SE523336C2 - Förfarande och arrangemang för begränsning av styrbara driftsparametrar vid en motor - Google Patents

Description

anar; 10 15 20 25 30 35 523 336 I enlighet med känd teknik kan denna begränsning av avgastemperaturen uppnås genom att begränsa effektuttaget ur motorn eller genom en begränsad tillförsel av en fet Detta kan hjälp av en datorbaserad styrenhet som finns befintlig i bränsleblandning till motorn. regleras med fordonet ifråga. En nackdel med ett sådant förfarande är dock att den tillåtna temperaturen måste sättas med god marginal så att hänsyn högsta gränsen för avgas- tas till en 'värsta tänkbara driftsituation. Exempelvis kan en sådan extrem driftssituation sägas motsvaras av att en särskilt aktiv förare ofta kör fordonet vid mycket höga laster och varvtal. Således sätts då begränsningen avseende avgastemperaturen med mycket bred marginal, så inträffar alltför tidigt.

Eftersom en begränsning av avgastemperaturen kräver ett att inget funktionsbortfall tillskott av bränsle medför en begränsning med en bred säkerhetsmarginal en relativt hög bränsleförbrukning hos fordonet, vilket är en nackdel.

Som ett liknande exempel kan nämnas att motoroljan hos en särskilt till följd av körning med relativt höga motorvarvtal och högt förbränningsmotor successivt försämras, moment från motorn. En begränsning av risken för försämring av motoroljan kan då uppnås genom en maximering av motorns varvtal, vilket också kan utföras med hjälp av en datorbaserad styrenhet. Närmare bestämt görs då en tvångsmässig styrning av motorns varvtal så att det aldrig överskrider en viss gräns som motsvarar att en risk för försämring av motoroljan föreligger. Ett sådant förfarande kan dock innebära en nackdel i form av en upplevd försämrad prestanda hos fordonet.

En ytterligare fordonskomponent där en liknande begränsning av' ett funktionsbortfall är aktuell är en katalytiskt avgaskatalysator. Den aktiva ytan hos 10 15 20 25 30 35 523 336 3 avgaskatalysatorn minskar nämligen till följd av åldring.

Av denna anledning är det förut känt att begränsa temperaturen hos de avgaser som strömmar genom avgaskatalysatorn för att inte dess funktion skall nedsättas onödigt tidigt.

En annan driftsparameter som kan begränsas hos en motor är dess utgående vridmoment. Enligt vad som är känt genom patentdokumentet EP 0507500 kan det utgående vridmomentet hos en motor begränsas om vissa förutbestämda parametrar (t.ex. nivån och temperaturen hos kylvätskan, trycket och temperaturen hos motoroljan samt temperaturen hos den till motorn inströmmande luften) avviker från vissa förutbestämda gränsvärden.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett huvudsakligt ändamål med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande för begränsning av styrbara driftsparametrar som kan ge upphov till åldring hos motorkomponenter och material soul är inrättade i anslutning till en .motor.

Detta medelst ett kännetecknande framgår av ändamål uppnås förfarande, vars särdrag efterföljande Detta ändamål uppnås särdrag patentkrav 1. också medelst ett vars kännetecknande framgår av arrangemang, efterföljande patentkrav 7.

Uppfinningen utgör ett förfarande för begränsning av åtminstone en styrbar driftsparameter som kan ge upphov till eller ett material i innefattande åtminstone en komponent till en bestämning av ett maximalt tillåtet gränsvärde avseende åldring hos anslutning motor, nämnda driftsparameter samt styrning' av' motorn så att nämnda gränsvärde inte överskrids, varigenom åldring hos nämnda komponent eller material begränsas. Uppfinningen kännetecknas av att den innefattar fortlöpande bestämning 10 15 20 25 30 35 523 336 4 av ett mått som svarar mot graden av àldringsberoende försämring hos nämnda komponent, varvid nämnda bestämning av nämnda gränsvärde görs i beroende av nämnda mått.

