SE457897B - Foerfarande och anordning foer att foerhindra kanckande foerbraenning i en turboladdad ottomotor - Google Patents

Description

457 897 Detta uppnås enligt uppfinningen vid ett förfarande av i in- ledningen angivet slag genom att signalerna indikerande knackning utnyttjas för att parallellt med reduceringen av laddtrycket sänka motorns tändning samt att tändsänkningen avvägs mot tryckreduceringen, så att motorns avgastemperatur hålles på en i huvudsak konsta nt nivå under en förutbestämd maxnivå vid växling mellan olika bränslekvaliteter.

Genom att välja avgastemperaturen som styrande parameter och avväga tändningssänkningen mot tryckreduceringen, så att avgastemperaturen hållas på en i huvudsak konstant nivå upp- nås en väsentlig reducering av prestandaförlusterna jämfört med enbart tryckreducering, varvid risken för termisk över- belastning av komponenterna på motorns avgassida elimineras.

Genom att tändningen kan regleras att följa knackgränsen över hela tryckområdet uppnås en lägre spec. bränsleförbrukning än vid enbart tryckregleringen.

En anordning av i inledningen angivet slag för genomförande av förfarandet utmärkes av att de signalbehandlande organen_ företrädesvis innefattande en mikroprocessor, är anordnade att avge signaler till motorns tändinställning reglerande or- gan för att parallellt med reduceringen av laddtrycket sänka motorns tändning.

Uppfinningen beskrivas närmare under hänvisning till på bi- fogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 schema- tiskt visar en turboladdad förbränningsmotor med ett system för att förhindra knackande förbränning, fig. 2 och 3 diagram över avgastemperatur resp. specifik bränsleförbrukning vid olika bränslekvaliteter och reglermetoder, fig. 4 ett dia- gram illustrerande vridmomentreducering vid olika bränslekva- liteter och reglermetoder, fig. 5 ett diagram illustrerande tändläget i förhållande till läget för bästa bränsleekonomi vid olika reglermetoder samt fig. 6 diagram illustrerande laddtryckreducering och tändsänkning som funktion av tiden vid ciika knackintensitet vid reglerförfarandet enligt upp- finningen.

.BO H0 3 457 897 Den i Fig 1 visade motorn 1 är en fyrcylindrig ottomotor med ett i och för sig känt turbokompressoraggregat 2, innefattande en turbindel 3 i kommunicerande förbindelse med motorns avgasgrenrör U och en kompressordel 5 i kommu- nicerande förbindelse med motorns insugningsgrenrör 6 via en laddluftkylare 7 av luft-lufttyp och ett spjällhus 8, innehållande motorns gasspjäll 9. Gasflödet genom turbinen 3 regleras på känt sätt med hjälp av en i en shuntledning inkopplad shuntventil 11, vars spjäll manövreras av ett pneumatiskt manöverdon 12 och i stängt läge leder hela gasflödet genom turbinen. Trycket i manöverdonet 12 och därmed shuntventilens inställning bestäms av en elektro- magnetisk frekvensventil 15 i en ledning 1ü, som via en kalibrerad strypning 15 förbinder kompressorns sug- och trycksida med varandra och från vilken en ledning 16 till manöverdonet 12 avgrenar sig. Under drift växlar frekvens- ventilen periodiskt mellan öppet och stängt läge och genom att variera periodlångden kan trycket i ledningen 16 varieras och därmed även trycket i manöverdonet 12.

Frekvensventilen 13 styrs av en signalbehandlande enhet i form av en mikroprocessor 17, i vilken inmatas signaler representerande motorvarvtal, spjällinställning, ladd- lufttryck och laddlufttemperatur och i vilken ett bör- gvärde på laddtrycket som funktion av varvtalet är inlagrat.

