SE521897C2 - Förfarande och anordning för styrning av en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 35 521 897 ;¿q¿~;ç*~ 2 grund av' begränsningar vad, beträffar' maximalt tillåten termisk belastning för de komponenter som ingår i motor- och avgassystemet. Exempelvis måste temperaturen hos motorns cylinderhuvud och avgassystem samt i eventuellt förekommande turboaggregat begränsas till vissa förutbestämda maximala gränsvärden. Om dessa gränsvärden överskrids finns annars en risk för skador på dessa komponenter.

Risken för hög termisk belastning på motorsystemet och dess komponenter är särskilt märkbar vid höga laster och varvtal hos motorn. Vid sådana driftsfall krävs att temperaturen hos motorns avgaser begränsas, så att den inte blir så hög att det enligt vad som nämnts ovan finns risk för skador i motorn och tillhörande komponenter.

Enligt känd teknik uppnås denna kylningseffekt genom att ett visst överskott av bränsle tillförs motorn vid ovannämnda driftsfall, som t.ex. när fordonets förare applicerar fullgas vid en omkörning. Detta får således till följd att bränsleblandningen styrs så att den avviker från den stökiometriska blandningen. Närmare bestämt styrs denna ökning av bränsletillförseln till en viss nivå som svarar mot att avgasernas temperatur blir lägre än ett visst förutbestämt gränsvärde. Storleken på detta gränsvärde kan vara baserat på erfarenhetsmässiga kriterier som i sin tur kan bestämmas genom motortester och som anger en gräns där det finns en risk för skador på vissa känsliga komponenter i motor- och avgassystemet.

En väsentlig nackdel med detta kända tillvägagångssätt hänför sig till det faktum att det intehalltid är nödvändigt att tillförseln av överskottsbränsle sker lika snabbt som lastförändringen hos motorn, eftersom motorns och avgassystemets temperatur ändå inte ökar lika snabbt som lastförändringen. Detta kan i sin tur hänföras till 10 15 20 25 30 Ä i: 35 521 89 7 g* jíï “ *y 3 termisk tröghet i motorsystemets olika delar. Detta medför ofta att ett onödigt tillskott av bränsle sker till motorn under höga laster och varvtal, vilket är en nackdel eftersom det ökar fordonets bränsleförbrukning.

Inom det aktuella teknikområdet finns det genom patent- dokumentet US 5103791 förut känt ett system för styrning av bränsletillförseln till en förbränningsmotor i ett fordon.

Systemet innefattar medel för detektering av lasten hos motorn och temperaturen hos motorns kylvätska. Med utgångs- punkt från värden på lasten och temperaturen uppskattas ett Detta temperaturvärde ligger till grund för en korrigering av den värde på temperaturen i motorns avgassystem. till motorn matas bränslemängden. På så vis kan temperaturen i avgassystemet begränsas, varigenom risken för skador minskas.

Ett annat system för styrning av bränsletillförseln till en förbränningsmotor beskrivs i patentdokumentet US 5158063.

Detta temperaturen hos åtminstone en komponent i motorsystemet i beroende av aktuellt driftstillstånd hos Luft/bränsleblandningen som tillförs motorn kan då styras i beroende av denna uppskattade komponenttemperaturen. system innefattar medel för uppskattning av mOtOrfl .

Gemensamt för de två tidigare kända systemen är att de innefattar allför enkla modeller av temperaturen i motorsystemet, vilket i synnerhet ger en styrning som inte tar hänsyn till den termiska trögheten för respektive temperaturkänslig komponent, t.ex. under en plötslig lastökning.

Det finns således ett behov att med utgångspunkt från härleddatemperaturvärdenavseendekritiskanmterialpunkter styra motorsystemets funktion på ett mer effektivt sätt så 10 15 20 25 30 35 521 897 4 att en kylning av motorsystemet endast görs när den verkligen behövs.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med föreliggande uppfinning är tillhandahålla ett förbättrat förfarande för styrning av en förbränningsmotor, i synnerhet för en mer optimal styrning av den termiska belastningen på motorn. Detta ändamål uppnås medelst ett förfarande, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 1. Ändamålet uppnås också medelst en anordning, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 12.

Förfarandet enligt uppfinningen innefattar en detektering av värden avseende förutbestämda variabler hos motorns och fordonets driftstillstånd, detektering av ett tillstånd som motsvarar att en förutbestämd termisk belastning av motorn ett hos materialet i åtminstone en komponent som är anordnad i till motorns termiska belastning i beroende av åtminstone nämnda att reglering av motorns termiska belastning sker i beroende av föreligger, härledning av åtminstone temperaturvärde anslutning eller inuti motorn, samt reglering av temperaturvärde. Uppfinningen kännetecknas av nämnda den termiska tröghet som föreligger hos nämnda komponent vid förändringar i varvtal och/eller last hos motorn.