En grundprincip .bakonx den föreliggande uppfinningen är således att en begränsning av en förutbestämd, styrbar driftsparameter hos motorn eller fordonet som orsakar åldring hos en viss komponent eller ett visst material införs för åtminstone en komponent i avsikt att begränsa àldringen, och därigenom också risken för funktions- bortfall hos den aktuella komponenten eller det aktuella materialet. Genom att denna begränsning görs i beroende av graden av åldring hos aktuell komponent respektive material möjliggörs genom uppfinningen en förbättring vad bränsleförbrukning och beträffar fordonets emissioner, prestanda.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen. skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till ett föredraget utföringsexempel och de bifogade ritningarna, i vilka: figur 1 är ett principellt schema av ett arrangemang vid vilket den föreliggande uppfinningen kan utnyttjas, och figur 2 är ett diagram som illustrerar uppfinningens funktion.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: I figur 1 visas i något förenklad, schematisk form ett arrangemang enligt den föreliggande uppfinningen. Enligt en »egna 10 15 20 25 30 35 av 523 336 5 första föredragen utföringsform är uppfinningen anordnad i anslutning till en konventionell förbränningsmotor 1 av alternativ utföringsform kan bensintyp. Enligt en förbränningsmotorn vara av dieseltyp.

Enligt den föredragna utföringsformen, som visas i figur 1, matas en förbränningsmotor 1 på sedvanligt vis med inströmmande luft via ett luftinlopp 2. Motorn 1 är försedd med ett antal cylindrar 3 samt ett motsvarande antal Respektive insprutningsanordningar 4 för bränsle. insprutningsanordning 4 är ansluten till en central styrenhet 5 via en elektrisk förbindelse 6. Styrenheten 5 är företrädesvis datorbaserad och är inrättad att på känt sätt styra bränsletillförseln till respektive insprutnings- anordning 4 med bränsle från en (ej visad) bränsletank så att en i varje ögonblick avpassad luft/bränsleblandning matas till. motorn ln Motorn ]. enligt utföringsformen är utformad enligt typen "multi-point"-insprutning, där den korrekta mängden bränsle till nmtorn 1. på känt sätt kan individuellt till Motorn l som tillföras respektive insprutnings- anordning 4. visas i figuren är av femcylindrigt slag. Det skall dock noteras att uppfinningen kan utnyttjas vid motorer med olika cylinderantal och cylinderkonfigurationer. Företrädesvis utgörs insprutnings- anordningarna 4 av den typ vid vilka bränslet sprutas in direkt i respektive cylinder 3, men uppfinningen kan också utnyttas vid, s.k. "portinsprutade" motorer. Dessutom. kan uppfinningen i princip också utnyttjas vid s.k. "single- point"-insprutning, där en enda bränsleinsprutnings- anordning finns placerad i inloppet till motorn.

Styrenheten 5 är inrättad att under drift av motorn 1 styra luft/bränsleblandningen till motorn 1 så den att i varje ögonblick aktuellt driftsförhållande.

Styrningen av' motorn 1 sker på i huvudsak känt sätt i anpassas till beroende av olika parametrar som återspeglar motorns l och .annu 10 15 20 25 30 35 523 336 6 det aktuella fordonets driftstillstånd. Exempelvis kan motorstyrningen ske i beroende av aktuellt gaspådrag, mängden inmatad luft till motorn och detta motorn 1 försedd med exempelvis en lägesgivare 7 för en motorns varvtal, syrekoncentrationen i avgaserna. För ändamål är gaspedal 8 hos fordonet, en varvtalsmätare 9 för detektering av motorns 1 varvtal n samt en luftflödesmätare 10 för detektering av mängden inmatad luft till motorn 1, vilka samtliga är anslutna till styrenheten 5 via motsvarande elektriska anslutningar 11, 12 respektive 13.

Dessutonx innefattar systemet ocksâ. en. gastrottel 14, som företrädesvis är elektriskt styrbar och av denna anledning anordnad med en styrbar ställmotor 15 med vars hjälp gastrotteln 14 kan ställas i en viss önskad position så att en lämplig mängd luft matas in till motorn 1 i beroende av aktuellt driftsfall. Således är ställmotorn 15 ansluten till styrenheten 5 via en ytterligare anslutning 16.

