SE522112C2 - Förfarande och anordning för bestämning av temperaturvärden hos materialet i åtminstone en temperaturkritisk komponent - Google Patents

Description

25 30 35 522 112 2 kan styrenheten på känt sätt inrättas så att den under drift tillser att en stökiometrisk luft/bränsleblandning (d.v.s. en blandning där Ä=l) matas till nwtorn. Detta riktvärde kan dock inte uppnås i alla driftspunkter, på 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 avgassystenl samt i eventuellt till Om dessa gränsvärden förekommande turboaggregat begränsas vissa förutbestämda maximala gränsvärden. finns annars en risk för dessa överskrids skador på komponenter.

Risken för hög termisk belastning på motorsystemet och dess komponenter är särskilt märkbar vid höga laster och driftsfall temperaturen. hos motorns avgaser begränsas, varvtal hos motorn. Vid sådana krävs att 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 överskott av bränsle tillförs motorn vid driftsfall, applicerar fullgas vid en omkörning. ett visst ovannämnda som t.ex. när fordonets förare 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 detta erfarenhetsmässiga visst förutbestämt gränsvärde. Storleken på gränsvärde kan vara baserat på 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 inte alltid är 10 15 20 25 30 35 522 112 3 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 termisk tröghet i motorsystemets olika delar. Detta medför ofta att ett onödigt tillskott av bränsle sker till motorn vilket eftersom det ökar fordonets bränsleförbrukning. under höga laster och varvtal, är en nackdel Inom det aktuella teknikomràdet 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 utgångspunkt från värden på lasten och temperaturen uppskattas ett värde på temperaturen i motorns avgassystem. Detta temperaturvärde ligger till grund för en korrigering av den till motorn matade 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 system innefattar medel för uppskattning av temperaturen hos åtminstone en komponent i motorsystemet i aktuellt driftstillstånd hos Luft/bränsleblandningen som tillförs motorn kan då styras beroende av motorn. i beroende av denna uppskattade komponenttemperaturen.

Gemensamt för de två tidigare kända systemen är att de innefattar relativt enkla modeller av temperaturen i motorsystemet, vilket i synnerhet ger en styrning som inte tar hänsyn till den termiska trögheten för respektive under en plötslig temperaturkänslig komponent, t.ex. lastökning. 10 15 20 25 30 35 522 112 4 Det finns således ett behov av att kunna ta fram temperaturvärden som kan utnyttjas på ett bättre sätt vid kylning av motorsystemet.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande för bestämning av temperaturvärden, som kan utnyttjas vid nämnda styrning.

Detta ändamål uppnås medelst ett förfarande, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav ]fl Ändamålet uppnås också medelst en anordning, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 8.

Förfarandet enligt uppfinningen är avsett att utnyttjas vid en styrning av en förbränningsmotor i ett fordon och innefattar detektering av värden avseende förutbestämda variabler hos motorns och fordonets driftstillstånd, härledning av nämnda temperaturvärden i beroende av nämnda variabler, för reglering av sammansättningen hos en till motorn tillförd luft/bränsleblandning i beroende av nämnda temperaturvärden. Uppfinningen kännetecknas av att nämnda temperaturvärden härleds i beroende av den termiska trögheten som föreligger hos nämnda komponent till följd av nämnda från motorns värmeöverföring avgaser vid förändringar i varvtal och/eller last hos nämnda motor. härledda utnyttjas för styrning av motorn så att denna kyls på ett De enligt uppfinningen temperaturvärdena kan optimalt sätt vid t.ex. plötsliga last- och varvtals- ökningar. Detta gör i sin tur att vissa förutbestämda kritiska materialtemperaturer aldrig överskrids. Denna kylning, d.v.s. begränsningen av den termiska belastningen på motorsystemet, kan exempelvis uppnås genom att de härledda temperaturvärdena utnyttjas för styrning av den till motorn tillförda luft/bränsleblandningen, varvid ett tillskott av bränsle görs i beroende av de härledda 10 15 20 25 30 35 522 112 = 5 temperaturvärdena. På så vis kan i synnerhet uppfetningen av luft/bränsleblandningen fördröjas tills dess kylande effekt verkligen behövs. Detta leder till en minskad bränsleförbrukning hos motorn jämfört med känd teknik.