Enligt uppfinningen kan motorn kylas på ett optimalt sätt vid last- att kritiska t.ex. plötsliga och varvtalsökningar så vissa förutbestämda materialtemperaturer aldrig överskrids. Denna kylning, d.v.s. begränsningen av den belastningen på kan att kritiska komponenter utnyttjas styrning av den till tillförda ett tillskott av bränsle görs i beroende av temperaturvärdena. termiska motorsystemet, exempelvis uppnås genom temperaturvärden avseende temperatur- för motorn luft/bränsleblandningen, varvid I synnerhet kan uppfetningen av luft/bränsleblandningen 10 15 20 25 í_ ac J .In 521 897 ;:;«jfH; 5 fördröjas tills dess kylande effekt verkligen behövs. Detta minskar bränsleförbrukningen hos motorn.

Den uppfinningsenliga styrningen är aktiv' i ett visst "kritiskt område" vad beträffar motorns funktion som kännetecknas av höga laster och höga varvtal. Inom detta "kritiska område" finns en risk att någon motorkomponent får en temperatur sonl överskrider ett kritiskt värde, varvid komponenten ifråga riskerar att skadas. Detta “kritiska område" definieras här som det område där motorn normalt styrs med en luft/bränsleblandning som avviker från det stökiometriska förhållandet.

Enligt en första utföringsform av uppfinningen kan nämnda kylning, d.v.s. begränsningen av den termiska belastningen på motorsystemet, uppnås genom att de härledda temperatur- värdena utnyttjas för styrning av den till motorn tillförda luft/bränsleblandningen, varvid ett tillskott av bränsle görs i beroende av de härledda temperaturvärdena. På så vis kan i synnerhet uppfetningen av luft/bränsleblandningen fördröjas tills den kylande effekten verkligen behövs.

Detta minskar bränsleförbrukningen hos motorn.

Enligt en andra utföringsforn1 av uppfinningen kan. den termiska belastningen på motorsystemet begränsas genom att vatten eller ett motsvarande kylmedium sprutas in direkt i en eller flera av motorns cylindrar. Detta ger miljömässiga fördelar och en snabb kylningsrespons i motorns cylindrar.

Enligt en tredje utföringsform av uppfinningen kan den termiska belastningen på motorsystemet begränsas genom styrning av en termostat hörande till motorns kylare.

Enligt en fjärde utföringsfornl av uppfinningen, som i synnerhet är lämplig för motorer försedda med ett turboaggregat, kan den termiska belastning begränsas genom 10 15 20 25 30 521 897 ïfífffjf 6 styrning av laddtrycket hos turboaggregatet. Detta kan i sin tur uppnås genom en reglering av en wastegate-ventil hörande till turboaggregatet.

Uppfinningen.medger en förbättrad motorstyrning jämfört med kända system, varvid motorns bränsleförbrukningen kan minskas, i synnerhet vid driftsfall med höga laster och varvtal. Trots detta säkerställer uppfinningen att ingen temperaturmässigt kritisk motorkomponent når en temperatur som överskrider ett kritiskt gränsvärde vid vilket skador kan uppstå.

Företrädesvis implementeras uppfinningen som en mjukvarumässig kompletterande funktion j. en j. sig känd styrenhet för motorn. Befintliga komponenter i fordonet utnyttjas på så vis i hög grad i kombination med mjukvarumässiga tilläggsfunktioner, utan att några extra hårdvarumässiga komponenter behöver införas.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att förklaras närmare med hänvisning till ett föredraget utföringsexempel och de bifogade ritningarna, i vilka: figur 1 visar principiellt ett arrangemang i anslutning till en förbränningsmotor där den föreliggande uppfinningen kan utnyttjas, figur 2 är ett flödesschema som visar funktionen hos styrningen enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 521 897 7 figur 3 är ett diagran1 sonl också illustrerar uppfin- ningens funktion och dess effekt på bränsle- förbrukningen hos en förbränningsmotor, figur 4 visar principiellt ett arrangemang i anslutning till en förbränningsmotor, enligt en andra utföringsform av uppfinningen, figur 5 är ett flödesschema som visar funktionen hos styrningen enligt nämnda andra utföringsform, figur 6 visar principiellt ett arrangemang i anslutning till en förbränningsmotor, enligt en tredje utföringsform av uppfinningen, och figur 7 är ett flödesschema som visar funktionen hos styrningen enligt nämnda tredje utföringsform.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: I figur 1 visas principiellt ett arrangemang i vilket den föreliggande uppfinningen kan utnyttjas. Enligt en föredragen utföringsform är detta arrangemang anordnat i ett fordon, i anslutning till fordonets motor 1, vilken företrädesvis utgörs av en konventionell förbränningsmotor.

Motorn 1 matas på sedvanligt vis med inströmmande luft via en luftkanal 2. Vidare är motorn 1 försedd med ett cylinderhuvud 3 och motorblock med ett antal cylindrar samt ett motsvarande antal bränsleinsprutningsanordningar 4 som var och en är anslutna till en central styrenhet 5.

Styrenheten 5, som företrädesvis är datorbaserad, är på känt sätt inrättad att styra respektive insprutnings- anordning 4 så att en i varje ögonblick avpassad bränsle/luftblandning till motorn 1 erhålles.