Vid drift av motorn 1 leds dess avgaser ut från cylindrarna 3 via ett avgasgrenrör 17 och vidare till ett avgasrör 18 som är anslutet till grenröret 17. Längre nedströms längs avgasröret 18 finns företrädesvis en. avgaskatalysator 19 anordnad, vilken enligt utföringsformen utgörs av en konventionell trevägskatalysator. Dessutom. finns företrä- desvis en förkatalysator 20 anordnad uppströms avgas- katalysatorn 19. Förkatalysatorn 20 är i synnerhet inrättad för snabb uppvärmning vid kallstarter med motorn 1, d.v.s. så att dess katalytiska beläggning snabbt blir aktiv. Detta ger en betydande eliminering av HC-, CO- och NOK-föreningar i avgaserna vid i synnerhet låga tomgångsflöden. Genom att de genomströmmande avgaserna snabbt kan värmas upp med hjälp av förkatalysatorn 20 fås också en relativt kort tändtid för den efterföljande avgaskatalysatorn 19, d.v.s. en relativt kort tid som förflyter tills avgaskatalysatorn 19 värmts upp till en temperatur vid 'vilken den förmår reducera en förutbestämd. andel av' de skadliga ämnena i 10 15 20 25 30 35 523 336 7 avgaserna. Detta ger en effektiv avgasrening för motorn 1, i synnerhet vid kallstarter.

Vidare innefattar arrangemanget enligt utföringsformen en sensor 21 för syrekoncentrationen i detektering av avgaserna. Sensorn 21 är företrädesvis av typen linjär lambdasond och är ansluten till styrenheten 5 via en elektrisk anslutning 22. Sensorn 21 är företrädesvis placerad i avgasröret 18, uppströms förkatalysatorn 20.

Dock är andra placeringar av sensorn 21 möjliga, exempelvis mellan förkatalysatorn 20 och avgaskatalysatorn 19. På ett sätt som. i sig är förut känd utyttjas sensorn 21 för generering av en signal som svarar mot syrekoncentrationen Denna signal matas till styrenheten 5 och av luft/bränsleblandningen till i avgaserna. utnyttjas för styrning motorn 1.

Det systenx sonl visas i. figur 1. och son: har' beskrivits ovan är starkt Således har ett flertal komponenter i anslutning till motorn 1 som inte är direkt relevanta vad beträffar funktionen och grundprincipen hos förenklat. den föreliggande uppfinningen utelämnats från denna figur.

Uppfinningens funktion kommer nu att -beskrivas med hänvisning till ett exempel vid vilket en viss driftsparameter begränsas så att åldringen hos det ovannämnda avgasgrenröret 17 kan begränsas. På så vis kan också risken för funktionsbortfall hos avgasgrenröret 17 minskas. Närmare bestämt uppnås detta genom styrning av en driftsparameter i form av temperaturen T som föreligger hos avgaserna som strömmar ut från motorn 1 och genom avgasgrenröret 17. En liknande begränsning av avgastemperaturen T kan utnyttjas för begränsning av ett funktionsbortfall hos avgaskatalysatorn 19. förkatalysatorn 20 och hos 10 15 20 25 30 35 523 336 I enlighet med förut känd teknik kan avgastemperaturen begränsas till ett visst förutbestämt gränsvärde i avsikt att tillse att temperaturen hos en viss komponent i anslutning till motorn aldrig blir så hög att det finns risk för skada eller funktionsbortfall hos komponenten ifråga. Som exempel på sådana temperaturkritiska komponenter kan nämnas förkatalysatorn, avgaskatalysatorn och avgasgrenröret. Enligt vad som nämnts inledningsvis medför dock ett sådant förut känt förfarande en relativt sträng gränssättning avseende avgastemperaturen, vilket i sin tur kan leda till en onödigt hög bränsleförbrukning, förhöjda HC- och CO-emissioner samt försämrad prestanda istället skulle gräns fås ett relativt införa en mindre sett åldringsförlopp i slutet av livscykeln, vilket begränsar hos motorn. Om man sträng snabbare komponentens livslängd.

I avsikt att uppnå en förbättring i förhållande till känd teknik baseras den föreliggande uppfinningen på insikten att en sådan relativt sträng begränsning av exempelvis avgastemperaturen inte alltid är nödvändig, särskilt inte under den inledande fasen av ett fordons livscykel. Av denna anledning är det en grundprincip bakom uppfinningen att en kontinuerlig bestämning av ett maximalt tillåtet gränsvärde avseende en förutbestämd driftsparameter (t.ex. avgastemperaturen) görs i beroende av ett mått som svarar mot den fortlöpande försämringen hos den aktuella komponenten. Med andra ord görs enligt uppfinningen en gränssättning i beroende av i vilken mån komponenten kan anses ha åldrats i förhållande till en helt ny komponent.

Ett mått på försämringen eller åldringen hos den aktuella komponenten kan enligt uppfinningen uppskattas genom en beräkning* av' antalet körda kilometer, antalet starter, antalet driftstimmar eller förbrukad mängd bränsle hos 10 15 20 25 30 35 523 336 9 det aktuella fordonet. Ett sådant mått tillhandahålls med hjälp av styrenheten 5. Alternativt kan nämnda mått bestämmas utifrån metoder som baseras på nàtningar med givare.

