SE525677C2 - Arrangemang och förfarande för att styra en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 35 f' f? f? f. 4 rnfi cylindern varieras. Ju senare inloppsventilen stänger desto kortare väg hos kolvrörelsen utnyttjas för kompression av bränsleblandningen. Genom att variera inloppsventil- stängningen och därmed det effektiva kompressionsförhållandet i cylindern kan sj älvantändningen av bränsleblandningen fås att ske vid en väsentligen optimal vevax- elvinkel.

En nackdel med ovan nämnda strategier är att de tillhandahåller en styrning av självantändningen hos en HCCl-motor inom ett relativt begränsat belastningsområde. I de flesta tekniska tillämpningar måste en motor kunna utnyttjas över ett relativt stort belastningsområde för att vara användbar.

SAMMANFATTNING AV UPPF INN IN GEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang och ett förfa- rande för att tillhandahålla en effektiv styrning av sj älvantändningen av en förbrän- ningsmotor av inledningsvis nämnt slag så att den kan utnyttjas inom ett relativt stort belastningsområde.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kän- netecknas av de särdrag som anges i patentkravets l kännetecknande del. Här utnyttjas, i ett delområde, en strategi som innebär att det effektiva kompressionsförhållande i cylindern varieras. Genom att på ett lämpligt sätt variera kompressionsförhållandet i cylindern kan bränsleblandníngar för olika belastningar fås att självantända vid en vä- sentligen optimal vevaxelvinkel. Denna strategi kan användas i ett delområde som har en lägsta belastning där ett optimalt kompressionsförhållande råder och en högsta be- lastning där det effektiva kompressionsförhållandet reducerats till ett minsta accepta- belt värde. En sådan begränsning till ett minsta acceptabelt värde är nödvändig då en reducering av det effektiva kompressionsförhållandet medför att lambda-värdet sjunker dvs. syrehalten i avgasema minskar. Sänkningen av lambda-värdet resulterar i motsva- rande tryckstegringar och ökade emissioner. Vid högre belastningar än vad denna stra- tegi klarar av använder styrenheten en strategi som innebär att kylda avgaser leds till förbränningsutrymrnet. De kylda avgasema gör att bränsleblandningen kommer att antändas senare. Därmed kan styrenheten höja det effektiva kompressionsförhållandet i cylindern och Lambda-värdet vilket resulterar i att mer bränsle kan tillföras bränsle- blandningen i förbränningsutrymmet och en högre motorbelastning erhålls. Denna strategi är således tillämpbar i ett belastningsområde som är högre än och angränsar till 10 15 20 25 30 35 fny- /rfl-“I belastningsområde för den strategi som endast innebär att det effektiva kompressions- förhållande i cylindern varieras. Genom att styrenheten utnyttjar skilda strategier inom olika delområden som angränsar till varandra kan sj älvantändningen styras mot en op- timal vevaxelvinkel inom ett relativt stort belastningsområde.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning är styrenheten inrättad att reglera det effektiva kompressionsförhållandet i cylindern genom att initiera en va- rierbar inloppsventilstängning. Att variera inloppsventilstängningen är ett okomplicerat sätt att reglera det effektiva kompressionsförhållandet. Ju senare inloppsventilen stäng- er desto kortare sträcka kan kolvrörelsen i cylindern komprimera bränsleblandningen.

Med fördel innefattar arrangemanget åtminstone ett hydrauliskt styrsystem för att lyfta inloppsventilen och avgasventilen. Sådana hydrauliska styrsystem som snabbt variera inloppsventilstängningen från en förbränningsprocess till en annan i beroende av mott- agna styrsignaler från styrenheten är konventionellt tillgängliga.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar arrange- manget en returledning som sträcker sig från en avgasledning hos förbränningsmotorn till en inloppsledning för luft till förbränningsutrymmet. Därmed kan avgaser från tidi- gare förbrärmingsprocesser blandas in i luften och ledas till förbränningsutrymmet.

Med fördel innefattar returledningen en ventil för att styra tillförseln av avgaser till inloppsledningen. Styrenheten styr därvid ventilen så att en bestämd mängd avgaser tillförs förbränningsutrymmet. Företrädesvis innefattar returledningen en kylare för att kyla avgaserna innan de når inloppsledningen. Med en sådan kylare kan avgaserna ges en väsentligen bestämd temperatur innan de leds in i förbrärmingsutrymmet.