Den uppfinningsenliga härledningen 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 soul överskrider ett kritiskt värde, varvid komponenten ifråga riskerar att skadas. Detta "kritiska område" definieras här som det omrâde där motorn normalt styrs med en luft/bränsleblandning som.avviker från det stökiometriska förhållandet.

Med de temperaturvärden som härleds enligt uppfinningen kan förbränningsmotorn styras så att den termiska belastningen på motorsystemet begränsas. Detta kan uppnås genom att de härledda temperaturvärdena 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. Alternativt 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 och bränsleekonomiska fördelar. Vidare kan den termiska belastningen på motorsystemet begränsas genom styrning av en termostat hörande till motorns kylare. Enligt ett ytterligare alternativ, som i synnerhet är lämpligt för motorer försedda med ett turboaggregat, kan den termiska belastningen begränsas genom styrning av laddtrycket hos turboaggregatet. Detta kan i sin tur uppnås genom en reglering av en wastegate-ventil hörande till turbo- aggregatet. 10 15 20 25 30 522 6 Genom uppfinningen medges en förbättrad motorstyrning jämfört med kända systeny varvid motorns bränsleförbrukning 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 mjukvaru- mässig kompletterande funktion i en i 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 komer 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, figur 3 är ett. diagranl soul också illustrerar uppfin- ningens funktion och dess effekt på bränsle- förbrukningen hos en förbränningsmotor, n n n n n n nn nnn nn n n nn :non nn nn nn nn n n nn n n n n n n n nn n n nn nn n n n n n n n n n n n n n o n n n n n an. .U .n n; n :n n hnn n . . .a n n z n n n n n n nn n nn nn 10 15 20 25 30 35 nu u» n n u n ~ : u: n: eo n f nu nu c n c u n v: I n _, a av x u v u o o n o: f~ ~ .i ;.= i a: a :vw 1: n : 1 o v nu v 7 visar principiellt ett arrangemang i anslutning till en utföringsform av uppfinningen, figur 4 förbränningsmotor, enligt en andra är ett flödesschema som visar funktionen hos styrningen enligt nämnda andra utföringsform, figur 5 visar principiellt ett arrangemang i anslutning enligt en tredje figur 6 till en förbränningsmotor, utföringsform av uppfinningen, och är ett flödesschema som visar funktionen hos styrningen enligt nämnda tredje utföringsform. figur 7 FÖREDRAGNA urrönmssrommn: 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- ögonblick avpassad anordning 4 så att en i varje bränsle/luftblandning till motorn 1 erhålles.

Under drift av motorn l är styrenheten 5 inrättad att styra luft-/bränsleblandningen till motorn 1 så att den i varje 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 10 15 20 25 30 35 522 112 8 fordonets driftstillstånd. Exempelvis kan motorstyrningen ske i beroende av aktuellt gaspådrag, nwtorns 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 tillföras individuellt insprutningsanordning 4. Uppfinningen kan i princip också utnyttjas vid s.k. "single-point"-insprutning, där en enda placerad i motorns kan via respektive bränsleinsprutningsanordning finns 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 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 u u ø o n o n c o 10 15 20 25 30 35 522 112 =jj¿';:=¿'°=="= 9 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 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 fordonet. Dessa givare utnyttjas för detektering av syrekoncentrationen i 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 avgaserna, en en temperatursensor 20 för den till motorn för fordonets kylvätska, inströmmande luften samt en givare 21 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 två 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 11 utan att ströma genom 'turbinen 10, vilket sänker laddtrycket i turboaggregatet 8 under drift.

