SE521998C2 - Metod för att bestämma övre dödpunkten i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 35 521 998 2. som pàverkar motorprestandan upptäckas och atgärder vidtas för att tillförsäkra att rätt funktion äterfás. indikerat effek- tivt medeltryck hos en cylinder, är att noggrant bestämma en En svàrighet vid mätning av utfört arbete, vevvinkel för en kolv tillsammans med det tryck som motsva- rar denna vevvinkel. Generellt beräknas vevvinkeln hos en given kolv fràn en mätning av vinkelläget hos vevaxeln i motorn (vevaxelvinkeln) eftersom det är svàrt att mäta kolv- läget direkt i cylindern under driften. Vevaxelvinkeln er- hàlls vanligen genom en oberoende mätning av vinkelläget hos svänghjulet (svänghjulsvinkeln) relativt ett känt läge sàsom ett märke pá svänghjulet enligt kända metoder. Övre dödpunkten hos en kolv i en cylinder kan bestämmas me- kaniskt enligt kända metoder genom mätning med exempelvis en kapacitiv sensor eller en lägesgivare vid en motor i vilo- läge. En annan metod innefattar avstängning av bränslet till en given cylinder hos en motor under drift, mätning av cyl- indertrycket samt uppskattning av läget hos övre dödpunkten i denna cylinder utifràn en förväntad symmetri hos den upp- mätta tryckkurvan. Vid denna metod anger ett maximum hos den symmetriska tryckkurvan övre dödpunkten, fastän denna indi- kerade maximipunkt kan innehälla termodynamiska fel. En huvudsaklig fördel med bada dessa metoder är att de inte medger bestämning av övre dödpunkten i en motor under normal drift.

En metod och en apparat som beskrivs i JP 9329049 beskriver att ett värde pà indikerat effektivt medeltryck kan beräknas beroende av uppmätt cylindertryck och känd vevaxelvinkel, och att ett sädant värde kan användas för styrning och re- glering av bränsletillförselmängden samt inställningen av tändningen för en motorfordonsmotor.

Vad som i praktiken är svàrt vid de flesta beskrivna metoder är att noggrant bestämma en vinkelförskjutning som vanligen föreligger mellan svänghjulsvinkeln och kolvvevvinkeln vid en given tidpunkt under ett varv. För att bestämma förskjut- 10 15 20 25 30 35 521 998 3 ningen anses det vanligen vara tillräckligt att bestämma svänghjulsvinkeln i förhållande till ett känt läge hos kol- ven i cylindern, och det läge som vanligen används är övre dödpunktsläget i cylindern. Övre dödpunktsläget motsvarar en vevvinkel för en kolv pà O grader.

De vanliga metoderna är emellertid beroende av en mätning pà en punkt markerad vid svänghjulets periferi, vilken mätning i typfallet är beroende av ett läge hos en serie mekaniskt kopplade motorkomponenter hos en motor i viloläge.

I t ex EP 742 359 A2 beskrivs en metod och en apparat för styrning av driften av en förbränningsmotor. I denna be- skrivning uppmäts vevaxelvinkeln genom en sensor som detek- terar kuggar pà ett krondrev fästat vid en motors svänghjul.

Tillverkningstoleranser hos motordelar betyder emellertid i praktiken att dimensionerna hos delarna varierar nágot fràn de specificerade eller förväntade dimensionerna. I en motor under drift betyder dessutom det dynamiska samspelet av pà- känningar pà komponenter, fritt spelrum mellan mekaniskt hopkopplade komponenter, friktion och tröghet hos komponen- terna att de mekaniska avstánden och förhållandena mellan komponenter under drift kanske inte är desamma som avstànd och förhållanden mellan samma komponenter i viloläge. Det relativa läget hos en mekaniskt kopplad kolv och ett sväng- hjul i viloläge ger inte en mätning av det relativa läget hos samma kolv och svänghjul som grund för en beräkning av vevvinkeln under en motors drift i en utsträckning som är tillräckligt noggrann för moderna motordiagnostiksystem eller motorstyrsystem.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamàl med uppfinningen är att àstadkomma en noggrann bestämning av läget för en kolv i en cylinder hos en för- bränningsmotor, ett läge sàsom övre dödpunkten, under normal drift av motorn. 10 15 20 25 30 35 521 998 4 Utföringsformer av föreliggande uppfinning syftar till att lösa ett eller flera av ovannämnda problem. Enligt en aspekt av uppfinningen tillhandahålls en metod att ge information om läget hos en kolv i en cylinder med avseende på vevaxel- vinkeln genom att mäta gastrycket i cylindern med avseende på vevaxelvinkeln samt att beräkna en böjningspunkt i en kurva för gastryck i förhållande till vevaxelvinkel. Det läge som ges av den beräknade böjningspunkten jämförs med det läge som erhålls genom en teoretisk beräkning baserad på en känd eller uppmätt svänghjuls- eller vevaxelvinkel, och en påträffad förskjutning. Förskjutningen används sedan för att beräkna ett noggrant värde för kolvläge såsom övre död- punkten och för att beräkna variabler såsom indikerat effek- tivt medeltryck.