Enligt en annan föredragen ut-föringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar arran- gemanget en första sensor för är att avkänna en parameter som indikerar starten av en förbränningsprocess i förbränningsutrymmet och en andra sensor för att uppskatta vev- "xelvinkeln hos fïórbränningsrriotorn, varvid styrenheten är inrättad att bestämma vev- axelvinkeln för starten av förbränningsprocessen. Nämnda första sensor kan vara en trycksensor som avkänner trycket i förbrärmingsutrymmet. Med infonnation om tryck- karakteristiken i förbränningsutrymmet kan styrenheten bestämma vid vilken vevaxel- vinkel som självantändningen skedde. Den första sensorn kan alternativt vara en ljud- sensor eller någon annan lämplig sensor med vilken självantändningen i förbrännings- utrymmet kan detekteras. Den andra sensorn kan vara en sensor som avkärmer vridlä- get hos exempelvis motoms svänghj ul. Företrädesvis är styrenheten inrättad att jämföra 10 15 20 25 30 35 den verkliga vevaxelvinkeln för sj älvantändningen av förbränningsprocessen med lag- rade information avseende den optimala vevaxelvinkel för självantändning av förbrän- ningsprocessen och att styra sj älvantändningen av den följ ande förbrärmingsprocessen med hjälp av denna information. Styrenheten kan beräkna skillnaden mellan den verk- liga vevaxelvinkeln för sj älvantändningen av förbränningsprocessen med lagrade in- formation avseende den optimala vevaxelvinkeln. Styrenheten styr därefter lyften av ventilerna i en riktning så att denna eventuella beräknade skillnad elimineras under nästa förbrärmingsprocess.

Enligt en annan föredragen utföringsform av Föreliggande uppfinning innefattar arran- gemanget en inloppsledning för tillförsel av luft till förbränningsutrymmet och ett in- sprutningsmunstycke för insprutning av bränsle i förbränningsutryrnmet. Här tillförs luft och bränslet separat till förbränningsutrymmet där de blandas. Altemativt kan luft och bränsle blandas utvändigt om bränsleblandning och gemensamt ledas in i förbrän- ningsutrymmet.

Uppfinningens syfte uppnås även med förfarandet av inledningsvis nämnt slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 11 kännetecknande del. Genom att utnyttja två olika strategier för att styra självantändningen av bränsleblandningen inom olika belastningsdelområden som angränsar till varandra kan en kontinuerlig styrning av sj älvantändningen av den typ av förbränningsmotor, som vanligtvis be- nämns HCCI-motor, erhållas inom ett relativt brett belastningsområde.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom-ett exempel en föredragen utföringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: ig. l visar en forbfirflingsmotoi' rrred ett arrangemang enligt föreliggande uppfin- ning, Fig. 2 visar ventillyft hos en förbränningsmotor enligt en första strategi, Fig. 3 visar ventillyft hos en förbrärmingsmotor enligt en andra strategi, Fig. 4 visar det effektiva kompressionsförhållandet som funktion av vevaxelvinkeln för inloppsventilsstängningen, F lg. 5 visar schematiskt tre delbelastningsområden hos en förbränningsmotor vilka styrs av tre olika strategier och 10 15 20 25 30 35 FIN 1"' x. ..._ ßflf? Fig. 6 visar ett flödesschema som beskriver ett förfarande för att styra självantändning- en hos en törbränningsmotor.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN F ÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visas ett arrangemang för att styra en förbrärmingsmotor 1 av den typ där en ho- mogen blandning av bränsle och luft komprimeras tills en sj älvantändning av bland- ningen sker medelst den under kompressionen bildade värmen. En sådan motor 1 be- nämns vanligtvis HCCI-motor ( Homogenous Charge Compression Ignition). En HCCI-motor kan ses som en kombination av en ottomotor och en dieselmotor. Här visas en cylinder 2 hos motorn 1. Motorn 1 kan självfallet ha ett väsentligen godtyck- ligt antal sådana cylindrar 2. Motorn 1 innefattar ett förbränningsutrymme 3 som nedåt i cylindern 2 begränsas av en rörlig kolv 4. Kolven 4 är förbunden med en vevaxel 5 via en vevstake 6. Kolvens 4 rörelser i cylindern 2 överförs till en rotationsrörelse av vevaxeln 5.