För styrningen av wastegate-ventilen är denna ansluten till styrenheten 5. På så vis kan turbotrycket pâverkas genom komer avgaserna att släppas förbi reglering av wastegate-ventilens 22 funktion. 10 15 20 25 30 35 522 112 =jj¿';:=_¿"¿=jj¿_-"--" m: ..- 10 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 l 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 enligt uppfinningen ett värde på temperaturen hos åtminstone en i 'temperaturavseende kritisk komponent i styrenheten 5. Detta utnyttjas vid styrningen av motorn 1, t.ex. för en beräkning av mängden överskottsbränsle som skall tillföras respektive cylinder. den termiska temperaturvärde Enligt en föredragen utföringsform kan belastningen hos motorsystemet således genom tillförseln av överskottsbränsle, så att detta temperaturvärde aldrig överstiger ett på förhand bestämt styras gränsvärde som svarar mot att en risk för skador hos den aktuella komponenten föreligger.

I enlighet med den föredragna utföringsformen härleds företrädesvis två olika temperaturvärden. Det första värdet svarar mot temperaturen i godset i cylinderhuvudet 3. Det andra värdet svarar mot temperaturen i turboenheten 8. De aktuella punkterna väljes företrädesvis till punkter i respektive komponent som erfarenhetsmässigt kan förväntas vara känsliga för höga temperaturer. ; 4 | n - u n n | n o 10 15 20 25 30 35 522 112 e | ø Q æ n n e n 11 Figur 2 är ett flödesschema som något förenklat visar funktionen hos uppfinningen enligt den första utförings- formen. Motorstyrningen följer ett periodiskt förlopp som inleds med att ett avseende fordonets driftstillstånd detekteras med hjälp av givarna 16-21 (jfr. figur 1) och registreras i styrenheten (ruta 25). Dessa antal värden värden utgörs företrädesvis av nmtorns varvtal, motorns last (d.v.s. temperaturen hos motorns kylvätska, temperaturen hos den luftmängden per förbränning), tändvinkeln, inströmmande luften samt fordonets hastighet.

Ur de detekterade värdena på nmtorns varvtal och last modelleras två värden som här benämns bastemperaturer, TI respektive TU vilka utgör indikationer på temperaturen hos de utvalda företrädesvis utgörs av turboenheten) (ruta 26). För detta ändamål kan ett samband mellan bastemperaturerna T” T2och.motorns varvtal och last 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 inströmande luften, insprutningstiden, tändvinkeln, temperaturkritiska materialpunkterna (som cylinderhuvudet respektive 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 (ruta 27). Härvid tas korrigeringar Any, AT, fram i beroende av i vilken mån de av bastemperaturerna Tl, T2 registrerade värdena på motorns insprutningstid och tändvinkel, kylvätsketemperaturen, lufttemperaturen samt fordonets hastighet avviker från respektive nominellt värde. Exempelvis påverkas de två olika temperaturerna i 10 15 20 25 30 35 n - - | na 522 112 12 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 respektive temperaturerna hos cylinderhuvudet 3 turboenheten. På så vis kan statiskt korrigerade värden bestämmas enligt följande: Tls = Ti + ATl 'rzs = 'rz + ATZ där TIS är det statiskt korrigerade värdet på cylinder- huvudets temperatur och 'P25 är det statiskt korrigerade värdet på turboenhetens temperatur.

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

Enligt utföringsformen utnyttjas en första ordningens lågpassfiltrering vid den dynamiska korrigeringen. Härvid fås dynamiska korrigeringar av de statiskt korrigerade temperaturvärdena Tß, TZS, enligt sambanden: Tuwnï] (1 ' h1/'C1)T1M[t°1] + (hl/tlyrlsft] (1 " h2/'C2)T2M[t'1] + (hz/tzrrzsft] Tmfiï] där TN är filtrets utsignal som svarar mot den slutliga TZM är utsignalen som svarar mot den slutliga temperaturupp- temperaturuppskattningen för cylinderhuvudet 3, skattningen för turboenheten, 1:1 respektive h, är tids konstanten respektive samplings intervallet för cylinderhuvudet 3 och r, respektive h, är tidskonstanten - . u c o o n a a ø n n 10 15 20 25 30 35 Iøl on o o u n ø n na nu u: av nu u n. n u o I n o q va o e v u n v n o a n u o vu o m: ... a. ..= 1 .a a a. = . a :s a s = 1 a u n v o a» n ao 13 respektive samplingsintervallet för turboenheten.

