SE524395C2 - Laddluftstyrning - Google Patents

Description

41-.. . . . * :30 ny? 2 4 I . ~u . » a. 1- .- u nu; u 5 3 ,' ,,° ,, . .. n .a a a n n. a .n e. 1 n u n o o o v 0 u; a a a x. a a i. a a- 1 u o o n a . a a n v s i. 2 Mellan turboaggregatet och motorns inlopp sitter en laddluftkylare för nedkylning av laddluften. Nedkylningen av den i turboaggregatet komprimerade och därmed upphettade luften bidrar till att öka densiteten hos luften, så att mer luft kan tillföras motorn. En lägre temperatur hos laddluften bidrar även till bättre förbränningsför- hållanden och t.ex. mindre kväveoxider i avgaserna.

Ett problem i samband med laddluftkylare uppstår dock vid en lastväxling med stor positiv derivata för insprutad bränslemängd. Luftvolymen i själva laddluftkylaren bidrar nämligen till att luftvolymen mellan turboaggregatet och motorns inlopp vid en sådan lastväxling är för stor för att tillräckligt laddlufttryck ska hinna byggas upp, varvid bränsle/luft-blandningen som då tillförs motorn kommer att innehålla för lite luft. Ett annat problem kan uppstå då vann laddluft önskas, såsom vid upp- värmning av motorn, eftersom luften då kan kylas för mycket i laddluftkylaren.

Det finns olika lösningar på ovan nämnda problem. En lösning är att koppla förbi hela laddluftkylaren. Exempel på sådana konstruktioner visas i patentdokumenten US 4513729, JP 60-8435 och JP 09256915. Ett problem med denna typ av lösning är att antalet rörledningar ökar. Dessutom får man ingen kylning alls av laddluften i laddluftkylaren.

US 5632256 visar en annan konstruktion med en laddluftkylare där hela kylelemen- tet hos laddluftkylaren kan kopplas bort. Därmed minskar luftvolymen mellan tur- boaggregatet och motoms inlopp, men man får fortfarande ingen kylning alls av laddluften i laddluftkylaren.

En tredje typ av konstruktion visas i JP 4-132831 och i JP 1-92523, där laddluftkyla- ren är uppdelad i två separata delar, av vilka en kan stängas av för att minska luft- volymen. Denna konstruktion blir dyr och skrymmande på grund av ett stort antal ingående konstruktionsdetalj er. 10 15 20 25 30 524 395 3 SAMÉMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser att lösa problemet med för långsam uppbyggnad av trycket i laddluften vid en lastväxling med stor positiv derivata för insprutad bräns- lemängd, och därmed minska partikelmängden i avgasema, utan nackdelama i tidi- gare känd teknik. Uppfinningen avser även att lösa problemet med för kraftig kyl- ning av laddluften då vann laddlufi önskas, utan nackdelarna i tidigare känd teknik.

Detta åstadkommes genom ett forfarande för styrning av utnyttjad volym i en ladd- luftkylare för ett motorfordon, och en laddluftkylare för ett motorfordon, vilken laddlufikylare innefattar en inloppstub, en utloppstub, ett kylelement med kanaler för kylning av strömmande luft, anordnat mellan inloppstuben och utloppstuben, och en styranordning för styrning av strömmande luft genom laddluftkylaren, där styr- anordningen under vissa förhandsbestämda betingelser stänger av kylelementet par- tiellt, så att luften endast strömmar genom en del av kylelementet. De förhandsbe- stämda betingelserna utgörs av en positiv derivata, överstigande ett visst värde, för insprutad bränslemängd.

Med denna konstruktion kan luftvolymen mellan turboaggregatet och motorns in- lopp på ett enkelt sätt minskas vid behov. Konstruktionen erbjuder ett enkelt, smi- digt och billigt sätt att minska nämnda luftvolym, och därmed snabbare erhålla rätt laddlufttryck respektive mindre kylning av laddluften, som är befriat från nackde- lama med tidigare känd teknik.