Då kolven 4 rör sig nedåt i cylindern 2 och en inloppsventil 8 är öppen sugs luft in i det expanderande förbränningsutrymmet 3, via en inloppsledning 7. En bränslepump 9 sprutar samtidigt in bränsle i förbränningsutrymmet 3 via ett insprutningsmunstycke 10. l samband med att kolven 4 vänder i ett nedre ändläge stängs i regel inloppsventi- len 8. Kolvens 4 efterföljande rörelse uppåt tillhandahåller en kompression av bränsle- blandningen i förbränningsutrymmet 2. Bränsleblandningen erhåller en temperaturök- ning som står i relation till kompressionsgraden. Väsentligen i samband med att kolven 4 passerat ett övre ändläge i cylindern 2 ska bränsleblandningen ha uppnått den tempe- ratur då en självantändning av bränsleblandningen sker. Under förbränningsprocessen sker en kraftig expansion i förbränningsutrymmet 3 och kolven 4 trycks nedåt. Efter att kolven 4 passerat det nedre ändläget öppnas en avgasventil 11. Kolven 4 trycker där- rned under rörelsen uppåt ut avgaserna som bildats under förbränningsprocessen, via avgasventilen 11, till en avgasledning 12.

Arrangemanget innefattar en returledning 13 för recirkulation av avgaser vilken sträck- er sig från avgasledningen 12 till inloppsledningen 7. Returledningen 13 innefattar en ventil 14 och en kylare 15. Arrangemanget innefattar även en trycksensor 16 som är inrättad att avkärma trycket i forbränningsutrymmet 3 och en sensor 17 som är inrättad att avkänna vevaxelns 5 vridläge. Sensorn 17 kan här, exempelvis, avkärma positionen 10 15 20 25 30 35 Fñï" /Fjffl _. 1 hos motoms svänghjul. Arrangemanget innefattar ett schematiskt visat hydrauliskt sy- stem l8a för att lyfta inloppsventilen 8 och ett schematiskt visat hydrauliskt system 18b för att lyfta avgasventilen 11. Lyftningen av inloppsventilen 8 och avgasventilen ll sker här oberoende av vevaxelns vridläge. Arrangemanget innefattar en styrenhet 19 som är inrättad att styra motorn 1 så att en sj älvantändning av bränsleblandningen sker vid en optimal vevaxelvinkel. Styrenheten 19 är inrättad att mottaga signaler från sen- sorerna 16, 17 och sända styrsignaler till de hydrauliska systemen l8a, b så att lyft- ningen av inloppsventilen 8 och avgasventilen 11 sker vid önskade vevaxelvinklar.

Styrenheten 19 kan vara en datorenhet med en lämplig mjukvara.

F ig. 2 visar med heldragna linjer en inloppsventils 8 lyftsträcka d och en avgasventils ll lyftsträcka d som funktion av vevaxelvinkeln cad ( crank angle degree) vid en kon- ventionell styming av inloppsventilen 8 och avgasventilen l 1. Inloppsventilöppningen ivo (inlet valve opening) sker här väsentligen vid kolvens 4 övre ändläge vid en vevax- elvinkel som här betecknats med 0°. Inloppsventilstängningen ivc (inlet valve closure) sker här strax efter kolvens passerat det nedre ändläget vid vevaxelvinkeln l80°. Av- gasventilöppningen evo (exhaust valve opening) sker här vid en vevaxelvinkeln av cirka 500° och avgasventilstängningen evo (exhaust valve closure) sker här väsentligen i kolvens övre ändläge vid vevaxelvinkeln 720°. Eftersom motorn 1 är en fyrtaktsmotor utför den en arbetscykel under en vevaxelvridning av 720°. Vevaxelvinklama 0° och 720° är således likvärdiga ur arbetscykelsynpunkt. Avgasventilstängningen evo och inloppsventilöppningen ivo sker vid en konventionell ventilstyming väsentligen samti- digt eller med en viss överlappning så att förbränningsutrymmet garanterat töms på avgaser efter en förbränningsprocess. Den optimala vevaxelvinkeln cadiop, för självan- tändningen av bränsleblandningen är belägen väsentligen omedelbart efter att kolvens 4 passerat det övre ändläget vid vevaxelvinkeln 360°. Svårigheten att tillföra en bräns- leblandning som väsentligen exakt sj älvantänder vid den optimala vevaxelvinkeln cadi- om är en bidragande orsak till att HCCI- motorer väsentligen inte hittills kommit till användning konventionellt.

En första i sig känd strategi I för att styra sj älvantändningen av bränsleblandningen till den optimala vevaxelvinkeln cadiopt är att stänga avgasventilen ll innan kolven 4 når det övre ändläget vid 720° och att öppna inloppsventilen 8 efter att kolven 4 passerat det övre ändläget vid 0°. Sådana ventillyft som innefattar en tidigare avgasventilstäng- ning evc' och en senare inloppsventilöppning ivo” visas med streckade linjer i fig. 2.