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" för att beskriva den inneboende dynamiska temperaturfiltrering, d.v.s. den förhållandevis långsamma anpassning till en förändrad temperatur, som föreligger mellan avgaserna och godset i nwtorn 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 ¶5M och ¶3M utgör således de uppskattade 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 ZQM, Tu, och förutbestäma gränsvärden Tm, TN som svarar mot kritiska temperaturer respektive turboenheten temperaturerna vid vilka cylinderhuvudet 3 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- 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 o o o nano 10 15 20 25 30 35 nn u. n n n nun nn no q n n o av nn n v n n n se n n n m1» o a. n n n c v n n nn n . . . _- :ii a; ..; i f; ; .wa s = = ~n = = : - n o n n w n n n. o n n n 14 (Tm-Tug avseende cylinderhuvudet 3 och ett värde som svarar mot beräkningen (Tm-Tug 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 då åter startar om kommer på nytt insignaler från olika givare att detekteras. Härvid komer 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 den ovannämnda styrningen fås en reducering av den nominella mängden insprutat bränsle, vilket i sin tur ger en bränslebesparing, dock utan att de kritiska temperaturerna för cylinderhuvudet 3 eller turboenheten gäller att den korrigerade bränslemängden nedåt av ett maximalt tillåtet Å-värde (företrädesvis Ä=l).

Vidare företrädesvis överskrides. begränsas Enligt ett alternativt utförande kan styrningen___av bränsle- tillskottet i det “kritiska området" göras cylinder- individuell. För detta ändamål måste då motorn innefatta separatainsprutningsanordningarochtändvinkelstyrningför respektive cylinder. Detta finns ofta befintligt i dagens fordon. 10 15 20 25 30 Ûï, 35 522 112 15 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 t] 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 sonnmöjliggörs 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 A=1.

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 vid den ovannämnda lastökningen vid t,, eftersom materialtemperaturerna (t.ex. i cylinderhuvudet 3 och turboenheten) ändå inte ökar lika snabbt som lastförändringen sker. Härigenom.möjliggörs för varje tidssteg en viss reduktion av det överskottsbränsle som normalt skulle ha tillförts motorn. Denna reduktion svarar mot en avvikelse AB från den 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 . n c . | - 1 e n o n 10 15 20 25 30 35 -m nu c n ; u ø n nu oo on n e. o a n I. u n o u n u u uu o n u n q o: a a » o v n n v v o I v I 0 I v I I ' a~. u. .. .is u = . a En: I . - .a . ~. = f a n u u o v o. o a. n nu man; o 16 att materialtemperaturerna inte skall överstiga sina kritiska värden. Genom uppfinningen medges en lägre bränsleförbrukning än vid det nominella fallet. Det skuggade området 34 i svarar då mot bränslebesparingen jämfört med tidigare känd teknik. figur 3 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 nätresultat, 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 bastemperaturerna (ruta 26) 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 10 15 20 25 30 3; 35 522 112 - - u a ~ n | u v 17 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 variant 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 denna kylning kan inrättas. Arrangemanget enligt figur 4 motsvarar vad som visas i figur 1, med undantag för en särskild spridare 36 respektive cylinder hos motorn 1. Spridaren 36 är vidare ansluten till en vattenpump 37 som är inrättad att under driftstillstând som kännetecknas av höga laster och varvtal för vatten, som placeras vid leverera vatten under tryck.