Under drift av motorn 1 är styrenheten 5 inrättad att styra luft-/bränsleblandningen till motorn 1 så att den i varje 10 15 20 25 30 35 521 897 ;3¶§;§yf¿ífi,^ 8 ögonblick anpassas till aktuella driftsförhållanden. Den mängd luft som matas till motorn 1 styrs med en gastrottel 6, och tillförseln av bränsle sker i beroende av ett fler- tal parametrar som återspeglar motorns 1 och det aktuella fordonets driftstillstånd. Exempelvis kan motorstyrningen ske i. beroende av' aktuellt gaspådrag, motorns varvtal, mängden insprutad luft till motorn och syrekoncentrationen i avgaserna. Gastrotteln 6 kan vara elektriskt styrd via en anslutning till styrenheten 5, vilket indikeras med en streckad linje i figuren. I detta fall är gastrotteln 6 anordnad i anslutning till en (ej visad) ställmotor, vars position kan styras av styrenheten 5.

Motorn 1 enligt utföringsformen är utformad enligt typen "multi-point“-insprutning, där korrekt mängd bränsle till motorn 1 kan tillföras individuellt via respektive insprutningsanordning 4. Uppfinningen kan i princip också utnyttjas vid s.k. "single-point"-insprutning, där en enda bränsleinsprutningsanordning finns placerad i motorns insugningsrör.

Motorn 1 som visas i figuren är av fyrcylindrigt slag. Det skall dock noteras att uppfinningen kan utnyttjas vid motorer med. olika cylinderantal och cylinderkonfigura- tioner.

Avgaserna från motorn 1 leds ut via ett avgasutlopp i form av ett grenrör 7. Vidare är den motor 1 som visas i figuren av den typ som är försedd med ett turboaggregat 8.

Uppfinningen är dock inte begränsad till denna motortyp utan kan också utnyttjas vid motorer utan turboaggregat.

Enligt utföringsformen leds avgaserna genom grenröret 7 och vidare genom en till grenröret ansluten avgasledning 9 och en till turboaggregatet 8 hörande turbin 10. Från turbinen 10 leds avgaserna vidare genom en ytterligare avgasledning 10 15 20 25 30 35 521 897 jí? f f' 9 11 och till en avgaskatalysator 12, och därefter vidare ut i atmosfären.

På känt sätt innefattar turboaggregatet 8 en kompressor 13 som är roterbart arrangerad på en axel 14 på vilken även turbinen 10 är anordnad. Kompressorn 13 är inrättad att komprimera luft som strömmar in via ett luftinlopp 15.

Enligt vad som nämnts ovan förs den inströmmande luften till respektive cylinder 3 via luftkanalen 2.

På ett sätt som i sig är förut känt finns ett antal olika givare (visas ej) inrättade i anslutning till motorn 1 och det aktuella detektering av olika variabler som återspeglar motorns 1 och fordonets driftstillstånd. Företrädesvis utnyttjas en lambdasensor 16 (placerad uppströms katalysatorn 12) för syrekoncentrationen i fordonet. Dessa givare utnyttjas för detektering av avgaserna, en varvtalsgivare 17 för motorn 1, en lastgivare i form av en luftflödesmätare 18 (för mätning av mängden insprutad luft till motorn 1) anordnad i luftinloppet 15, en temperatur- sensor 19 för detektering av temperaturen hos motorns 1 kylvätska, en temperatursensor 20 för den till motorn inströmmande luften samt en givare 21 för fordonets hastighet. Samtliga givare är anslutna till styrenheten 5 via elektriska anslutningar.

Vidare innefattar turboaggregatet 8 på känt sätt en s.k. wastegate-ventil 22, vilken är elektriskt styrbar och kan styras kontinuerligt mellan tvâ lägen. Det första läget är ett stängt läge, varvid en sidokanal 23 i turboaggregatet blockeras så att avgaserna från grenröret 7 styrs genom turbinen 10. Det andra läget är ett öppet läge, varvid flödet genom sidokanalen 23 öppnas. I det senare fallet direkt till avgasledningen ll utan att strömma genom 'turbinen 10, kommer avgaserna att släppas förbi vilket sänker laddtrycket i turboaggregatet 8 under drift. 10 15 20 25 30 35 10 För styrningen av wastegate-ventilen är denna ansluten till styrenheten 5. På så vis kan turbotrycket påverkas genom reglering av wastegate-ventilens 22 funktion.

Under drift av motorn 1 är styrenheten 5 inrättad att styra luft- och bränsleblandningen till motorn 1 så att den i varje ögonblick är så nära den stökiometriska blandningen (d.v.s. Å=1) sonlmöjligt. Enligt vad som nämnts inlednings- vis finns det dock vid vissa driftstillstånd, i synnerhet vid höga laster, en risk för att den termiska belastningen på motorn 1 och tillhörande komponenter orsakar skador och försämrad hållfasthet hos dessa komponenter. Sonlexempel på särskilt känsliga komponenter kan nämnas grenröret 7, turboaggregatet 8, cylinderhuvudet 3 och katalysatorn 12.

Det finns således ett behov att begränsa temperaturen hos de termiskt känsliga komponenter som är anordnade i anslutning till motorn 1.

Enligt vad som kommer att beskrivas i detalj nedan härleds ett värde på temperaturen hos åtminstone en i temperatur- kritisk Detta temperaturvärde utnyttjas vid styrningen av motorn 1, t.ex. för beräkning av mängden överskottsbränsle som skall tillföras utföringsfornlav uppfinningen kan den termiska belastningen hos motorsystemet således styras genom tillförseln av överskottsbränsle, så att detta temperaturvärde aldrig avseende komponent i styrenheten 5. respektive cylinder 3. Enligt en första överstiger ett på förhand bestämt gränsvärde som svarar mot att en risk för skador hos den aktuella komponenten föreligger.

