SE523482C2 - Dieselmotor med katalysator - Google Patents

Description

susen »apan 10 15 20 ,ß 30 525 482 2 en styrenhet, som öppnar och stänger ventilema i beroende av i styrenheten inmata- de motor- och fordonsdata. Med ett bränslesystem av typen ”common rail” kan ”post-injection"-fasen välj as fritt, eftersom systemet inte har en varierande bränsle- tryckcykel att ta hänsyn till, vilket är fallet med de vanligast förekommande kamax- eldrivna bränsleinsprutningssystemen_ Ett arrangemang för att åstadkomma ”post injection” i motorer med kamaxeldrivna enhetsinsprutare visas och beskrives i SE 9700967-4. Här är respektive insprutares kamelement försett med en första kamnock för den ordinarie bränsleinsprutningen under motorns kompressionsfas och en andra kamnock för ”post injection” ett be- stämt antal vevaxelgrader efter den ordinarie insprutningen. Tidsintervallet för den andra insprutningsfasen är här fastlagt av det geometriska läget hos den andra kam- nocken i förhållande till den första, medan den exakta insprutningstidpunkten och insprutningsmängden från varje insprutare kan varieras i beroende av motorns driftstillstånd med hjälp av spillventilen, som även utnyttjas för att bestämma om insprutning överhuvudtaget skall ske, dvs mängden kan styras till noll.

Syftet med föreliggande uppfinning är att i en motor med kamaxeldrivna individu- ella bränslepumporgan för varje insprutare åstadkomma ett insprutningssystem, som i praktiken ger samma frihet som ett ”common rail” system när det gäller val av in- sprutningstidpunkt och bränslemängd för ”post injection” fasen.

Detta uppnås enligt uppfinningen hos en motor av i inledningen angivet slag genom att kamkurvan är så utformad, att pumpslaget varar åtminstone sålänge under ex- pansionstakten att insprutning kan ske utan att bränsle antänds inne i cylindern, att styrenheten är anordnad att i beroende av nämnda styrparametrar styra spillventilen och nålkontrollventilen, så att minst en första bränslemängd kan insprutas under motorns kompressionstakt och att minst en ytterligare bränslemängd kan insprutas senare för att i oförbränd förrn transporteras med avgaserna till anordningen för rening av avgaserna. 10 15 20 25 aren; ansa: 30 1523 482 3 Genom att utnyttja en i och för sig känd enhetsinsprutare, som förutom spillventilen även har en s k nålkontrollventil, och anpassa kamelementets kamkurva på angivet sätt kan tidpunkten eller tidpunktema för ”post injection” under avgasfasen väljas fritt så länge det uppbyggda trycket räcker för att öppna insprutarens nålventil.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. l visar ett schema över ena halvan av en flercylindrig radmotor, fig. 2 en förstoring av kamprofilerna i fig. 1, fig. 3 ett diagram över bränsleinsprutningspumpens lyftkurva för den visade kamprofilen tillsammans med insugnings- och avgasventilens lyftkurvor och fig. 4 en schematisk framställning av en enhetsinsprutare med tillhörande spill- och nålkontrollventil.

I fig. 1 betecknar 1 och 2 två cylindrari en fyrtakts dieselmotor. Med streckade lin- jer antyds ytterligare cylindrar 3 och 4, som kan vara tredje och fjärde cylindern i en motor med fyra eller fler cylindrar.

I förbränningsrummet 5 i varje cylinder mynnar en generellt med 6 betecknad bränsleinsprutare, som innefattar en insprutardel 7 och en pumpdel 8 med tillhöran- de elektroniskt styrd spill- och nålkontrollventil 9. En bränsleinsprutare av denna typ brukar benämnas elektroniskt styrd enhetsinsprutare (electronic unit inj ector), eftersom pump 8 och insprutare 7 bildar en enhet. Pumpen 8, som visas närrnare i fig. 4 tillsammans med insprutarens övriga komponenter, är en kolvpump och kolv- rörelsen åstadkommes på känt sätt med hjälp av en av motorns vevaxel 10 driven kamaxel 11, som har ett kamelement 12 för varje insprutare.

Alla kamelementen 12 har likadana kamprofiler 13 (fig. 2), som åstadkommer pumpslaget. Kamprofilerna 13 är förskjutna i förhållande till varandra enligt tänd- följ den och deras forrn bestämmer möjligt insprutningsintervall, medan verkliga in- sprutningstidpunkter och bränslemängder regleras med spill- och nålkontrollventi- lema 9, som är elektromagnetiskt manövrerade och styrda av en elektronisk styren- het 15 och vars funktion skall beskrivas närmare nedan med hänvisning till fig. 4. 10 15 20 25 »anna »unna 523 482 4 En givare 16 och en givare 17 ger signaler till styrenheten 15, vilka representerar vevaxelns 10 varvtal och kamaxelns 11 vinkelläge. Vidare inmatas i styrenheten signaler representerande av föraren begärd bränslemängd, t ex gaspedalläge 18. Yt- terligare till styrenheten anslutna givare som saknar betydelse för tydliggörande av uppfinningen har utelämnats.