Insignalerna till mikroprocessorn erhålles från olika av- kännare 18, 19, 20 och 21, av vilka den i röret mellan kompressorn 5 och laddluftkylaren 7 liggande avkännaren 18 kan vara en piezoresistiv transduktor, vilken registre- rar laddtrycket, avkännaren 19 en snabb NTC-resístor, vilken registrerar laddlufttemperaturen och avkännaren 20 en till spjället 9 kopplad potentiometer 20, som registre- rar spjällinställningen. Signaler representerande varvtal kan erhållas från en befintlig Hall-effektsensor 21 i ström- fördelaren.

Pâ basis av insignalerna från avkännarna 19, 20, 21 bestäm- mer processorn 17 börvärdet på laddlufttrycket vid varje drifttillstånd. Signalen från laddtryckavkännaren 18 ger därvid information om eventuell avvikelse mellan börvärdet och det verkliga värdet på laddtrycket. Signal indikerande UO 457 897 ' L' för lågt verkligt laddlufttryck leder till att processorn 17 förlänger ventilens 13 öppningstid, vilket i sin tur betyder en trycksänkning i ledningen 16 till manöverdonet 12, som då reglerar shuntventilen 11 mot stängt läge.

Flödet genom shuntledningen 10 minskar och turbinhastig- heten och därmed laddtrycket ökar.

Vid för högt laddtryck sker regleringen omvänt.

Genom denna återkoppling av laddtrycket är det möjligt att kontinuerligt hålla laddtrycket på ett förutbestämt värde. Principen medger stor flexibilitet vid bestämning av laddtryckkarakteristiken och gör systemet oberoende av mekaniska toleranser som exempelvis variationer i karakteristiken hos manöverdonets 12 returfjädermekanism.

Mikroprocessorstyrningen gör det möjligt att vid full belastning lägga nivån på det maximala laddtrycket strax under gränsen för knackning för att erhålla optimala pres- tanda för en given bränslekvalitet. Resultatet blir emellertid att marginalerna till skadlig knackning blir mycket små. För att i första hand kompensera för motorns ökade känslighet för variationer i bränslekvalitet inne- - fattar det ovan beskrivna systemet en på motorblocket monterad knackdetektor 22 , som kan vara en piezo-elektrisk accelerometer, vilken är ansluten till processorn 17 och ger denna kontinuerlig information om knackintensíteten, varvid processorn är programmerad attlvid registreringá av en förutbestämd knackintensitet utlösa korrigerande åtgärder genom att enligt uppfinningen dels ge signal till ventilen 13 att verkställa reducering av det verkliga laddtrycket under börvärdestrycket och dels ge signal till motorns tändreglersystem 24 att verkställa sänkning, dvs senareläggning, av motorns tändinställning.

I diagrammet i Fig 2 illustreras hur tryckreducering och tändsänkning, representerad av streckad resp heldragen kurva, var för sig inverkade på avgastemperaturen vid utförda försök på en 2,1 liters fyrcylindrig motor med max effekten 11H kW DIN. Försöken utfördes med maximal belastning vid knackgränsen (DBL) vid 3000 rpm och med 97, 9U resp 91 RON bränsle. Såsom framgår av diagrammet HO 457 897 erhölls en kraftig höjning av avgastemperaturen med enbart tändsänkning vid övergång till ett bränsle med lägre kvali- tet, medan enbart tryckreducering resulterade i sänkning av temperaturen men i stället en kraftig försämring av motorns prestanda såsom framgår av tabellen nedan. I dia- grammet i Fig 3 illustrerar heldragen linje tändsänkningens och streckad linje tryckreduceringens inverkan på motorns specifika bränsleförbrukning.

Vid förfarandet enligt uppfinningen valdes avgastemperaturen som styrande parameter vid programmeringen av processorn 17, varvid tryckreduceringen och tändsänkningen avvägdes mot varandra för att hålla avgastemperaturen konstant, såsom illustreras med den punktstreckade kurvan i Fig 2. Resulte- rande förändringar i den specifika bränsleförbrukningen framgår av den punktstreckade kurvan i Fig 5.

Vid den angivna försöksmotorn befanns den optimala avväg- ningen mellan tryckreducering och tändsänkning vara ca 0,03 bar per vevaxelgrad.