I enlighet med den första utföringsformen härleds företrädesvis två olika temperaturvärden. Det första värdet svarar mot temperaturen i godset i cylinderhuvudet. Det andra värdet svarar mot temperaturen i turboenheten 8. De aktuella punkterna väljes företrädesvis till punkter i 10 15 20 25 30 :Q 35 521 397 gi; f; 'f . 11 respektive komponent som erfarenhetsmässigt kan förväntas vara känsliga för höga temperaturer.

Figur 2 är ett flödesschema sonx något förenklat visar funktionen hos uppfinningen enligt den första utförings- formen. Motorstyrningen följer ett periodiskt förlopp som inleds med att ett antal värden avseende fordonets driftstillstånd detekteras med hjälp av givarna 16-21 (jfr. figur 1) och registreras i styrenheten (ruta 25). Dessa värden utgörs företrädesvis av motorns varvtal, motorns last (d.v.s. luftmängden per förbränning), tändvinkeln, temperaturen hos motorns kylvätska, temperaturen hos den inströmmande luften samt fordonets hastighet.

Ur de detekterade värdena på. motorns varvtal och last modelleras tvâ värden som här benämns bastemperaturer, T, respektive TU vilka utgör indikationer på temperaturen hos de utvalda företrädesvis utgörs av cylinderhuvudet turboenheten) (ruta 26). För detta ändamål kan ett samband mellan bastemperaturerna T” Tzoch motorns varvtal och last temperaturkritiska materialpunkterna (som respektive vara bestämt på förhand för den aktuella motortypen. Detta sker genom temperaturmätningar som gjorts på förhand vid ett antal olika varvtal och laster, varvid sambanden lagras i form av en tabell i styrenheten 5. Alla andra värden avseende fordonets driftstillstånd (d.v.s. temperaturen på den inströmmande luften, insprutningstiden, tändvinkeln, temperaturen på kylvätskan samt fordonshastigheten) antas i detta skede vara lika med sina nominella värden, d.v.s. värden som svarar mot ett driftstillstånd för motorsystemet avseende normal kontinuerlig drift.

Nästa steg i förloppet är att en statisk korrigering görs av bastemperaturerna T,, T, (ruta 27). Härvid tas korrigeringar AT” AE2 fram i beroende av i vilken mån de registrerade värdena på motorns insprutningstid och 10 15 20 25 30 35 S21 891 12 tändvinkel, kylvätsketemperaturen, lufttemperaturen samt fordonets hastighet avviker från respektive nominellt värde. Exempelvis påverkas de två olika temperaturerna i cylinderhuvudet 3 och i turboaggregatet i olika hög grad av förändringar av de ovannämnda parametrarna. Även detta beroende kan tas fram genom att utnyttja tabeller som är lagrade i styrenheten och som definierar en modell för temperaturerna hos cylinderhuvudet 3 respektive turboenheten. På så vis kan statiskt korrigerade värden bestämmas enligt följ ande: Tzs = Tz + AT: där Tls är det statiskt korrigerade värdet på cylinder- huvudets temperatur och Tzs är det statiskt korrigerade värdet på turboenhetens temperatur.

Därefter genomgår de statiskt korrigerade temperaturvärdena TIS, Tzs en dynamisk korrigering (ruta 28). Detta görs lågpassfiltrering av nämnda företrädesvis genom en temperaturvärden, vilket ger dynamiskt korrigerade, modellerade värden TW, respektive TZM.

Enligt utföringsformen utnyttjas en första ordningens lågpassfiltrering vid den dynamiska korrigeringen. Härvid fås dynamisk korrigeringar av de statiskt korrigerade temperaturvärdena Tß, TZS, enligt sambanden: T1M[t] = (1 ' h1/'C1)T1M[t"1] + (hl/tlyrlsft] (1 "' hz/f2)T2M[t']-] + (hz/fflTzsftl Tzmlt] där TIM är filtrets utsignal som svarar mot den slutliga temperaturuppskattningen för cylinderhuvudet, TZM är utsignalen som svarar mot den slutliga temperaturupp- 10 15 20 25 - 30 ~'% 35 521 897 ;ïäjf{°§»* 13 skattningen för turboenheten, t, respektive h, är tidskonstanten respektive samplingsintervallet för cylinderhuvudet och tz respektive hz är tidskonstanten turboenheten. respektive samplingsintervallet för Företrädesvis väljes tidskonstanterna till lämpliga funktioner av motorns varvtal och last. Genom denna dynamiska modellering kan enligt uppfinningen den termiska trögheten i samband med uppvärmningen av motorsystemet utnyttjas. I detta sammanhang utnyttjas begreppet "termisk tröghet" inneboende dynamiska temperaturfiltrering, d.v.s. den förhållandevis långsamma för att beskriva den anpassning till en förändrad temperatur, som föreligger mellan avgaserna och godset i nmtorn och avgassystemet.