Vid en annan aspekt av uppfinningen åstadkoms ett system för att bestämma ett läge för en kolv i en cylinder, innefatt- ande en gastrycksensor och ett beräkningsorgan som lämpligen är anordnade att mäta gastrycket i en cylinder med avseende på en vevaxelvinkel hos en motor, beräkna en böjningspunkt hos en kurva för gastryck med avseende på vevaxelvinkel samt àstadkomma en förskjutning som representerar skillnaden mellan ett kolvläge bestämt av den beräknade böjningspunkten och ett kolvläge beräknat enligt en känd eller uppmätt vev- axelvinkel.

Föreliggande uppfinning är inriktad mot bestämning av en böjningspunkt i en kurva utgående från en mätning av cylin- dergastryck och vevaxelvinkel, dvs den punkt där en derivata hos tryckkurvan med avseende på vevaxelvinkeln är vid sitt maximum, eller motsvarande där den andra derivatan är lika med noll. Samma vinkelläge kan även beräknas teoretiskt genom att tillämpa välkända termodynamiska ekvationer till- sammans med data för värmekapaciteterna hos de ingående gaserna som deltar i kompressionen. Genom att jämföra det uppmätta värdet med det teoretiska värdet erhålls skillnaden eller förskjutningen mellan det uppmätta vinkelläget och det teoretiska vinkelläget hos vevaxeln eller svänghjulet och används för att noggrant beräkna kolvläget med avseende på 10 15 20 25 30 35 521 998 s övre dödpunkten (eller vevaxelvinkeln). Dà man noggrant har bestämt den lokala vevvinkeln för varje kolv kan detta vär- de, tillsammans med cylindertrycket, vidare användas för att beräkna ett mätt pà utfört arbete sásom indikerat effektivt medeltryck för varje cylinder i en motor.

Vid en annan utföringsform av uppfinningen kan indikerat effektivt medeltryck beräknas med minskad noggrannhet utan behov av en oberoende mätning av svänghjulsvinkeln. Vid denna utföringsform samplas trycksignalen digitalt vid kända sampeltider. Derivatan av trycksignalen beräknas sedan med avseende pà tiden, vilken är proportionell mot derivatan med avseende pà svänghjulsvinkeln, om rotationshastigheten är konstant. Tidpunkterna för de sàledes beräknade böjnings- punkterna för alla cylindrar där trycket mäts används sedan tillsammans med den kända geometrin hos vevaxeln för att uppskatta svänghjulsläget vid sampeltidpunkterna. Detta upp- skattade svänghjulsläge används sedan för att beräkna lokala vevvinklar för kolvarna vid sampeltidpunkterna och används tillsammans med de samplade trycksignalerna för att beräkna variabler för användning som motordiagnostik, sàsom indike- rat effektivt medeltryck.

Vid en annan aspekt av uppfinningen àstadkoms en datorpro- gramprodukt för att utföra metodstegen enligt uppfinningen.

Fördelen med att använda vinkelläget hos böjningspunkten för trycket som funktion av vevaxelvinkeln sàsom referenspunkt, jämfört med att helt enkelt använda vinkelläget för tryckets maximum enligt känd teknik, är att böjningspunkten kan de- tekteras under motorns normala drift. Under normal drift insprutas normal bränslet vid, eller nàgot före, övre död- punkten. Kompressionskurvans maximum utplànas sedan genom tändningen av bränslet. En annan fördel som erhàlls genom att använda vinkelläget hos böjningspunkten är att det är praktiskt taget oberoende av värdet pä trycket vid inled- ningen av kompressionen och endast svagt beroende av andra välkända geometriska och termodynamiska storheter. Dess värde kan därför beräknas teoretiskt med stor noggrannhet. 10 15 20 25 30 35 521 998 ó Den främsta fördelen med uppfinningen är att övre dödpunkten bestäms mer noggrant med en metod och en apparat som också är ekonomisk att tillämpa. Detta betyder att sofistikerad motordiagnostik, styrning och reglering kan tillämpas vid mindre, billigare motorer och inte endast vid motorer vid större anläggningar sàsom generatorer. Dessa fördelar kan erhàllas bàde genom effektivare utveckling av nya och för- bättrade motorer och genom effektivare hantering av motorer under drift. Uppfinningen erbjuder följaktligen avsevärda miljöfördelar pà grund av minskad bränsleförbrukning och utsläpp med mindre miljöpåverkan utan höga investeringar i motorteknologi och mätkostnader.