De förhandsbestämda betingelsema kan lämpligen även utgöras av ett behov av laddluftförvännning, och företrädesvis delar styranordningen, vid partiell avstäng- ning av kylelementet, upp kylelementet i två skilda delar, av vilka den ena är större än den andra. Dessa betingelser, samt att bara tillåta luften att strömma genom den mindre delen, leder till att rätt laddlufttryck respektive mindre kylning av den i tur- boaggregatet uppvärmda laddluften snabbt kan erhållas. 10 15 20 25 30 524 395 Uppfinningen avser även ett datorprogram för utförande av det ovan nämnda förfa- randet, samt en datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medel, som inne- fattar nämnda datorprogram. Därmed kan en styrenhet enkelt instrueras avseende regleringen av styranordningen. Uppfinningen avser även en styrenhet innefattande ett datorläsbart medel, som innefattar nämnda datorprogram.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen ska nu beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: fig. 1 schematiskt visar en laddluftkylare enligt föreliggande uppfinning där hela volymen av ett kylelement används; och fig. 2 schematiskt visar laddluftkylaren enligt fig. 1 där den utnyttjade volymen har reducerats.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Fig. 1 respektive 2 visar en laddluftkylare 1 för en lastbil. Laddluftkylaren l inne- fattar en inloppstub 2, en utloppstub 3, en värmeväxlardel med ett kylelement 4 mellan tubema 2, 3, och en styranordning 5, 6, 5°, 6”.

Laddluftkylaren 1, som vanligen är anordnad framför kylaren hos lastbilen, tar emot luft via inloppstuben 2, vilken luft ska tillföras motorn, för att ingå i en bränsle/lutt- blandning för förbränning i motorn. Luften har innan den kommer till laddluftkyla- ren 1 komprimerats i ett turboaggregat, varvid tryck och temperatur hos luften har höjts. I laddluftkylaren 1 sänks sedan temperaturen hos luften då den passerar kyl- Llï 10 15 ”Fm a,v»; 1 o 1.: > 1 1 524 395 -na- s I | ~ - | : - v» 5 elementet 4. Temperaturen sänks för att densiteten hos luften ska öka, så att mer luft kan föras in i motorn. En sänkning av temperaturen ger även bättre förbränningsför- hållanden i motorn och därmed lägre skadliga utsläpp, av t.ex. kväveoxider, samt en lägre bränsleförbrukning.

Då föraren av lastbilen beordrar en lastväxling, genom att trycka ned gaspedalen, registreras detta av en styrenhet 7, som direkt beordrar ökad mängd bränsle/ luft- blandning till motom. Bränsle tillförs då relativt fort via ett bränsletillförselsystem, medan det tar längre tid för luften att tillföras. Anledningen till att det tar längre tid för luften att tillföras är att det höga lufttryck som bildas av turboaggregatet ska byggas upp i hela den volym som finns mellan turboaggregatet och motorns inlopp, innan luften tillförs motorn.

Vid en lastväxling med stor positiv derivata för den insprutade bränslemängden, t.ex. i en situation då en förare av fordonet snabbt trycker ned gaspedalen maximalt från ett läge vid lugn körning, hinner inte ett tillräckligt lufttryck byggas upp mellan turboaggregatet och motoms inlopp innan luften släpps in i motorn. Motorn får då för lite luft, vilket ger dålig förbränning och därmed ökad partikelförekomst i avga- Sßfna.