Denna termiska tröghet beror i sin tur på värmeövergången mellan gas och gods, godsets värmekapacitet samt kylningen från omgivande medier (t.ex. luft, vatten och material).

De modellerade temperaturvärdena 13M och ¶3M utgör således de uppskattade temperaturerna hos cylinderhuvudet respektive turboenheten. vilka har kompenserats för den ovannämnda termiska trögheten och vilka sedan skall utnyttjas vid styrning av tillfört överskottsbränsle till motorn vid fullast. Härvid görs en jämförelse mellan de modellerade temperaturvärdena Tu” Tu, och förutbestämda gränsvärden Tm, TN som svarar mot kritiska temperaturer vid vilka cylinderhuvudet 3 respektive turboenheten riskerar att skadas (ruta 29), enligt vad som förklarats ovan. De kritiska temperaturerna varierar med aktuell komponent, samt även med vilket material som används för respektive komponent.

Ur de ovannämnda jämförelserna bestäms sedan motsvarande värden för en reduktion av mängden insprutat bränsle till motorn (vilket motsvarar i vilken grad insprutningstiden reduceras i förhållande till det nominella fallet) som skall utnyttjas vid styrning av motorns insprutnings- 10 15 20 25 30 35 521 897 Q; .¿jj=ïï; _ 14 anordning (ruta 30). Detta innebär att två olika värden på reduktionen av mängden insprutat bränsle kommer att erhållas, nämligen ett värde som svarar mot beräkningen (Tm-Tug avseende cylinderhuvudet 3 och ett värde som svarar mot beräkningen (TN-Tng avseende turboenheten. För att säkerställa att både cylinderhuvudets 3 och turbons kritiska temperaturer underskrids väljs den minsta av de två reduktionerna för den fortsatta motorstyrningen (ruta 31). På så vis fås ett värde på en korrigerad, absolut mängd insprutat bränsle (ruta 32) som utnyttjas vid motorstyrningen för reglering av respektive insprutningsanordning (ruta 33). Detta ger i sin tur en begränsning av temperaturen i systemet, enligt vad som förklarats ovan.

Den korrigerade, absoluta mängden insprutat bränsle avviker i viss grad från den nominella absoluta mängden. Respektive insprutningsanordning styrs därför i enlighet med denna korrigerade mängd. Därefter går förloppet tillbaks till ruta 25. När förloppet åter startar om kommer på nytt insignaler från olika givare att detekteras. Härvid kommer det tidigare beräknade värde på mängden insprutat bränsle att utnyttjas som en variabel vid denna detektering (ruta 25). Detta indikeras med en streckad linje i figur 2.

Genom styrningen enligt uppfinningen fås en reducering av den nominella mängden insprutat bränsle, vilket i sin tur ger en bränslebesparing, dock utan att de kritiska temperaturerna för cylinderhuvudet eller turboenheten gäller att den korrigerade överskrides. Vidare bränslemängden företrädesvis begränsas nedåt av ett maximalt tillåtet A-värde (företrädesvis A=l).

Enligt ett alternativt utförande kan styrningen av bränsle- tillskottet i det "kritiska området" göras cylinder- individuell. För detta ändamål måste då motorn innefatta 10 15 20 25 30 ' 3: 35 521 897 §:i=§ïïf 15 separata.insprutningsanordningar'och'tändvinkelstyrning'för respektive cylinder. Detta finns ofta befintligt i dagens fordon.

Uppfinningens funktion kommer nu ytterligare att förklaras med hänvisning till figur 3, som visar ett diagram av mängden tillfört överskottsbränsle som funktion av tiden.

Diagrammet visar ett körförlopp som vid en viss tidpunkt t1 innefattar en situation med en kraftig lastökning, d.v.s. in i det "kritiska område" som kännetecknas av så höga laster och. varvtal att luft/bränsleblandningen normalt skulle göras fetare än stökiometrisk blandning.

Mängden tillfört bränsle enligt uppfinningen (d.v.s. den korrigerade absoluta bränslemängden) illustreras i figur 3 med en heldragen linje, medan mängden bränsle enligt tidigare känd teknik (d.v.s. den nominella absoluta bränslemängden) visas med en streckad linje. Den nivå som motsvarar värdet noll på y-axeln svarar mot det fall där luft/bränsleblandningen är stökiometrisk, d.v.s. där Ä=l.

Vid den ovannämnda situationen sker i enlighet med känd teknik ett plötsligt språng vad gäller tillförd bränsle- mängd, upp till en nivå BN som ger en kylning av avgas- temperaturen, enligt med vad förklarats ovan. Denna bränslemängd BN svarar mot att avgastemperaturen begränsas till ett kritiskt gränsvärde. I motsats till känd teknik baseras uppfinningen på insikten att ett så stort bränsle- språng BN inte är nödvändigt direkt när vid den ovannämnda lastökningen vid tu efterson1materialtemperaturerna (t.ex. i cylinderhuvudet och turboenheten) ändå inte ökar lika snabbt som lastförändringen sker. Således sker enligt uppfinningen för varje tidssteg en viss reduktion av mängden insprutat bränsle och därigenom en reduktion av det överskottsbränsle som normalt skulle ha tillförts motorn.