Uppfinningens funktion kommer nu att förklaras med hänvisning till figur 2, som visar ett diagram över sambandet mellan ett förutbestämt gränsvärde för en viss (som anges på y-axeln), närmare bestämt T, och ett försämringen driftsparameter svarar mot kritisk Komponenten mått som F hos avgastemperaturen eller en viss (vilket ifråga kan då åldringen komponent anges längs x-axeln). beskrivas med hjälp av en ”försämringsfaktor”, som exempelvis kan sägas motsvaras av ett värde mellan O och 100, där O motsvarar en helt ny och fullt medan 100 då motsvarar en förbrukad och funktionsoduglig komponent. funktionsduglig komponent Detta indikeras längs x-axeln i figur 2.

Som jämförelse visas i diagrammet med en streckad linje ett gränsvärde T1 som förut känd teknik ett gränsvärde som definieras med. mycket bred marginal för att ta till hårda förhållanden). Dessutom visas med heldragen linje hur ett svarar mot (d.v.s. hänsyn onormalt àldrings- eller försämringsberoende gränsvärde T2 kan definieras i enlighet med uppfinningen. Genom att det senare gränsvärdet T2 definieras på ett sätt som beror av komponenten ifråga nöjliggörs högt avgastemperaturen kan definieras och utnyttjas i början försämringsgraden hos exempelvis att ett relativt gränsvärde T2 hos av ett fordons livscykel, d.v.s. innan en märkbar åldring av den aktuella komponenten (t.ex. avgaskatalysatorn 19 eller avgasgrenröret 17) har inträtt. Detta innebär att avgastemperaturen behöver göras Detta leder i sin tur till att en relativt liten mängd bränsle endast en låg grad av kylning av i början av fordonets livscykel. 10 15 20 25 30 35 525 336 10 behöver utnyttjas för att kyla avgaserna i detta skede, vilket påverkar fordonets emissioner, bränsleförbrukning och prestanda i positiv riktning.

I takt med att en åldring och försämring sätter in hos de aktuella komponenterna kan därefter ett gradvis sänkt utnyttjas. Ett sänkt gränsvärde motsvarar då en allt mer påtaglig kylning av gränsvärde T2 sådant gradvis avgaserna. Detta markeras med hjälp av den heldragna kurvan i figur 2.

Gränsvärdet T2 som. definieras enligt uppfinningen kan väljas på olika sätt i takt med att respektive komponent åldras. En kontinuerlig, successivt sjunkande förändring av' gränsvärdet T2 kan. utnyttjas, vilket också visas i figur 2. Alternativt kan avgastemperaturen T begränsas så att man sätter ett första gränsvärde T, när försämringsfaktorn är exempelvis mellan O-10, ett andra, något lägre, ett andra gränssvärde Th när faktorn är mellan 10-50 och ett tredje, ytterligare något lägre, gränsvärde TC när faktorn är mellan 50-100. Detta ger ett vilket visas med en stegvist minskande gränsvärde, streckprickad linje i figur 2.

Uppfinningen är inte begränsad. till att gränsvärdet T2 successivt sjunker till ett värde som motsvarar det gränsvärde T1 som motsvarar förut känd teknik (jfr. figur 2). Exempelvis kan det finnas applikationer där gräns- värdet T2 enligt uppfinningen går mot ett värde som är lägre eller högre än gränsvärdet T1 enligt känd teknik.

Vidare kan uppfinningen utnyttjas för begränsning av åldring hos ett material i form. av den motorolja som finns i motorn 1. I ett sådant fall kan en begränsning av motorns 1 varvtal n göras. Analogt med vad som beskrivits ovan definieras då ett gränsvärdet nl som beror av ett 10 15 20 25 30 35 523 336 ll mått på åldringen eller försämringen hos nwtoroljan. I det inledande exempelvis tillåtas ett relativt högt gränsvärde nu skedet av fordonets livscykel kan varvid gränsvärdet n1 successivt sänks i takt med en ökande ”försämringsfaktor” F. Genom att exempelvis utföra varvtalsbegränsning under den en relativt lindrig inledande fasen i ett fordons livscykel fås en förbättring av den upplevda prestandan hos fordonet. Vid byte av nwtorolja i. det aktuella fordonet måste någon form av nollställning av systemet göras, vilket lämpligen utförs av verkstadspersonal.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan motorn kan vara av den typ som är försedd med ett turboaggregat. I en sådan tillämpning är avgasgrenröret funktionsbortfall, eftersom. mycket höga temperaturer då kan förekomma i särskilt utsatt för en risk för avgasgrenröret. Vidare kan uppfinningen utnyttjas för begränsning av funktionsbortfall genom styrning* av ett flertal olika driftsparametrar i anslutning till en förbränningsmotor.

