaler till ett för elrnotom/generatorn 10 avsett styrdon 13.

Genom att styra trycket i förbrämiingsmotorns l insugningskanaler 5 med hjälp av el- motom/generatom 10 kan trycket i insugningskanalerna 5 hållas väsentligen konstant.

Därmed kommer larnbdavärdet hos den till cylindrama 2 tillförda luft/bränsle- blandningen att hållas väsentligen konstant, vilket medför att det från förbrännings- motorn l avgivna vridmomentet kommer att bli väsentligen konstant. Därmed kommer också förbränningsmotoms 1 varvtal att bli väsentligen konstant.

I fig. 2 visas ett flödesschema över metoden enligt föreliggande uppfinning. När el- motom/generatom 10 har startat är det möjligt att med hjälp av elmotom/generatom 10 driva runt iörbränningsmotoms 1 vevaxel 4 ett eller flera varv utan att bränsle och luft tillförs cylindrama 2 i avsikt att alstra ett undernyck i insugningskanalema 5. Detta kallas allmänt lör att förbränningsmotom 1 krankas. När luft/bränsleblandningen där- efter tillförs i avsikt att starta förbränningsmotom 1 kommer en kraftigare förångning av bränslet i insugningskanalerna 5 att ske, jämfört med om ett undertryck inte hade alstrats genom krankningen. Den kraftigare förängriirrgen av bränslet leder till att väte- koltöreningama HC reduceras i avgaserna vid startögonblicket. Även kväveoxiderna Nox minskar vid startögonblicket på grund av att förbränningstrycket i cylindrama 2 minskar som ett resultat av den nämnda krankningen.

När iörbränningsmotom 1 skall stängas av kan en vid katalysatom 17 anordnad tempe- ratursensor 18 avkänna katalysatoms 17 temperatur. Om katalysatoms 17 temperatur motsvarar eller överstiger en förutbestämd temperatur driver elmotorn/generatorn 10 10 20 vevaxeln 4 under en förutbestämd tid utan att bränsle tillförs förbränningsmotom 10 för att därmed ventilera i insugningskanalema 5 och cylindrarna 2 förekommande bränsle. Den förutbestämda temperaturen motsvarar företrädesvis katalysatoms 17 driftstemperatur. Det i insugningskanalerna 5 och cylindrama 2 ventilerade bränslet kommer att törångas i förbränningsmotorns 1 avgassystem 16 och vätekoliöreningar HC kommer att reduceras i den varma katalysatom 17. När törbrärmingsmotom 1 nästa gång skall startas kommer det således inte firmas något oiörbränt bränsle i insugnings- kanalerna 5 och cylindrama 2, som iörhöjer halten av vätekoliöreningar HC i avgaser- Ila.

I fig. 3 visas ett diagram över HC-halten, dvs halten av vätekoliöreningar i avgasema, som flmktion av tiden T för en förbrämiingsmotor 1 som drivs enligt metoden enligt föreliggande uppfinning och för en törbränningsmotor som drivs enligt konventionella metoder. Den heldragna linjen representerar en iörbränningsmotor 1 som drivs enligt metoden enligt föreliggande uppfinning och den streckade linjen representerar en för- brärmingsmotor som drivs enligt konventionella metoder. Försök har visat att HC- halten blir 5 - 10 gånger lägre vid en förbränningsmotor 1 som drivs enligt metoden enligt föreliggande uppfinning jämfört med en förbränningsmotor som drivs enligt konventionella metoder.

Claims (7)

10 20 25 30 c... \\\ ...A *Ö 'n (3 I \: Patentkrav

1. Metod för att reducera skadliga och giftiga avgaser från en törbränningsmotor (1), som innefattar åtminstone en cylinder (2) till vilken en latt/bränsleblandning tillförs när en vevaxel (4) hos förbränningsmotorn (1) skall bringas att rotera, känneteck- nad av att metoden innefattar följande steg: att en Intl/bränsleblandning med ett lambdavärde större än ett tillförs cylindern (2) och att trycket i insugningskanalen (5) styrs medelst en till vevaxeln (4) kopplad elrnotor/generator (10), så att, när trycket i insugningskanalen (5) överskrider ett förutbestämt tryck, elrno- torn/generatom (10) styrs, så att trycket i insugningskanalen (5) kan minska och när trycket i insugningskanalen (5) underskrider ett förutbestämt tryck elmo- tom/generatom ( 10) styrs, så att trycket i insugningskanalen (5) kan öka.

2. . Metod enligt krav 1, kännetecknad av att trycket i insugningskanalen (5) upprätt- hålls väsentligen konstant genom att elmotorn/generatorn (10) styrs, så att vevaxeln (4) roterar med ett väsentligen konstant varvtal.

3. . Metod enligt krav l eller 2, kännetecknad av att elmotorn/generatorn ( 10) driver vevaxeln (4) under en förutbestämd tid utan att bränsle tillförs förbränningsmotorn (1) för att därmed alstra ett undemyck i insugningskanalen (5) innan törbrärrriings- motom (1) startas. _ Metod enligt något av föregående krav, kännetecknad av att temperaturen hos en till törbränningsmotom (1) anordnad katalysator (17) detekteras och om katalysa- toms (17) temperatur motsvarar eller överstiger en förutbestämd temperatur driver elmotom/generatom (10) vevaxeln (4) under en förutbestämd tid utan att bränsle tillförs förbränningsmotom (1) för att därmed ventilera i insugningskanalen (5) och cylindem (2) förekommande bränsle. 7 (fl

4. OJ 217 10

5. Metod enligt något av föregående krav, kännetecknad av att íörbränningsmotom (1) styrs av en styrenhet (7), som mottager signaler från förbränningsmotom (1) och som avger signaler till ett styrdon (13) för elmotom/generatom (10). 5

6. Metod enligt något av föregående krav, kännetecknad av att lambdavärdet hos luft/bränsleblandningen, som tillförs cylindern (2) huvudsakligen ligger i intervallet 1,1 - 1,4 och företrädesvis i intervallet 1,1 - 1,2.

7. Metod enligt något av föregående krav, kännetecknad av att metoden huvudsakli- 10 gen används vid kallstart av förbränningsmotom (1).