Denna reduktion svarar mot en avvikelse AB från den 10 15 20 25 30 35 521 897 16 nominella mängden bränsle BN. Enligt vad som framgår av figur 3 kommer denna avvikelse AB att successivt krympa mot noll. Trots att en relativt låg överskottsmängd bränsle tillförs under detta förlopp kommer mängden ändå att vara tillräckligt stor för att.materialtemperaturerna inte skall överstiga sina kritiska värden. Genom regleringen enligt uppfinningen ges en lägre bränsleförbrukning än vid det nominella fallet. Det skuggade området 34 i figur 3 svarar då.mot bränslebesparingen jämfört med tidigare känd teknik.

Praktiska försök har visat att uppfinningen ger en påtaglig minskning av bränsleförbrukningen vid höga laster och varvtal hos motorn. I synnerhet fungerar uppfinningen väl omkörningar med vid landsvägskörning med frekventa huvudsakligen öppen gastrottel.

I stället för en jämförelse med fixerade, nominella värden (jfr. ruta 27, figur 2) kan modelleringsförfarandet enligt uppfinningen göras adaptivt. Detta kan vara nödvändigt på grund av att någon av sensorerna 16-21 (se figur 1) ger mätvärden som driver med tiden och ger varierande mätresultat, eller på grund av att olika motorexemplar skiljer sig åt även om de är av samma modell, varför en individanpassning blir nödvändig. Dessutom kan en åldring hos motorn och tillhörande komponenter kräva en adaptiv reglering. En detektering av förändringar kan göras genom separata sensorer eller genom erfarenhetsmässiga samband lagrade i tabeller i styrenheten. Dessa eventuella förändringar kan t.ex. detekteras med en (ej visad) temperatursensor för mätning av avgastemperaturen. I takt med att den uppmätta temperaturen förändras kommer den statiska beräkningsmodellen då att uppdateras genom.att den korrigeras. Denna adaptiva beräkningsmodellen (ruta 35) kan då infogas i flödesschemat enligt figur 2 genom att korrigera dels modelleringen av bestemperaturerna (ruta 26) 10 15 20 25 30 35 521 897 17 och dels beräkningsmodellen som utnyttjas vid den statiska korrigeringen (ruta 27).

De värden på den insprutade mängden bränsle som tas fram (se ruta 32, figur 2) kan således utnyttjas vid styrningen av motorn 1 vid höga laster och varvtal. Enligt vad som förklarats ovan kan denna styrning utföras genom att reglera mängden överskottsbränsle till motorn. Alternativt kan styrningen också göras genom, en reglering av den tillförda totalmängden bränsle och luft till motorn, varvid en minskad.motoreffekt medför en temperaturminskning. Detta kan i sin tur regleras med hjälp av gastrotteln 6 om denna utgörs av en elektriskt styrd gastrottel.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen kan styrningen av motorns termiska belastning också utföras i form av en kylning av motorns respektive förbränningsrum med ett lämpligt kylmedium, exempelvis vatten. I figur 4 visas principiellt hur uppfinningen kan inrättas för denna utföringsform. Arrangemanget enligt figur 4 motsvarar vad som visas i figur 1, med undantag för en särskild spridare 36 för vatten, som placeras vid respektive cylinder 3 hos motorn 1. Spridaren 36 är vidare ansluten till en vattenpump 37 som är inrättad att under driftstillstånd som kännetecknas av höga laster och varvtal leverera vatten under tryck.

I figur 5 visas funktionen hos den andra utföringsformen av uppfinningen. Hänvisningssiffrorna 24-29 motsvarar vad som angivits ovan i anslutning till figur 2. När jämförelsen av de nmdellerade temperaturvärdena TM” ¶ßM med respektive gränsvärde Tm, Tw görs bestäms i vilken mån vatteninsprut- ning via respektive spridare 36 bedöms vara nödvändig för att begränsa materialtemperaturerna i cylinderhuvudet respektive turboenheten. Dessa värden baseras på en på förhand framtagen modellering av vattenmängdens påverkan på 10 15 20 25 30 35 521 897 18 respektive temperatur som funktion av arbetspunkt. För att säkerställa att både cylinderhuvudets 3 och turbons kritiska temperaturer underskrids väljs det största av de två vattenmängderna för den fortsatta styrningen (ruta 39).

Därefter aktiveras respektive spridare 36 för den eller de cylindrar där kylningen skall erhållas (ruta 40). När sedan förloppet börjar om sker en återkoppling på så vis att det valda värdet på tillförd vattenmängd utnyttjas som insignal till temperaturmodellen (ruta 25).

Enligt en tredje utföringsform styrs kylningen av motorn via en reglering av temperaturen hos motorns kylvätska.

Figur 6 visar ett arrangemang vid vilket en sådan reglering kan utnyttjas. Arrangemanget enligt figur 1 motsvarar vad som visas i figur 1 med undantag för att det utnyttjar motorns 1 kylvattensystem för styrning av motorn i beroende av last- och varvtalsvariationer. Motorn 1 är på känt sätt försedd med en kylare 41 för kylvatten, vilket fås att cirkulera i nwtorn med hjälp av en kylvattenpump 42. I figuren indikeras kylvattnets flödesriktning med pilar.

Flödet av kylvattnet styrs med hjälp av en termostat 43.