I.nedanstående tabell redovisas de olika åtgärdernas in- -verkan på motorns prestanda,-bränsleekonomi och avgas- >- -"~“ temperatur. Åtgärd Ändring Ändring Ändring Tänd- Ladd- av spec av av sänkning trycker bränsle-. vrid- avgas- reduce- förbr moment šemp vevaxel_ ring % % C grader bar I Tändsänkning +5,1 -5,7 +30 -5 0 enbart II Tryckreduce- +Q,8 -9,1 -19 0 -0,13 ring enbart III Kombinerad +2,H -6,3 0. -3 Q,075 tändsänkning ' och trycksänkning HO 457 897 ' 6 Såsom framgår av tabellen leder åtgärd I till kraftigt förhöjd avgastemperatur med oacceptabelt hög termisk be- lastning av komponenterna på avgassidan, medan åtgärd II leder till prestandaförluster som är mer än ü3% större än vid åtgärd III.

I diagrammet i Fig H redovisas absolutvärden på vridmoment och avgastemperatur vid samma motortest och 97 resp 91 RON- bränsle, men här vid 2700 rpm. Heldragen, streckad och punktstreckad pil representerar ändringen i vridmoment vid åtgärderna I, II resp III. Såsom framgår av diagrammet leder enbart trycksänkning till en reduktion av vridmomentet från 250 Nm till 214 Nm, medan kombinerad tryck- och tänd- sänkning endast ger en momentreduktion från 250 Nm till 233 Nm med bibehållen avgastemperatur på ce 9o5°c. Enbart tändsänkning leder till en höjnin g av avgastemperaturen med ca 1o°c.

Såsom angivits i inledningen får en motor med ett knack- reglersystem, som tillämpar enbart laddtryckreducering, sämre bränsleekonomi än en motor försedd med systemet enligt uppfinningen vid körning på ett bränsle med låg knacknings- benägenhet, t ex 97 RON-bränsle. Detta beror på att den förstnämnda motorns tändsystem måste vara anpassat så att tändning - vid det lägsta tryck systemet kan reglera ned till - sker under knackgränsen för det mest knacknings- benägna bränslemotorn är specificerad för, t ex 91 RON- bränsle. Detta illustreras i diagrammet i Fig 5, där P1-PH betecknar olika konstanta trycknivåer och MBT tändläget för bästa bränsleekonomí, vilket såsom framgår av diagram- met och som gäller för de flesta motorer - ligger högre än knackgränsen även för 97 RON-bränsle vid dessa belast- ningar. Till vänster om linjen DBL 91 RON ligger tändnings- punkterna a, b och c för de tre diskuterade reglermetoderna vid körning på 91 RON-bränsle och full belastning. Med AM1, AM2,AM; betecknas momentreduktionen vid övergång från 97 till 91 RON-bränsle. Vid delbelastning (trycknivån Ph) och 97 RON-bränsle kan vid reglermetoden enligt uppfinningen tändningen läggas vid punkten d, medan tändningen, när enbart tryckändring tillämpas, måste ligga kvar vid 7 457 897 punkten b även vid körning på 97 RON-bränsle. Skillnaden Au i tändförställning leder till en bränsleförbrukning vid dellast som är H-5% högre vid den sistnämnda reglermetoden.

A betecknar intervallet för kosntant avgastemperatur vid reglermetoden enligt uppfinningen.

Vid det beskrivna utföringsexemplet programmerades mikro- processorn 17 att reducera laddtrycket samt sänka tändningen hastigt ett antal absoluta steg om 0,075 bar resp 3 vev- axelgrader. Systemet var inställt att träda i funktion vid detektering av knackande förbränning under fem eller fler av tjugo i följd registrerade cykler och att återställa laddtryck och tändinställning mot ursprungsvärdena med en hastighet av 0,075 bar och 5 vevaxelgrader per 5 s vid upphörande knackning. I Fig 6 illustreras denna ändring av laddtryck och tändinställning som funktion av tiden vid olika knackintensitet.