I figur 5 visas ett flödesschema för kylningen enligt figur 4. Hänvisningssiffrorna 25-29 motsvarar vad som angivits ovan i anslutning till figur 2. När jämförelsen av de modellerade temperaturvärdena TW" Tu, næd respektive gränsvärde Tm, Tm görs bestäms i vilken mån vatteninsprut- ning via respektive spridare 36 bedöms vara nödvändig för att begränsa nmterialtemperaturerna i. cylinderhuvudet 3 respektive turboenheten. Således vatten som skall tillföras respektive cylinder för att uppnå önskad kylning (ruta 38). Härvid erhålles två olika värden, vilka svarar mot temperaturen hos cylinderhuvudet bestäms önskad mängd 3 respektive turboenheten. Dessa värden baseras på en på förhand framtagen modellering av vattenmängdens påverkan på respektive temperatur som funktion av arbetspunkt. För att säkerställa att både cylinderhuvudets 3 och turbons 10 15 20 25 30 35 522 1 12 18 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 ytterligare variant 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 i 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 motortemperaturen är lägre än gränstemperaturen.

Enligt vad som framgår av figur 6 cirkulerar dock vattnet i motorn 1 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 kylvätska till kylaren. På så vis kan motorn kylas så att de temperaturkritiska komponenterna inte skadas. 10 15 20 25 30 35 o o : | nu 522 1 12 19 I enlighet med utföringsformen 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 det flödesschema som visas i figur 7. Hänvisningssiffrorna 25-29 motsvarar vad som förklarats ovan i anslutning till figurerna 2 och 5. När jämförelsen av de modellerade temperaturvärdena¶LM, Tn,med respektive vilket vattenflöde genom kylaren 41 som krävs för den nödvändiga graden av kylning (ruta 45). För att säkerställa att både gränsvärde Tm, Tu; görs bestäms cylinderhuvudets 3 och turbons kritiska temperaturer underskrids väljs det högsta av de två framtagna vattenflödena för den fortsatta styrningen (ruta 46).

Således komer 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 ytterligare variant kan kylningen av' motorn erhållas genom en reglering av den ovannämnda wastegate- ventilen 22 (se figur 1), som för detta ändamål är elektriskt styrbar med hjälp av Till skillnad från de metoder som beskrivits ovan kan enligt närmare styrenheten 5. denna variant wastegate-ventilen 22 regleras, bestämt genom att sätta den i ett varierbart läge, för att sänka laddtrycket i Detta medför att temperaturen i turboenheten 8 minskar. Genom att utnyttja på förhand kända samband mellan turboenhetens 8 laddtryck respektive turboenheten. och modellerade värden på turboenhetens cylinderhuvudets 3 temperaturer ¶;M, Tu” kan wastegate- ventilen 22 styras så att önskat laddtryck erhålles.

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 n ß e n o n « o ø u n s. en. 10 15 20 25 30 35 :nn sun n n n n n n nn nn n nn nn n nn nn n n n a n nn n n nn n nn n n n n n u n o n. mn n. us n nn n n n m n . n n n n n nn n n 20 bara cylinderhuvudet 3 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.

Förutom de 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 variant som beskrivs i anslutning till figurerna 6 och 7 kan lämpligen inrättas så att regleringen aktiveras då kylvätskan har uppnått en viss förutbestämd gränstempe- Iatur .

Temperaturen hos en eller flera av de termiskt kritiska komponenterna kan alternativt bestämmas med hjälp av en hårdvarumässig temperatursensor som kan vara monterad i anslutning till respektive komponent. Även direkt uppmätta värden kan alltså utnyttjas i stället för modellerade värden vid 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 Dessutom kan befintliga system för detektering av felaktig (s.k. utnyttjas för modelleringen, som en ingående variabel till styrenheten. "misfire") hos motorn efterson1 en ofullständig tändning också tändning påverkar avgastemperaturen. 10 15 :nn nn n n nn nnnn nn nn n n n n nn nn n n n i n nn n n n nn nn n nn n n n n n s n nn n n n _ f., u., _, m» n nn n ~. n . n . :n n n n n n n n :n n n 21 Uppfinningen kan även utnyttjas vid motorer som saknar turboaggregat. Företrädesvis utnyttjas då avgasgrenröret som temperaturkritisk komponent vars temperatur man önskar modellera.