En annan fördel med en utföringsform av uppfinningen är att endast en inmatning behövs, en inmatning beroende av gas- trycket i en cylinder, för att beräkna indikerat effektivt medeltryck enligt uppfinningen. Med färre komponenter är systemet sàledes mindre benäget för haverier. Dessutom be- stäms ett övre dödpunktsläge hos en kolv i en cylinder hos en förbränningsmotor med större noggrannhet än med befint- liga metoder. Det är ocksa fördelaktigt att en annan utfö- ringsform av uppfinningen tillhandahåller ett medel för be- stämning av vevvinkeln som är oberoende av mätning av sväng- hjulsvinkeln.

Uppfinningen kan tillämpas i mycket vid utsträckning vid vilken motor som helst, gammal eller ny, som kan monteras med en sensor för gastryck för àtminstone en cylinder. I en fördelaktig utföringsform kan uppfinningen användas för att ästadkomma en inmatning för en motorreglerings- eller styr- ningsanordning eller system sà att motorn kan övervakas och/eller regleras. Beräkningselementen vid metoden kan utgöras av en eller flera billiga elektroniska komponenter installerade i ett fordon sá att resultaten kan användas pà ett fördelaktigt sätt för att styra bränsleekonomin och kvaliteten pá avgasutsläppen. 10 15 20 25 30 35 521 998 7 FIGURBESKRIVNING En mer fullständig förstàelse för metoden och apparaten en- ligt föreliggande uppfinning kan fas genom följande detalje- rade beskrivning under hänvisning till bifogade ritning, där: Figur 1 visar en schematisk kurva för förhållandet mellan gastryck i en cylinder och vevvinkel för en metod enligt en utföringsform av uppfinningen; Figur 2 visar en schematisk kurva för derivatan av ett för- hàllande mellan gastryck i en cylinder och vevvinkel enligt en utföringsform av uppfinningen; Figur 3 visar ett blockschema för ett flödesschema för en metod för bestämning av en förskjutning mellan ett förväntat läge för kolven relativt en uppmätt svänghjulsvinkel och ett läge för kolven relativt svänghjulsvinkeln beräknat enligt en utföringsform av uppfinningen; Figur 4 visar ett schematiskt diagram för ett system för styrning av en motor med användning av en metod enligt en utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER För att bestämma ett dödpunktsläge för kolven i en cylinder innefattar föreliggande uppfinning en metod för bestämning av en böjningspunkt i en kurva beroende av en mätning av cylindertryck relaterat till vevvinkel. Det vill säga en punkt i tryckkurvan där en derivata hos tryckkurvan i rela- tion till vevvinkeln är vid ett maximum eller ett motsva- rande värde, och där en andra derivata för tryckkurvan är lika med noll.

Figur 1 visar ett schematiskt diagram av en kurva l för uppmätt cylindertryck pä y-axeln i förhållande till vev- 10 15 20 25 30 35 521 998 8 vinkel i grader pà x-axeln. En första böjningspunkt 2 kan ses vid omkring ~l3° pà kurvan.

Läget för denna punkt a (i radianer) kan bestämmas teore- tiskt med hjälp av en tämligen komplicerad formel som följer: a? 4 +gm-sø.+3,12)(5+4(y-o.o217)) (1 +,1)(1+ 2(y-o.o217))(rc -1) (1+,1)2(1+ 2 där Ä = Förhållandet mellan vevradie och kolvstángslängd. 7 = Kvoten mellan värmekapacitet vid konstant tryck och värmekapacitet vid konstant volym (polytropisk koefficient) för den komprimerade gasen vid den uppskattade temperaturen för gasen vid böjningspunkten.

Motorns kompressionsförhàllande.

Teoretiska böjningspunkten i radianer.