Med den i fig. 2 visade kamprofilen 13 erhålles den i fig. 3 med A betecknade lyft- kurvan hos insprutamas 6 bränslepumpkolv 30 (fig. 4). I fig. 3 är även insugnings- ventilens och avgasventilens lyftkurvor B respektive C inlagda. Såsom framgår av diagrammet i fig. 3 ger den visade kamprofilen ett pumpslag, som inleds mot slutet av kompressionstakten vid ca 320 vevaxelgrader. Först rör sig pumpkolven 30 has- tigt till ca 450 vevaxelgrader för att därefter bromsas upp tills den inleder returslaget vid ca 630 vevaxelgrader samtidigt som avgasventilen börjar stänga. Med 13a i fig. 2 betecknas kamsegmentet, som trycker mot kolven 30 vid den ordinarie bränslein- sprutningen, då förbränning önskas, medan 13b betecknar kamsegmentet som tryck- er på kolven för att upprätthålla tryck för ”post injection”, då förbränning ej skall ske utan då bränslet skall oxideras nedströms i motorns avgassystem I fig. 4 visas motorns insprutare schematiskt. Spill- och nålkontrollventilen 9 illu- streras i åskådliggörande syfte som två separata ventiler, där 9a generellt betecknar spillventilen och 9b nålkontrollventilen. Med 7a betecknas insprutarens 7 nålventil- del. Pumpdelen 8 har ett hus 31med en pumpkammare 32, i vilken den tidigare nämnda pumpkolven 30 år rörlig fram och åter med hjälp av ett kamelement 12 för pumpslaget och icke visade fiäderanordningar för returslaget. Pumpkammaren 32 kommunicerar via en kanal 33 med en kammare 34 i nålventilens hus, i vilket en ventilnål 35 år rörligt lagrad och fiäderbelastad av en fjäder 36 mot ett läge, i vilket nålen tillsluter insprutarens spridarhål 37. Nålen 35 och kammaren 34 är så utfor- made, att tryck i kammaren 34 belastar nålen uppåt i figuren, dvs i öppningsrikt- ningen. »rann bruna 10 l5 20 25 m_w 523 482 5 Spillventilen 9a har ett hus 40 med en ventilkammare 41 innehållande en ventil- kropp 42, som via en spindel 43 är förbunden med ett ankare 44 till en elektromag- net 45. Ankaret 44 är belastat av en fjäder 46 mot ett läge, i vilket ventilkroppen 42 står i öppet läge, så att en kanal 47 från kanalen 33 via spillventilen kommunicerar med en returtank 48. När elektromagneten 45 magnetiseras genom signal från styr- enheten 15 dras ankaret 44 uppåt i figuren och ventilkroppen 42 stänger förbindel- sen mellan kanalen 33 och tanken 48. Härvid byggs ett tryck upp i kammaren 34, vilket belastar ventilnålen 35 uppåt i öppningsriktningen. Via en från kanalen 33 avgrenad kanal 49 leds bränslet även till utrymmet 50, som innehåller ventilnålens 35 returtjäder 36, så att ett tryck byggs upp, som balanserar trycket i öppningsrikt- ningen, om den med kanalen 49 kommunicerande nålkontrollventilen 9b är stängd.

Nålventilen förblir då stängd.

Nålkontrollventilen 9b har ett hus 51 med en ventilkropp 52, som via en spindel 53 är förbunden med ett ankare 54 till en elektromagnet 55. Ankaret 54 är belastat av en fjäder 56 mot ett läge, i vilket ventilkroppen 52 stänger en förbindelse mellan ka- nalen 49 och returtanken 48. När elektromagneten 55 magnetiseras genom signal från styrenheten 15 dras ankaret 54 uppåti figuren och ventilkroppen 52 öppnar förbindelsen mellan kanalen 49 och tanken.48. I kanalen 49 före nålventilen 7a ligger en strypning 57, vilket betyder att när nålkontrollventilen 9b öppnar samtidigt som spillventilen 9a år stängd så sjunker trycket ovanför ventilnålen 35 i förhållande till trycket i kammaren 34 så att nålventilen öppnar.