En tidigare avgasventilstängning evc” och en senare inloppsventilöppning ivo” skapar 10 15 20 25 30 35 r' n r' få ff* rv w»_^..«' en s.k. negativ överlappning under ett vevaxelvinkelområde där både inloppsventilen 8 och avgasventilen 11 är stängda. Avgasventilen ll är här stängd under ett vevaxelvin- kelområde a innan 720° och inloppsventilen är stängd under ett vevaxelvinkelområde b efter 0°. Den negativa överlappningen blir här summan av vevaxelvinkelområdena a och b. Den tidigare avgasventilstängningen evc” medför att förbränningsutrymmet 3 inte helt töms på avgaser utan att en viss mängd avgaser kommer att sparas i förbrän- ningsutrymmet 3. Den senare öppningen av inloppsventilen 8 medför att de kvarvaran- de avgasemas tryck hinner reduceras till en nivå så att de inte strömmar ut genom in- loppsventilen 8 då den öppnas. Den negativa överlappningen resulterar således i att varma avgaser från en förbränningsprocess sparas i förbränningsutrymmet till en efter- följande förbränningsprocess. De vanna avgaserna vänner därmed upp bränslebland- ningen så att den erhåller en tidigare självantändning. Med en lämplig styrning av in- loppsventilen 8 och avgasventilen ll kan en varierbar mängd avgaser sparas i förbrän- ningsutrymmet 3 så att självantändningen av den efterföljande förbränningsprocessen väsentligen sker vid den optimala vevaxelvinkeln cadiopt, En andra i sig känd strategi II för att styra sj älvantändningen av bränsleblandningar för olika belastningar till en väsentligen optimal vevaxelvinkel cadiopt är att tillhandahålla en senare inloppsventilstängning ivc”. Fig. 3 visar med heldragna linjer inloppsventi- lens 8 lyftsträcka d och avgasventilens ll lyftsträcka d som funktion av vevaxelns vridvinkel cad ( crank angle degree) vid en konventionell lyftning av inloppsventilen 8 och avgasventilen 11. Ett ventillyft som resulterar i en senare inloppsventilstängningen ivc” visas med streckade linjer. I övrigt sker ventillyften enligt strategi II på ett kon- ventionellt sätt enligt den heldragna linjen. Genom att stänga inloppsventilen 8 vid en senare vevaxelvinkel ivc” reduceras den sträcka som kolvrörelsen kan komprimera bränsleblandningen och ett reducerat effektivt kompressionsförhållande erhålls i cylin- dern 2.

Fig. 4 visar hur det effektiva kompressionsförhållandet c varierar som funktion av en inloppsventilstängning ivc vid olika vevaxelvinklar cad. Här framgår att ett optimalt effektivt kompressionsförhållande c erhålls med en inloppsventilstängning ivcopt strax efter en vevaxelvinkel av 180°. En tidigare och en senare inloppsventilstängningen ivc än den optimala ger ett lägre effektivt kompressionsförhållande c. En lägre effektivt kompressionsförhållande c innebär således att bränsleblandningen erhåller en reduce- rad kompression i cylindem 2. Det effektiva kompressionsförhållandet c bör dock inte underskrida en lägsta värde cmin. Ett reducerat effektivt kompressionsförhållande med- 10 15 20 25 30 35 rfnr- .fvt-v ~.».._.' V4 för att lambda-värdet, som kan mätas medelst en lambdasond hos motom 1, sjunker dvs. syrehalten i avgaserna minskar. En sänkning av lambda-värdet resulterar i motsva- rande tryckstegringar och ökade emissioner. Inloppsventilstängningen ivc bör därför inte avvika allför mycket från den optimala inloppsventilstängningen ivcqn. F ig. 4 visar en maximal ínloppsventilstängning ivcmax som inte bör överskridas och en minimal inloppsventilstängning ivcmin som inte bör underskridas för att det lägsta godtagbart effektiva kompressionsförhållandet omm inte ska underskridas. Därmed kan en senare inloppsventilstängning ivc än den optimala varieras inom ett vevaxelvinkelområde e och en tidigare inloppsventilstängning ivc än den optimala varieras inom ett vevaxel- vinkelområde f. Med ett reducerat kompressionsförhållande i cylindern 2 sker en för- dröjning av sj älvantändningen. Genom att styra inloppsventilstängningen ivc till en vevaxelvinkel på ett lämpligt avstånd från det optimala ivcopt erhålls ett reducerat kompressionsförhållande i cylindem 2 så att självantändningen sker vid en optimal vevaxelvinkel cadiopt.