Genom uppfinningen uppnås sålunda en effektiv metod att reducera prestandaförlusterna hos en högeffektmotor vid övergång till ett bränsle med lägre kvalitet än det för motorn specificerade bränslet. Genom att avgastemperaturen «inte påverkas kan varaktigt högt effektuttag tillåtas utan att motorns livslängd förkortas. I det i Fig 1 visade reglersystemet ingår även en säkerhetsanordning i form av en på insugningsröret monterad tryckströmbrytare 23. Denna stänger av motorns bränsletillförsel om ett fel skulle uppstå, som resulterar i att laddtrycket stiger över det tillåtna.

Claims (8)

10 15 _20 25 30 35 457 897 Patentkrav

1. förfarande för att förhindra knackande förbränning i en turboladdad ottonotor. vid vilket en knackdetektor användes för att detektera knackning, varvid av detektorn avgivna sig- naler indikerande knackning ned viss intensitet utnyttjas för att reducera motorns laddlufttryck, k ä n n e t e c k n a t av att signalerna indikerande knackning utnyttjas för att pa- rallellt ned reduceringen av laddlufttrycket sänka notorns tändning sant att tändningssänkningen avvägs not tryckreduce- ringen, så att notorns avgastenperatur hålles på en 1 huvudsak konstant nivå under en förutbestämd nax nivå vid växling nel- lan olika bränslekvaliteter.

2. Förfarande enligt krav 1. k å n n e t e c k n a t av att laddtrycket och tändningen vid indikering av knackning reduce- ras resp. sânkes hastigt stegvis och vid upphörande knackning ökas resp. nöjes med lägre hastighet not ursprungsvärdena.

3. Förfarande_eíïigt krav 2, "k â"n n e t e c k nua t -av att laddtrycket reduceras ca 0,03 bar per vevaxelgrad tändsânkning.

4. Anordning för att förhindra knackande förbränning i en turboladdad ottonotor för genonförande av förfarandet enligt något av kraven l-4. innefattande en på notorns notorblock anbringad knackdetektor sant signalbehandlande organ. son är anordnade att nottaga från detektorn avgivna signaler och avge av dessa beroende styrsignaler till laddtryck styrande organ. varvid de signalbehandlande organen är anordnade att vid not- tagande av signaler indikerande knackning ned viss intensitet ge signal till de laddtrycket styrande organen att reducera laddtrycket, k ä n n e t e c k n a d av att de signalbehand- lande organen (17) är anordnade att avge signaler till notorns tändinstâllning reglerande organ (24) för att parallellt ned reduceringen av laddtrycket sänka notorns tândning. m. 10 15 20 25 457 897

5. Anordning enligt krav 4. k ä n n e t e c k n a d av att de signalbehandlande organen (17) är anordnade att så avväga tändningssänkningen mot tryckreduceringen. att motorns avgas- temperatur hålles i huvudsak konstant oberoende av bränslekva- lltetet inom ett förutbestänt kvalitetsintervall.

6. Anordning enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att de signalbehandlande organen (17) innefattar en mikro- processor, som är progrannerad att vid registrering av en förutbestämd knackintensitet reducera trycket och sänka tänd- ningen hastigt i absoluta steg och att vid upphörande knack- níng öka trycket resp. höja tändningen ned lägre hastighet mot ursprungsvärdena.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6. k ä n n e t e c k n a d av att mikroprocessorn (17) är progrannerad att reducera tryc- ket ca 0,03 bar per vevaxelgrad tändsänkning.

8. Anordning enligt nagot av kraven 4-7, k ä n n e t e c k - n a d av att knaakdetextorn (22) är ansluten :in Signalbe- handlande organ (17), 1 vilka ett börvärde på laddtrycket som funktion av notorns varvtal âr inlagrat, och att de signalbe- handlande organen är inrättade att vid nottagande av signal indikerande knackning ned viss intensitet ge signal till de laddtrycket styrande organen (13) att sänka det verkliga ladd- trycket till en nivâ under börvärdestrycket.