Med spillventilen 9a stängd byggs ett tryck upp i insprutaren 6 under pumpslaget, men till skillnad från en konventionell enhetsinsprutare som bara har en spillventil, och vars nålventil öppnar när ett förutbestämt tryck byggts upp, kommer nålventilen 7a att hållas stängd oberoende av det uppbyggda trycket och öppna först när nål- kontrollventilen 9b öppnar. Teoretiskt kan nålventilen 7a öppnas obegränsat antal gånger vid godtyckligt valda tidpunkter och inspruta fritt valda bränslemängder un- der pumpslaget. I diagrammet i fig. 3 betecknar l2a nålkontrollventilens 9b öpp- ningsperiod med åtföljande öppning av insprutarens ventilnål 35 för insprutning av :vain nnaßn 10 15 20 523 482 6 bränsle i förbränningsrummet under kompressionsslagets avslutning och expan- sionsslagets inledning. Med 12b och 12c betecknas två efter varandra följande korta ”post injection” perioder under avgasfasen. Insprutningstidpunkterna är så valda att bränslet förgasas men ej antänds i cylindern, vilket medför att förgasat bränsle transporteras med avgaserna genom motorns avgasledning 60 till en katalysator 61 Styrenheten 15 är härvid anordnad att styra spillventilen 9a och nålkontrollventilen 9b så att en eller flera ytterligare bränslemängder insprutas i motorns förbrännings- rum efter den första ordinarie bränsleinsprutningen, när till styrenheten 15 avgivna signaler representerande åtminstone motorvarvtal och av föraren begärd första bränslemängd, t ex gaspedalläge, indikerar låg motorbelastning med åtföljande för- hållandevis låg avgastemperatur, då vissa efterbehandlingssystem, t ex DPF (Diesel Particular Filter) eller SCR (Selective Catalytic Reduction) behöver energitillskott för att öka temperaturen i efterhandlingssystemet. Andra system DeNOx eller NOx- fälla kan behöva tillskott av oförbränt bränsle i avgaserna även vid hög motorbelast- ning.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till ett utföringsexempel på en flercylindrig motor med s k ”unit injectors”, men den kan även utnyttjas på en en- cylindrig motor och en motor med s k ”unit pump injectors”, dvs en motor med ett bränslesystem, där insprutare och pumpanordning är åtskilda men där varje inspru- tare har en egen av ett kamelement driven pumpkolv. Som pump kan teoretiskt an- vändas en radpump, radialkolvpump respektive axialkolvpump.

Claims (8)

10 15 20 25 *S23 482 Patentkrav

1. Förbränningsmotor, innefattande en eller flera cylindrar med varsitt förbrännings- rum, en i varje förbränningsrum mynnande bränsleinsprutare, individuella bränsle- pumporgan för varje insprutare för matning av bränsle till respektive insprutare, en från respektive förbrånningsrum ledande avgasledning, som mynnar i en anordning för efterbehandling av avgasema, en av motorns vevaxel driven kamaxel med ett kamelement för ett eller flera bränslepumporgan, vilket kamelement har en kamkur- va, som är utfonnad att en gång per arbetscykel åstadkomma ett pumpslag hos till- hörande bränslepumporgan, och en elektronisk styrenhet, som är anordnad att styra en med varje insprutare samordnad spillventil och nålkontrollventil för reglering av insprutningsmängd och tidpunkt under respektive pumpslag i beroende av olika i styrenheten inmatade styrparametrar, kännetecknad av att kamkurvan (13) är så ut- formad, att ett öppningstryck upprätthålls i bränsleinsprutaren (6) så länge under en cykel, att bränsleinsprutning medges åtminstone så sent att förbränning ej sker i cylindem, och att styrenheten ( 15) är anordnad att styra spillventilen (9a) och nål- kontrollventilen (9b), så att minst en forsta bränslemängd kan insprutas under motorns kompressionstakt och att - i beroende av nämnda styrparametrar - åtminsto- ne en ytterligare bränslemängd kan insprutas senare för att i oförbränd forrn trans- porteras med avgaserna till anordningen (61) för efterbehandling av avgaserna.

2. F örbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att kamkurvan (13) är så ut- formad, att pumpslaget varar åtminstone tills en tillhörande avgasventil i förbrän- ningsrummet är helt öppen.

3. Förbränningsmotor enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att styrenheten (15) är anordnad att styra spillventilen (9a) och nålkontrollventilen (9b), så att den ytterliga- re bränslemängden insprutas innan avgasventilen är helt öppen. riga: 10 15 20 523 482 8

4. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att styrenheten (15) är anordnad att styra spillventilen (9a) och nålkontrollventilen (9b), så att en ytterligare bränslemängd insprutas, när till styrenheten avgivna signaler represente- rande åtminstone motorvarvtal och av föraren begärd forsta bränslemängd indikerar låg motorbelastning.

5. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att kamkurvan (13) är utforrnad, så att pumpslaget inleds innan kolven i tillhörande cylinderrum når övre dödpunkten under kompressionstakten och varar tills avgasventilen är helt öppen.

6. Förbränningsmotor enligt krav 5, kännetecknad av att kamkurvan (13) är så ut- formad, att returslaget inleds när avgasventilen börjar stänga.

7. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att varje in- sprutare (6) med tillhörande bränslepumporgan (8), spillventil (9a) och nålkontroll- ventil (9b) bildar en i motorns cylinderhuvud anordnad integrerad enhet, s k en- hetsinsprutare.

8. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att varje in- sprutare kommunicerar med ett bränslepumporgan, som är skilt från insprutaren.