Termostaten 43 (och företrädevis även pumpen 42) är elektriskt styrbar samt ansluten till styrenheten 5. Vidare innefattar systemet på känt sätt en kylfläkt 44.

Det kylvatten som cirkulerar i motorn 1 upptar värme. Med hjälp av termostaten 43 kan vattenflödet till motorn 1 regleras. När motorn 1 är kall cirkulerar inget vatten i kylaren 41, eftersom termostaten 43 är inställd på en viss gränstemperatur och stryper vattentillförseln till kylaren 41 när nwtortemperaturen är lägre än gränstemperaturen.

Enligt vad som framgår av figur 6 cirkulerar dock vattnet i motorn l även när termostaten 43 stänger flödet till kylaren 41. När motorn har värmts till gränstemperaturen för termostaten 43 kommer denna att slå om och släppa fram 10 15 20 25 30 Üï: 35 521 89 7 gi* ff; f; "g" 19 kylvätska till kylaren. På så vis kan motorn kylas så att de temperaturkritiska komponenterna inte skadas.

I enlighet med uppfinningen kan termostatens 43 gränstemperatur justeras i enlighet med kylbehovet, t.ex. i enlighet med om en plötslig last- och varvtalsökning sker. Detta görs då enligt vad som beskrivs i figur 7.

Hänvisningssiffrorna 24-29 nmtsvarar vad som förklarats ovan i anslutning till figurerna 2 och 5. När jämförelsen av de modellerade temperaturvärdena TW” Tn,næd respektive gränsvärde Tm, Tm görs bestäms vilket vattenflöde genom kylaren 41 som krävs för den nödvändiga graden av kylning (ruta 45). För att säkerställa att både cylinderhuvudets och turbons kritiska temperaturer underskrids väljs det högsta av de två framtagna vattenflödena för den fortsatta styrningen (ruta 46). Således kommer kylningen av motorn att ske i beroende av det utvalda gränsvärdet för termostaten. Detta värde utnyttjas också i den fortsatta detekteringen av variabler avseende motorns drifttillstånd (ruta 25).

Enligt en fjärde utföringsform kan kylningen av nwtorn erhållas genom en reglering av den ovannämnda wastegate- ventilen 22 (se figur 1), som för detta ändamål är elektriskt styrbar med hjälp av styrenheten 5. Till skillnad från de nætoder som beskrivits ovan kan enligt denna fjärde utföringsfornxwastegate-ventilen 22 regleras, närmare bestämt genom att sätta den i ett varierbart läge, för att sänka laddtrycket i turboenheten. Detta medför att temperaturen i turboenheten 8 minskar. Genom att utnyttja på förhand kända samband mellan turboenhetens 8 laddtryck och modellerade värden på turboenhetens respektive cylinderhuvudets temperaturer TW” Tu” kan wastegate- ventilen 22 styras så att önskat laddtryck erhålles. 10 15 20 25 30 35 521 897 20 Uppfinningen är inte begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan ett flertal olika materialpunkter vara aktuella, d.v.s. inte bara cylinderhuvudet och turboenheten såsom anges ovan.

Dessa materialpunkter väljes i de komponenter i anslutning till motorn som bedöms vara temperaturkritiska. Exempel på andra materialpunkter som kan utnyttjas är katalysatorn och lambdasonden. Vid val av materialpunkter väljes företrädes- vis en punkt i anslutning till motorns förbränningsrum och en punkt nedströms motorn.

Förutonlde ovannämnda utföringsformerna, där olika typer av kylning av motorn utnyttjas, kan andra former av kylning utnyttjas. Exempelvis kan fordonets kylfläkt styras för detta ändamål.

Den utföringsform som beskrivs i anslutning till figurerna 6 och 7 kan lämpligen inrättas så att den uppfinningsenliga regleringen aktiveras då kylvätskan har uppnått en viss förutbestämd gränstemperatur.

Temperaturen hos en eller flera av de termiskt kritiska komponenterna kan alternativt bestämmas med hjälp av en hårdvarumässig temperatursensor som kan vara nmnterad i anslutning till respektive komponent. Även direkt uppmätta värden kan alltså utnyttjas i stället för modellerade värden vid den uppfinningsenliga styrningen som utnyttjas för att kyla motorn. Även andra variabler avseende fordonet och motorns driftstillstånd än de ovan angivna kan utnyttjas och tas med i bestämningen av de aktuella temperaturvärdena.

Exempelvis kan det Å-värde som erhålles i avgaserna vid fullastmodelleringen enligt uppfinningen återkopplas och utnyttjas som en ingående variabel till styrenheten. 10 15 20 521 897 ;::+;=vyfflf:a~= 21 Dessutom kan befintliga system för detektering av felaktig tändning (s.k. “misfire“) hos motorn utnyttjas för modelleringen, eftersonl en ofullständig tändning också påverkar avgastemperaturen.

Uppfinningen kan även utnyttjas vid nwtorer som saknar turboaggregat. Företrädesvis utnyttjas då avgasgrenröret som temperaturkritisk komponent vars temperatur man önskar modellera fram.