Beroendet av Y betyder att det är nödvändigt att känna till sammansättningen av den komprimerade gasen och dess tempe~ ratur för att ett värde pà kvoten 7 skall kunna beräknas. Nu rakar det vara sà att beroendet av 7 inte är särskilt stort.

Y är lika med 1,40 för en idealisk gas och häller sig nästan alltid inom en intervall av 1,30 - 1,40 för verkliga gaser.

En osäkerhet i värdet pà 7 pà 0,01 enheter ger en osäkerhet pà omkring 0,03° vid den teoretiskt bestämda böjningspunk- ten.

Beroendet av andra parametrar är ocksa màttligt. Ett fel vid bestämningen av kompressionsförhàllandet för motorn pä 1% skulle ge ett fel vid bestämningen av böjningspunkten enligt ovannämnda ekvation pà omkring 0,07°.

Värmeledningsförmàgan mellan den komprimerade gasen och cylinderväggen ändrar det uppmätta värdet pà tryckkurvan nágot. Maximitrycket reduceras och kurvan förflyttas till vänster jämfört med figur l med ett värde av storleksord- 10 15 20 25 30 35 521 998 Cl ningen O-O,3°. En korrektionsterm för denna effekt har också beräknats inom utföringsformerna av uppfinningen, men det är nödvändigt att värmeledningskoefficienten och cylindervägg- vilka i de flesta fall endast är ungefärliga värden. Sàledes kan ett värde för läget för övre temperaturen bada är kända, dödpunkten givet i radianer noggrant bestämmas under normal drift av en motor genom den beskrivna metoden. När väl vev- vinkeln har bestämts är indikerat effektivt medeltryck lätt att beräkna.

Figur 2 visar en derivata hos tryck/vevvinkeldiagrammet i figur 1. Maximipunkten 2' pà kurvan 1' är derivatan för mot- svarande böjningspunkt 2 pà kurvan 1 som visas i figur 1.

Genom att beräkna derivatan kan böjningspunkten 2 klart identifieras i kurvan i figur 2 som ett maximum.

Figur 3 visar som exempel ett flödesschema för en metod enligt en utföringsform av uppfinningen. Gastrycket i cylindern uppmäts, företrädesvis kontinuerligt, vid 4, med användning av nágon sensor eller mätanordning. Svänghjuls- vinkeln är känd eller uppmätt och görs tillgänglig för en beräkningsprocess 6 fràn en källa 5 sàsom en lägesgivare.

Böjningspunkter och derivator hos cylindertryck/vinkel- lägeskurvan beräknas vid 6. Förskjutningen mellan det för- väntade eller teoretiska läget för en kolv enligt det kända eller uppmätta vinkelläget för svänghjulet och den verkliga lokala vevvinkeln för kolven bestäms vid steg 7. Vid en vidareutveckling av uppfinningen beräknas ett värde för indikerat effektivt medeltryck hos cylindern vid steg 8.

Det beräknade värdet pà indikerat effektivt medeltryck hos en cylinder är sedan tillgängligt för användning sàsom en inmatning till diagnostiska metoder och styrmetoder för en motor. Indikerat effektivt medeltryck för varje cylinder hos en flercylindrig motor kan beräknas pà detta sätt. Detta resultat kan användas vid utveckling av nya motorer, för- bättringar av befintliga motorer och/eller övervakning, styrning och reglering av motorer under drift. Mekaniska 10 15 20 25 30 35 521 998 lg :: v '"nL. H." 4." beteenden sásom vridning av en vevaxel under belastning kan bestämmas. Driftsprestanda sàsom värdet pà indikerat effek- tivt medeltryck kan användas vid motordiagnostiska metoder och styrmetoder för att jämföra: - utfört arbete i en cylinder med utfört arbete i andra cylindrar; - utfört arbete enligt olika motorstyrningsinställningar för en eller flera cylindrar sásom ventilinställning, inställ- ning av tändning, inställning av bränsleinsprutning; - utfört arbete för olika bränslen.

Figur 4 visar ett schematiskt diagram för ett som exempel visat arrangemang av apparater i ett system enligt en ytter- ligare utföringsform av uppfinningen. Diagrammet visar en motor 10, en gastrycksensor 14, en beräkningsenhet 15, en jämförelseenhet 16 samt en motordiagnostik- och styrenhet 11. Ett urval av nägra möjliga reglerátgärder för motorn illustreras och visas som motorreglerátgärder 12.