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 genom. olika kombinationer av de ovannämnda utförings- formerna.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 522 112 - v ø ~ nu 22 PATENTKRAV:

1. Förfarande för bestämning (26, 27, 28) av temperatur- värden (Tnfi Tflfl hos materialet i åtminstone en temperaturkritisk komponent (3; 8) som 'är anordnad i anslutning till eller inuti en förbränningsmotor (1) och som utsätts för uppvärmning genom värmeöverföring från motorns (l) avgaser, innefattande: detektering (25) av värden avseende förutbestämda variabler hos motorns (1) och fordonets driftstillstånd, härledning av nämnda temperaturvärden (Tm; Tfifl i variabler, för reglering av till tillförd luft/bränsleblandning i beroende av nämnda temperaturvärden (T1Mí T2M)f k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda temperatur- beroende av nämnda sammansättningen hos en motorn (l) värden (TM: Tm) härleds i beroende av den termiska trögheten som föreligger hos nämnda komponent (3; 8) till följd av nämnda värmeöverföring från motorns (1) avgaser vid förändringar i varvtal och/eller last hos nämnda motor (1)-

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t att nämnda härledning utgörs av en dynamisk detekterade motorns (1) d ä 1: a v, modellering av nämnda värden avseende förutbestämda variabler hos och fordonets driftstillstånd, (Tm; Tm) erhålles som mått på nämnda temperaturvärde. varvid ett dynamiskt korrigerat värde

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda dynamiska modellering innefattar en làgpassfiltrering. 10 15 20 25 30 35 522 112 . I - v nu 23 något av föregående patentkrav, d ä r a v, att nämnda härledning

4. Förfarande enligt k ä n n e t e c k n a t sker med hjälp av tabeller som är lagrade i en till motorn (1) hörande styrenhet (5) bestämt samband (23) mellan ett nått (T1; Tfi och nämnda detekterade (1) och fordonets och. som. utnyttjar ett förut- på nämnda avseende temperaturvärde värden förutbestämda variabler hos motorns driftstillstånd. föregående patentkrav, att det innefattar insprutningstid och tändvinkel,

5. Förfarande enligt något av k ä n n e t e c k n a t d ä 1? a V, mätning av motorns (1) temperaturen hos nwtorns (l) kylvätska, temperaturen hos luft som strömmar in i motorn (1), motorns (1) varvtal och luftflöde samt fordonets hastighet.

6. 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.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda temperatur- Värden (Tm, TM) svarar mot temperaturerna i materialet hos ett till motorn (1) hörande cylinderhuvud (3) respektive en till motorn (1) hörande turboenhet (8).

8. Anordning för bestämning (26, 27, 28) materialet i av temperatur- värden (Tug Tmfl hos åtminstone en temperaturkritisk komponent (3; 8) som är anordnad i anslutning till eller inuti en förbränningsmotor (1) och som utsätts för uppvärmning genom värmeöverföring från motorns (1) avgaser, innefattande åtminstone en givare (16- 10 522 112 24 av värden avseende förutbestämda (1) och fordonets driftstillstånd, samt en styrenhet (5) för reglering av en till motorn (1) 21) för variabler hos nwtorns detektering tillförd luft/bränsleblandning i beroende av nämnda värden, varvid styrenheten (5) även är inrättad för härledning av nämnda temperaturvärden (Tnu Tnfl samt för reglering av luft/bränsleblandning i temperaturvärden (Tm; TÜQ, k ä n n e t e c k n a d nämnda beroende av nämnda d ä 1: a v, att nämnda styrenhet (5) är inrättad för en härledning av nämnda temperaturvärden (Tm; TW) i beroende av den termiska trögheten som föreligger hos nämnda komponent (3: 8) till följd av nämnda värmeöverföring från Hmtorns (l) avgaser vid förändringar i varvtal och/eller last hos nämnda motor (1).