Kylningen med hjälp av termostatregleringen enligt figur 6 och 7 utnyttjas företrädesvis som ett komplement till någon annan av de andra ovannämnda typerna av kylning, eftersom dess påverkan är långsammare och främst kan utnyttjas för styrning av temperaturen i cylinderhuvudet 3.

Slutligen gäller att kylningen av motorn kan realiseras genonl olika kombinationer av de ovannämnda utförings- formerna.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 521 897 22 PATENTKRAV:

1. Förfarande för styrning av en förbränningsmotor (1) i ett fordon, innefattande: värden avseende detektering (25) av förutbestämda variabler hos motorns (1) och fordonets driftstillstánd, härledning (26, 27, 28) temperaturvärde (Tnfi Tm) av åtminstone ett hos materialet i åtminstone en anordnad i temperaturkritisk komponent (3; 8) som är anslutning till eller inuti motorn (1), samt reglering (33; 40; 46) av motorns (1) termiska belastning i beroende av åtminstone nämnda temperaturvärde (Tug Tmfl genom en tillförsel av överskottsbränsle till motorn (1), k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda reglering (33; 40; 46) av motorns (1) termiska belastning sker i form av ett gradvis ökande tillskott av' nämnda överskottsbränsle i beroende av den termiska tröghet som föreligger hos nämnda komponent (3; 8) vid ökning av varvtal och/eller last hos motorn (1).

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda reglering innefattar en kylning av motorn (1) som i varje ögonblick minimeras, dock utan att nämnda härledda temperaturvärde (Tnu Tm) överskrider ett för komponenten (3; 8) maximalt gränsvärde.

3. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t <1 ä .r a in att mängden tillfört bränsle styrs så att en huvudsakligen stökiometrisk luft/bränsleblandning matas till motorn (1) och att luft/bränsleblandningen successivt görs fetare i beroende av skillnaden mellan nämnda temperaturvärde (Tm; TN) och 10 15 20 25 30 35 521 8 9 7 ÉÉÉ; 23 ett förutbestämt gränsvärde.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä if a v , att nämnda reglering innefattar kylning av åtminstone en cylinder (3) hos motorn (1), varvid kylmedium tillförs (40) nämnda cylinder (3) i en mängd som beror av åtminstone nämnda temperaturvärde (Tm; Tm).

5. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda reglering innefattar en styrning av funktionen hos en termostat (43) inrättad för styrning av tillförseln av kylvätska till motorn (1).

6. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid nwtorn (1) är försedd med ett turboaggregat (8), k ä n n e t e c k n a t d ä r a V , att nämnda reglering innefattar en styrning av funktionen. hos en till turboaggregatet (8) hörande wastegate-ventil (22), varvid ett laddtryck hos nämnda turboaggregat (8) genereras i beroende av nämnda temperaturvärde (Tm; TM).

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä 1? a \m att härledningen av nämnda temperaturvärde (Tug TAU innefattar en dynamisk modellering, i beroende av nämnda termiska tröghet, av nämnda detekterade värden avseende förutbestämda variabler hos motorns (1) och fordonets driftstillstånd.

8. Förfarande föregående patentkrav, enligt något av k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda detektering (25) av värden avseende förutbestämda variabler hos motorns (1) och fordonets driftstillstånd. innefattar mätning av motorns (1) insprutningstid och tändvinkel, temperaturen hos motorns (1) kylvätska, temperaturen hos luft som strömmar in i motorn (1) samt fordonets hastighet. 10 15 20 25 30 35 521 897 §§^^ 24

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att det innefattar en härledning (25, 26, 27) av två temperaturvärden (TW, Tnfi hos två komponenter (3, 8) anordnade i anslutning till motorn (1), varvid det temperaturvärde som motsvarar störst begränsning» av nämnda termiska belastning' på motorn (1) utnyttjas vid nämnda reglering.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v , att nämnda temperaturvärden (TW, Tm) svarar mot temperaturerna i materialet hos ett till motorn (1) hörande cylinderhuvud (3) respektive en till motorn (1) hörande turboenhet (8).

11. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att det innefattar en adaption (35) avseende förändringar hos nämnda detekterade värden avseende förutbestämda variabler hos motorns (1) och fordonets driftstillstånd, varvid nämnda härledning sker i beroende av nämnda förändringar.

12. Anordning för styrning av en förbränningsmotor (1) i ett fordon, innefattande åtminstone en givare (16-21) för detektering av värden avseende åtminstone en förutbestämd driftstillstånd, samt en styrenhet (5) för reglering av en till motorn (1) variabel hos motorns (1) och fordonets tillförd luft/bränsleblandning i beroende av nämnda värden, varvid styrenheten (5) är inrättad för härledning av åtminstone ett temperaturvärde (Tug TMM) hos materialet i åtminstone en temperaturkritisk komponent (3; 8) som. är anordnad i anslutning till motorn (1) samt för reglering av den termiska belastningen på motorn (1) i beroende av nämnda temperaturvärde (Tug TQU genom. en tillförsel av överskottsbränsle till motorn (1), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda styrenhet (5) är inrättad för nämnda reglering av den termiska belastningen på motorn (1) i form 521 897 25 av ett gradvis ökande tillskott av överskottsbränsle i beroende av den termiska tröghet som föreligger hos nämnda komponent (3, 8) vid ökning i varvtal och/eller last hos motorn (1).