Beräkningsenheten 15 som visas i figur 4 kan i en eller flera delar vara för beräkning av i första hand förskjut- ningsvärdet och i andra hand för beräkning av ett värde pà utfört arbete, i synnerhet indikerat effektivt medeltryck.

Det beräknade värdet pä indikerat effektivt medeltryck jäm- förs i jämförelseenheten 16 som kan vara en separat kom- ponent eller inte en separat komponent. Jämförelseenheten 16 sänder typiskt sett en signal 9 till en motorreglerenhet 11 vilken som resultat kan utfärda en eller flera motorregler- àtgärder 12 sàsom t ex att ändra ventilinställningen, in- ställningen av bränsleinsprutningen eller inställning av tändningen för en eller flera cylindrar. Signalen 9 kan också lagras för analys, dataloggning eller andra ändamàl.

Det beräknade värdet pä indikerat effektivt medeltryck, baserat pá driftsmätningar av cylindergastryck per cylinder eller cylindrar, jämförs sedan med ett förutbestämt värde lagrat i en minnesenhet vid 7. En sàdan minnesanordning kan vara nàgon kommersiellt tillgänglig anordning baserad pá sädant som ett ROM (Read Only Memory), ett Programmable Read 10 15 20 25 30 35 521 998 ffE":ï iuïäf Ü." Only Memory (PROM) ett Eraseable Programmable Read Only (EPROM), i ett flashminne, flyktigt eller beständigt minne. Jämförelsen vid 7 resulte- Memory eller i nàgot annat icke- rar i att ett värde pà indikerat effektivt medeltryck be- stäms vid 8 att antingen vara inom gränserna, Y, eller utan- för gränserna N. Ett jämfört indikerat effektivt medeltryck som är utanför gränserna för det lagrade värdet resulterar i att en felsignal sänds vid 9 till en styrenhet för motorn.

Denna felsignal kan sedan användas vid en àtgärd för att re- glera eller pá annat sätt ställa in motorn.

Förutom, eller i stället för, relativt fasta innanför- gränser Y eller utanförgränser N kan jämförelseresultaten utvärderas för att visa trender eller förändringar i indi- kerat effektivt medeltryck. Sàdana förändringar eller tren- der kan användas för att upptäcka t ex en ökning av vibra- tionerna, eller förslitningen, eller närvaron av sotbelägg- ning eller annan uppbyggnad som har betydelse för motorpres- tandan, ekonomin eller livslängden.

En regleràtgärd kan vidtas för varje cylinder eller för ett flertal cylindrar. Regleràtgärden bestàr, typiskt och inte exklusivt, av en eller flera av följande: - justering av motorn eller cylindertändningsinställningen, - justering av bränsleinsprutningsinställningen, - justering av varaktigheten för bränsleinsprutningen, - justering av ventilinställningen.

Vid exempelvis motorer med elektrisk tändning som förbränner bränslen sàsom bensin kan regleràtgärderna bestà av juste- ring av inställningen av bränsleinsprutningen, bränslein- sprutningstakten, bränslemängden, ventilinställningen och/eller kompressionsförhàllandet för motorer med variabel ventilinställning och/eller kompressionsförhállande, eller en kombination av atgärder. Vid exempelvis dieselmotorer kan regleràtgärderna bestà av justering av inställningen av bränsleinsprutningen, bränslemängden, eller en kombination av átgärder. 10 15 20 25 30 35 521 998 32 ::': 2:.L. ¿.ns un» .n Beräkningsenheterna 5, 6 och jämförelseenheten 7 kan vara integrerade i en eller flera elektroniska kretsar. En eller flera av dessa funktioner kan emellertid ingà som elektro- niska kretsar pà kort eller i chips enligt de kända tekni- kerna för tillverkning av miniatyrstyrkretsar. Dessutom kan vilken som helst funktion hos föreliggande uppfinning, sàsom likaväl implementeras sàsom programvarufunktioner genom en dator- t ex beräkningsenheterna 5, 6 eller jämföraren 7, programkod, datorprogramvara eller genom ett eller flera datorprogramelement, inom ett datorprogram i en dator, mik- roprocessor eller mikrochips kopplat till en motor eller en styrenhet för en motor.