I laddluftkylaren 1 i fig. 1 kan en stor del av volymen i kylelementet 4 stängas av, så att den volym hos vilken ett högt tryck måste byggas upp kraftigt reduceras, vilket visas i fig. 2. Luftens strömning genom laddluftkylaren antyds av pilarna i fig. l och 2. Eftersom det går fortare att bygga upp rätt tryck i en mindre, reducerad volym, än i den större ordinarie, får man, med partiellt avstängd volym, som i fig. 2, en snabb- are respons från laddluftkylaren l. Samtidigt har man kvar en viss kylning av luften, vilket gör att laddluftkylaren 1 passar för fler olika driftsfall än en laddluftkylare 1 där kylelementet 4 kopplas förbi helt för att reducera volymen mellan turboaggre- gatet och motoms inlopp. --;>» Um 10 15 20 30 524 595 ~ Q = - . . - - @ - » n - .v 6 Reduceringen av volymen beordras av styrenheten 7, som även beordrar insprutad bränslemängd och känner av aktuellt laddtryck. Styrenheten 7 räknar ut om redu- cering av volymen är nödvändig för att rätt laddtryck ska hinna uppnås tillräckligt fort. När reducering av volymen är nödvändig ger styrenheten 7 order till en styran- ordning 5, 6, 5”, 6” i laddluftkylaren 1 att styra luften så att den endast passerar ge- nom en del av kylelementet 4. Kommunikationen mellan styrenheten 7 och styran- ordningen 5, 6, 5”, 6” är i figurerna antydd med streckade linjer. Styranordningen 5, 6, 5”, 6” i laddluftkylaren 1 äri fig. 1 utformad av spjäll 5, 5”, i form av plåtskivor, i inlopps- och utloppstuberna 2, 3, och av ställdon 6, 6” i form av pneumatiska cylind- rar, som styr spjällen 5, 5”.

När ställdonen 6, 6” vrider spjällen 5, 5” till läget enligt fig. 2 leds således all luft in i kylelementet 4 ovanför spjället 5 i inloppskanalen 2. I kylelementet 4, som är upp- byggt av kanaler i form av rör eller plattor, finns ingen möjlighet för luften att strömma nedåt. Luften kommer således även ut ovanför spjället 5” i utloppskanalen 3, varvid volymen i vilken rätt laddtryck måste byggas upp har minskats med den avstängda volym som finns nedanför nivån för spjällen 5, 5”, vilken nivå är antydd med streckprickad linje vid kylelementet 4 i fig. 2. Styranordningen 5, 6, 5”, 6” har således delat upp kylelementet 4 i två skilda delar 8, 9, av vilka den ena 8 är större än den andra 9, och luften har endast strömmat genom den mindre delen 9 under den partiella avstängningen av kylelementet 4.

Styrenheten 7, som beräknar eller känner av derivatan för insprutad bränslemängd, eller motsvarande för derivatan indikativ parameter, beordrar, när derivatan har minskat tillräckligt, en tillbakavridning av spjällen 5, 5”, till läget enligt fig. 1, så att laddluftkylarens 1 totala kylande volym används, vilket ger de bästa förbrännings- förhållandena. En viss kylning har dock upprätthållits även under den ovan nämnda transienten, d.v.s. tidsperioden med stor positiv derivata för insprutad bränslemängd, då en del av laddluftkylarens volym stängdes av. w-Ue 10 l5 20 25 5 2 i 3 g 5 u.. n' o . -1 nu u av un: u i u» .a u a. n n. n I o av u :o en n n n n n o n o a :nu o v o o n a a u I u u n o v 0 u o n g u u u v.. .a 7 Styrenheten 7 utgörs av någon typ av dator, innehållande t.ex. en mikroprocessor enligt känd teknik inom fordonstekniken, som utför beräkningar och ger olika kommandon på basis av vad som anges i ett datorprogram för styrning av utnyttjad volym i laddluftkylaren 1. Datorprogrammet är lagrat på ett datorläsbart medel 10, såsom ett flash-minne, ett ROM-minne, eller EPROM, vilket medel 10 läses av da- tom 7. Styrenheten 7 utnyttjar sensorer placerade vid motorn för att erhålla värden som ska ligga till grund för beräkningar och kommandon.