Uppfinningen är inte begränsad till system'som innefattar vare sig avgaskatalysator eller förkatalysator, utan kan i princip tillämpas även på fordon som saknar dessa komponenter. I princip kan dessutom uppfinningen tillämpas i samband med olika typer av motorer, t.ex. bensinmotorer, dieselmotorer eller elektriska motorer, samt vid framdrivningssystenx sonl baseras på en kombination av en förbränningsmotor och en elektrisk motor.

Uppfinningen baseras på en styrning av driftsparametrar som medför åldring hos komponenter eller material. Som exempel på sådana driftsparametrar kan nämnas 10 523 536 12 till utgående temperaturen i eller i anslutning motorn, temperaturen hos avgaserna, motorns eller indikerade moment samt motorns varvtal. På så vis utnyttjas uppfinningen för att begränsa åldringstakten hos komponenten eller materialet ifråga.

Vid den uppfinningsenliga bestämningen av begränsning hos aktuella driftsparametrar kan hänsyn tas till ett flertal en sammanvägning av komponenter eller' material, d.v.s. åldringseffekterna hos olika komponenter kan göras.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 avo- 5 2 3 5 36 13 110364 PA 2001-01-23 PATENTKRAV:

1. Förfarande för" begränsning av' åtminstone en styrbar driftsparameter (T; n) som kan ge upphov till åldring hos åtminstone en komponent (l7; 19; 20) eller ett material i anslutning till en motor (1), innefattande: bestämning av ett maximalt tillåtet gränsvärde (Ty Ta, Tb, TC; nfl avseende nämnda driftsparameter (T; n), samt styrning av motorn (1) så att nämnda gränsvärde (Tfi TM Tb, 'hg nl) varigenom åldring' hos nämnda komponent (l7; 19; 20) eller material begränsas, k ä n n e t e c k n a t därav, att det innefattar: inte överskrids, fortlöpande bestämning av ett mått (F) som svarar mot graden av åldringsberoende försämring hos nämnda komponent (l7; 19; 20) eller material, varvid nämnda bestämning av nämnda gränsvärde (Tfi Ta, Tb, TC; nl) görs i beroende av nämnda mått (F).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v , att nämnda driftsparameter (T) svarar mot temperaturen hos av motorn (1) avgivna avgaser.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t d ä r a v , att nämnda driftsparameter (T) svarar mot temperaturen i eller i anslutning till motorn (1).

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknatdärav,attnämnda driftsparameter svarar mot motorns (1) moment.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknatdärav,attnämnda 10 15 20 25 Ü Û II' D Ö 5 z ;: :- a' va. J I... J 'ut f" n nu n» 'ua z f I ,' ° ' nu. ,',' ; z . H . . , g g - - . . i . _. _.. ... .,, g 14 driftsparameter (n) svarar mot motorns (1) varvtal.

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknatdärav,attnämnda gränsvärde (T;: Ta, Tb, TC; nl) väljes successivt sjunkande i takt med graden av försämring hos nämnda komponent (l7; 19; 20).

7. Arrangemang för begränsning av åtminstone en styrbar driftsparameter (T; n) som kan ge upphov till åldring hos åtminstone en komponent (l7; 19; 20) eller ett material i (1), innefattande en styrenhet (5) inrättad för bestämning av ett maximalt tillåtet anslutning till en motor gränsvärde (Ty TH TM TC; nl) avseende åtminstone en samt för styrning av motorn Tbf Te; H1) nämnda driftsparameter (T; n) (1) så att nämnda gränsvärde (T2; TW inte överskrids, varvid åldring hos nämnda komponent (l7; 19) eller material begränsas, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda styrenhet (5) vidare är inrättad för en fortlöpande bestämning av ett mått (F) som svarar mot graden av åldringsberoende försämring hos nämnda komponent (l7; 19) eller material, varvid nämnda bestämning av nämnda gränsvärde (T2; Ta, Tb, TC; n1) görs i beroende av nämnda mått (F).