Den av jämföraren alstrade signalen kan vara i form av en datordatasignal förkroppsligad i en datakommunikation. Denna datasignal innefattar sàledes information om förskjutningen av vevvinkeln hos åtminstone en cylinder i en förbrännings- motor. Signalen kan ocksa innefatta ett motsvarande värde för indikerat effektivt medeltryck. Signalen kan vidarebe- fordras till en krets i samma fysiska enhet, kretskort eller chips. Kommunikationen kan likaväl sändas av jämföraren 7 eller motsvarande via ett kommunikationsmedel till en sepa- rat styrenhet sàsom diagnostik- och styrenhet ll. Kommuni- kationsmedlet kan innefatta vilken som helst kommunikations- anordning eller kommunikationsnät sàsom en enkel trádförbin- ett kabelnät. hållande en tràdlös länk. I t ex en strömförsörjningsanlägg- delse, en fältbuss och ett blandat nät inne- ning eller ett fartyg kan signalen sändas via en fältbuss. I en bil kan signalen sändas via en trád eller en tràdlös för- bindelse. Datasignalen innefattar information om vevvinkel- förskjutningen och/eller om indikerat effektivt medeltryck, sà att vid mottagande av nämnda signal en regleràtgärd för motorn kan utföras med avseende pá nämnda parameter. Exempel pà möjliga regleràtgärder sàsom bränsleinställning, ventil- inställning etc har beskrivits ovan.

Vid en annan utföringsform av uppfinningen utförs metoden av datorprogramkoddelar som ingar i datorprogramvara. En dator eller mikroprocessor eller annat medel, hädanefter kallad 10 15 20 25 30 35 521 998 šflfiïšffiï-HW-šfi' l§'ï3 ¥ iuïä. E *fi'.íÄ. processor, kan användas för att utföra steg vid metoden med hjälp av en eller flera datorprogramkoddelar. Datorprogram- koddelarna innehàller en eller flera formler eller algorit- mer enligt metoden hos föreliggande uppfinning sà att för- skjutningen mellan förväntat och verkligt läge hos en cylin- der kan bestämmas, ett noggrant värde för indikerat effek- tivt medeltryck etc beräknas samt regleràtgärder vidtas i beroende av det beräknade värdet pà indikerat effektivt medeltryck. Datorkoddelarna kan lagras i eller pä någon typ av datorläsbart medium, inklusive som fast programvara i anordningar sàsom ett chips, i ett ROM (Read Only Memory), ett Programmable Read Only Memory (PROM) ett Eraseable Programmable Read Only Memory (EPROM), i ett flashminne, eller i nägot annat icke-flyktigt eller beständigt minne.

Vid en bästa användning av uppfinningen, och i synnerhet för större motorer sàsom för fartyg och generatorer, används en trycksensor av typ Cylmate (varumärke) levererad av ABB.

Denna typ av trycksensor är känd för att vara noggrann, ha läng livslängd och att pâverkas minimalt av termodynamiska förändringar under motordrift.

Vid en annan och fördelaktig utföringsform är trycksignalen digitalt samplad vid kända sampeltidpunkter. Derivatan av trycksignalen beräknas sedan med avseende pà tid, vilken, om rotationshastigheten är konstant, är proportionell mot deri- vatan med avseende pà svänghjulsvinkeln. Tidpunkterna för böjningspunkterna beräknas för alla cylindrar där trycket uppmäts pà detta sätt, och tidsinställningen används sedan tillsammans med den kända geometrin för vevaxeln för att beräkna svänghjulsläget vid sampeltidpunkterna. Beräkningen kan utföras genom att använda en interpolation, sàsom linjär interpolation, eller genom andra kända metoder. Detta upp- skattade svänghjulsläge används sedan för att beräkna lokala vevvinklar för kolvarna vid sampeltidpunkterna och används tillsammans med de samplade trycksignalerna för att beräkna ungefärliga värden pá variabler för användning som motor- diagnostik, sàsom indikerat effektivt medeltryck. Därigenom ger utförandet ett värde pà en förskjutning utan behov av en 10 15 521 998 nov-oo mätning av vevaxelvinkeln sàsom med hjälp av svänghjuls- vinkeln.

Det konstateras ocksá att medan det ovannämnda beskriver exemplifierande utföringsformer av uppfinningen finns det ett flertal variationer och modifikationer som kan göras av den beskrivna lösningen utan att avvika fràn ramen för före- liggande uppfinning sàsom den definieras i bifogade patent- krav.