Styranordningen 5, 6, 5”, 6” i laddluftkylaren 1 kan även användas fór att reglera temperaturen hos laddluften, om så önskas, genom att styra hur stor del av kylele- mentet 4 som luften ska strömma igenom. Varm laddluft kan t.ex. vara önskvärt vid uppvärmning av motorn. Styrenheten 7 utnyttjar då erhållna temperaturvärden från sensorema vid motorn för att vid behov minska utnyttjad kylande del av kylelemen- tet 4. 1 en altemativ utföringsform kan kanalema genom kylelementet 4 ha större tvär- snittsarea i den mindre delen 9 av kylelementet 4, genom vilken luften strömmar vid partiell avstängning av kylelementet 4, som i fig. 2. Genom att ha en större tvär- snittsarea i dessa kanaler reduceras tryckfallet för luften vid strömning genom ka- nalerna, vilket underlättar uppbyggandet av rätt laddlufttryck. I en sådan utförings- form strömmar luften lämpligen genom antingen en mindre 9 eller en större 8 del av kylelementet 4, och aldrig genom hela kylelementet 4 samtidigt. Härigenom undvi- kes att en alltför stor andel av luften passerar kanalerna med störst tvärsnittsarea och därmed lägst strömningsmotstånd, vilket inte skulle ge optimal kylning. För att möj- liggöra strömning bara genom antingen den större 8 eller den mindre 9 delen av kyl- elementet 4 måste anordningen av spjällen 5, 6, 5”, 6' i laddluftkylaren ändras, t.ex. så att de vrids runt axlar belägna intill kylelementet 4, istället för axlar mitt i tuberna 2, 3, som i fig. 1 och 2. -s».~§ 524 395 8 Vad som har nämnts ovan ska inte ses som begränsande för uppfinningen, utan bara som möjliga utföringsformer. T.ex. kan denna typ av laddluftkylare användas vid alla typer av motorfordon och inte bara i lastbilar. Ställdonen i styranordningen kan utgöras av t.ex. elektriska ställmotorer, och spj ällen kan bytas mot någon typ av ventiler. Även många andra alternativa utforingsformer ryms inom ramen för de ef- tertblj ande patentkraven.

Claims (8)

10 15 20 25 . »nu , . e o | n ' u 524 395 « | ~ - .n PATENTKRAV

1. Förfarande för styrning av utnyttjad volym i en laddluftkylare (1) för ett motor- fordon, vilken laddluftkylare (1) innefattar en inloppstub (2), en utloppstub (3), ett kylelement (4) med kanaler för kylning av strömmande luft, anordnat mellan in- loppstuben (2) och utloppstuben (3), och en styranordning (5, 6, 5°, 6°) för styming av strömmande luft genom laddluftkylaren, varvid styranordningen (5, 6, 5”, 6”) un- der vissa förhandsbestämda betingelser stänger av kylelementet (4) partiellt, så att luften endast strömmar genom en del av kylelementet (4), känneteckn at av att betingelserna utgörs av en positiv derivata, överstigande ett förhandsbestämt värde, för insprutad bränslemängd.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, känneteckn at av att betingelsema utgörs av ett behov av laddluftförvännning.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, känneteckn at av att styranordningen (5, 6, 5', 6'), vid partiell avstängning av kylelementet (4), delar upp kylelementet (4) i två skilda delar (8, 9), av vilka den ena (8) är större än den andra (9).

4. Laddluftkylare (1) för ett motorfordon, vilken laddluftkylare (1) innefattar en in- loppstub (2), en utloppstub (3), ett kylelement (4) med kanaler för kylning av strömmande luft, anordnat mellan inloppstuben (2) och utloppstuben (3), och en styranordning (5, 6, 5”, 6°) för styming av strömmande luft genom laddluftkylaren, varvid styranordningen (5, 6, 5', 6”) är anordnad att kunna stänga av kylelementet (4) partiellt, så att luften endast strömmar genom en del av kylelementet (4), kän- netec kn ad av att styranordningen är anordnad att stänga av kylelementet partiellt vid en positiv derivata, överstigande ett förhandsbestämt värde, för insprutad bräns- lemängd. 10 a .g un 0 0 " '°': .z nl 0 ' ' . .. .n o 2 2 _ , . o ~ f o ~~ - . o I , 1 u» c n. u.. vi: 1 .c :. n § Å . i n H 10

5. Laddluftkylare (1) enligt patentkrav 4, kännetecknad av att styranordningen (5, 6, 5°, 6°), vid partiell avstängning av kylelementet (4), delar upp kylelementet (4) i två skilda delar (8, 9), av vilka den ena (8) är större än den andra (9).

6. Datorprogram, som när det körs på en dator (7) utför förfarandet enligt patentkrav 1.

7. Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medel (10), som innefattar datorprogrammet enligt patentkrav 6.

8. Styrenhet (7) innefattande ett datorläsbart medel (10), som innefattar datorpro- grammet enligt patentkrav 6.