Claims (30)

10 15 20 25 30 35 521 998 u. ø - n - u. ' I v. n , _ z II» - . ..' 5- - - 15 ' ~-- n. u. PATENTKRAV

1. Metod för att bestämma ett övre dödpunktsläge för en kolv i en cylinder i en förbränningsmotor innefattande en eller flera cylindrar samt en vevaxel, där gastrycket i en cylin~ der uppmäts tillsammans med vinkelläget för vevaxeln, kännetecknad av: - beräkning av ett vinkelläge för en böjningspunkt (2) pà kompressionstryckkurvan uppmätt som funktion av vevaxel- vinkeln, - beräkning av förskjutningen mellan vinkelläget och ett teoretiskt värde för vinkelläget.

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda vevaxelvinkel erhàlls genom en oberoende mätning av sväng- hjulsvinkeln.

3. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda vevaxelvinkel erhálls genom en oberoende mätning av sväng- hjulsvinkeln med hänsyn tagen till vridningen av vevaxeln.

4. Metod enligt patentkrav 3, kännetecknad av att vridningen beräknas med användning av det uppmätta trycket i àtminstone en cylinder, de fram- och àtergàende massorna samt styvheten i vevaxeln.

5. Metod enligt patentkrav 4, kännetecknad av att ett tryck beräknas för en eller flera cylindrar hos motorn där tryck inte uppmäts, vilket nämnda beräknade tryck är avlett av tryck uppmätt i atminstone en annan cylinder, för användning vid beräkning av vridningen.

6. Metod enligt nagot av patentkrav 3, 4 eller 5, kännetecknad av att vridningen av vevaxeln uppskattas med hänsyn tagen till den vid bàda ändarna av vevaxeln uppmätta vevaxelvinkeln.

7. Metod enligt nagot av patentkrav 4, 5 eller 6, kännetecknad av att nämnda styvhet hos vevaxeln uppskattas 10 15 20 25 30 35 521 998 lp".'.lt.. 'uu-;""v;' 16 med utgångspunkt från nämnda förskjutningar som erhålls med motorn körande vid olika laster.

8. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att nämnda teoretiska värde på vinkelläget hos böjnings- punkten erhålls enligt en formel såsom: a? 4 §(-1-3,1+3,12)(5+4(y-o.o217)) (1+,1)(1+2(y-o.o217))(fc -1) (1+,1)2(1+2(y-o.o217))“(rc -1)2 där Ä = Förhållandet mellan vevradie och kolvstàngslängd. Y = Kvoten mellan värmekapacitet vid konstant tryck och värmekapacitet vid konstant volym (polytropisk koefficient) för den komprimerade gasen vid den uppskattade temperaturen för gasen vid böjningspunkten. re = Motorns kompressíonsförhållande. Teoretiska böjningspunkten i radianer.

9. Metod enligt patentkrav 8, kännetecknad av att tempera- turberoendet hos nämnda polytropiska koefficient tas med i beräkningen genom tillägg av en korrektionsterm.

10. Metod enligt patentkrav 9, kännetacknad av att nämnda korrektionsterm är ungefärligen lika med -0,0217.

11. ll. Metod enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda teoretiska värde pá vinkelläget för böjningspunkten erhålls genom att numeriskt lösa en differentialekvation för trycket som funktion av vevvinkeln.

12. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av det ytterligare steget att beräkna ett värde för diagnostiska variabler för en cylinder med användning av nämnda tryck, nämnda vevaxelvinkel och nämnda förskjutning.

13. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av nämnda diagnostiska variabler innehåller 10 15 20 25 30 35 521 998 l7 : :: ¥ ="Ãi.'H._, _¿¿¿ nagot av följande: Indikerat effektivt medeltryck, värme- utveckling, värmeutvecklingstakt, maximal derivatavinkel, maximal tryckvinkel.

14. Metod enligt patentkrav 12 eller 13, kännetecknad av det ytterligare steget att jämföra nämnda diagnostiska variabler med ett lagrat värde.

15. Metod enligt patentkrav 13 eller 14, kännetecknad av det ytterligare steget att avge en signal (9) till en styrenhet (11) hos motorn beroende av nagon av nämnda diagnostiska variabler.

16. Metod att bestämma ett ungefärligt värde pà vinkelläget som funktion av tiden för en kolv i en cylinder i en för- bränningsmotor innefattande en eller flera cylindrar och en vevaxel, där gastrycket i átminstone en cylinder uppmäts som funktion av tiden, kännetecknad av följande steg: - beräkning av tidpunkten för en böjningspunkt pà varje upp- mätt kompressionstryckkurva uppmätt som funktion av tiden, - beräkning av det teoretiska värdet pá vinkelläget för nämnda kolv vid nämnda böjningspunkter, - uppskattning av vevvinkeln hos nämnda kolv som funktion av tiden baserat pà nämnda tidpunkter för böjningspunkt och nämnda teoretiska värde.

17. Metod enligt patentkrav 16, kännetecknad av att nämnda uppskattning är baserad pä interpolation mellan tvà av nämnda tidpunkter.

18. Metod enligt patentkrav 16, kännetecknad av att nämnda uppskattning är baserad pà en minstakvadratanpassning av ett polynom till mer än tva av nämnda tidpunkter.

19. System för bestämning av övre dödpunkten hos en kolv i en cylinder i en motor, varvid nämnda system innefattar en gastrycksensor samt en beräkningsenhet, en minnesenhet, kännetecknat av att beräkningsenheten är anordnad att beräk- 10 15 20 25 30 35 521 998 " f u.. _ -- .. I; - ..I ' _ U In. , , 'fi o. ,, 18 --- .. --- na en böjningspunkt i en tryckkurva för gastryck i cylindern beroende av vevvinkeln.

20. System enligt patentkrav 19, kännetecknat av att beräk- ningsenheten innefattar en formel för att beräkna ett teore- tiskt värde för läget hos kolven enligt en formel sàsom: a* 4 §(-1-3,1+3,12)(5+4(y-o.o217)) (1 +,1)(1+2(;f-o.o217))(rc -1) (1+,1)2(1+2(y-o.0217))3(rc -1)"~' där Ä = Förhållandet mellan vevradie och kolvstàngslängd. Y = Kvoten mellan värmekapacitet vid konstant tryck och värmekapacitet vid konstant volym (polytropisk koefficient) för den komprimerade gasen vid den uppskattade temperaturen för gasen vid böjningspunkten. rc = Motorns kompressionsförhàllande. Q = Teoretiska böjningspunkten i radianer.

21. System enligt patentkrav 19, kännetecknat av att en en- het (15, 16) hos nämnda system innefattar medel att alstra en signal (9) innefattande ett värde pà förskjutningen.

22. System enligt patentkrav 19, kännetecknat av att en en- het (15, 16) hos nämnda system innefattar medel att alstra en signal (9) innefattande ett värde pà utfört arbete sàsom indikerat effektivt medeltryck.

23. Datorprogramprodukt innefattande datorprogramkodmedel vilka, när de körs pà en dator eller processor, förmår en dator eller processor att utföra steg hos en metod enligt nàgot av patentkrav 1-18.

24. Datorläsbart medium pà vilket lagras en datorprogram- produkt innefattande datorprogramkodmedel för att instruera en dator eller processor att utföra stegen vid en metod enligt patentkrav 1-18. 10 15 20 25 30 35 521 998

25. Användning av ett system enligt nagot av patentkrav 19- 22 för att beräkna ett vinkelläge hos en kolv i en cylinder i en förbränningsmotor.

26. Användning av ett system enligt nagot av patentkrav 19- 22 för att beräkna ett värde pá indikerat effektivt medel- tryck för en kolv i en cylinder i en förbränningsmotor.

27. Användning av en datorprogramprodukt enligt patentkrav 23 för att beräkna ett vinkelläge för en kolv i en cylinder i en förbränningsmotor.

28. Användning av en datorprogramprodukt enligt patentkrav 23 för att beräkna ett värde för indikerat effektivt medel- tryck för en cylinder i en förbränningsmotor

29. Användning av en datorprogramprodukt enligt patentkrav 23 för att alstra en signal för en regleràtgärd för styrning av en förbränningsmotor.

30. Datordatasignal (9) förkroppsligad i en datakommunika- tion innefattande information om en funktion av gastryck för en cylinder i en förbränningsmotor, kännetecknad av att nämnda signal (9) alstras av ett system (7) och àstadkoms via ett kommunikationsmedel och nämnda information inne- fattar information om en förskjutning av ett kolvläge, och/eller ett värde pà utfört arbete sàsom indikerat effek- tivt medeltryck, sà att vid mottagande av nämnda signal en regleràtgärd (12) för motorn kan utföras. I. '* n . 1 _ 1 -- . . ., ," ~ . v. , _ _ n . . , _ ' 0- n. ' ' Iv . ' I a u. ' 19 ' " ' " ' " "' -. u.. , , I ~ . ' " -n n.