Då motom l har en belastning som motsvarar en exakt ideal sammansättning av bränsle och luft sj älvantänder bränsleblandningen av kompressionsvärmen vid den optimala vevaxelvinkel cadiopt. I de fall motom 1 har en lägre belastning och en magra- re bränsleblandning än den ideala kan den inte sj älvantändas av kompressionsvärmen.

Strategi I kan här utnyttjas och tillföra varma avgaser i en lämplig mängd för att höja bränsleblandningen temperatur så att sj älvantändningen sker vid den optimala vevaxel- vinkeln cadjopl. Då motom 1 har en högre belastning och en fetare bränsleblandning än den ideala sj älvantänder den för tidigt av kompressionsvärmen. Strategi II kan här ut- nyttjas och medelst en lämplig reducering av det effektiva kompressionsförhållandet c i cylindem 2 kan självantändningen fördröjas så att den sker vid den optimala vevaxel- vinkeln cadiopí. Strategi I och strategi II är således tillämpbara inom skilda belastnings- områden som angränsar till varandra. Genom att utnyttja strategi I för magrare bränsle- blandningar än den ideala och strategi Il för fetare bränsleblandningar än den ideala kan en optimal sj älvantändningen tillhandahållas inom ett relativt stort belastningsom- råde.

Eftersom det effektiva kompressionsförhållandet c inte bör begränsas allför mycket är strategi II inte tillämpbar för belastningar över ett visst värde. Bränsleblandningar för sådana höga belastningar har här en sammansättning så att de självantänds före den optimala vevaxelvinkel cadiopj även vid en maximalt accepterbar reducering av det ef- fektiva kompressionsförhållandet omm. Här kan en tredje strategi III användas. Strategi 10 15 20 25 30 35 fnrf frn; '\.'¿ I III innebär att kylda avgaser leds till förbränningsutrymmet 3. De kylda avgaserna gör att bränsleblandningen kommer att antändas senare. Styrenheten 19 kan därmed höja det effektiva kompressionsförhållandet c genom att stänga inloppsventilen 8 något närmare den optimala vevaxelvinkel ivcom. Syrehalten i avgaserna stiger och därmed Lambda-värdet. Styrenheten 19 kan nu tillföra mer bränsle till förbränningsutrymmet 3 så att en högre motorbelastning erhålls. Tillförseln av kylda avgaser medför att in- loppsventilstängningen ivc förskjuts längs kurvan i Fig. 4 åt vänster till ett ivc värde som är beläget mellan ivcmax och ivcom. Medelst strategi III är det således möjligt att även inom detta höga belastningsornråde styra självantändning av bränsleblandningen medelst en variation av det effektiva kompressionsförhållande c i cylindern 2 utan att det lägsta acceptabla effektiva kompressionsförhållandet omm underskrids. Strategi III är således tillämpbar i ett belastningsområde som är högre än belastningsområdet för strategi II. Genom att utnyttja en styrning som innefattar båda strategi II och strategi III kan Styrenheten styra sj älvantändningen av bränsleblandningar mot en optimal vevax- elvinkel cadop, inom ett relativt stort belastningsområde.

Med fördel utnyttjas alla tre strategiema I, Il, III för att styra motom 1 i ett belastnings- område Lm som består av tre delområden Ly, LU, Lm. Pig. 5 visar schematiskt de tre delområdena LI, LH, Lm som funktion av last L och motorvarvtal rpm. Strategi I ut- nyttjas för tomgångskörning och då en låg belastning föreligger, strategi II då en me- delhög belastning föreligger och strategi III då en hög belastning föreligger. De olika strategierna I, II och III kan således fås att arbeta i delområden LI, LH, LU; som naturligt övergår i varandra. Därmed kan styrenheten 19 tillhandahålla en kontinuerlig styming av självantändningen av motom 1 över ett brett belastningsområde LM.

Fig. 6 visar ett flödesschema som beskriver ett förfarande för att styra motom 1. Mo- torn 1 startas vid steget 20. Vid steget 21 sker en förbränningsprocess i förbränningsut- rymmet 3. Trycksensorn 16 avkänner tryckkarakteristiken i förbrärmingsutrymmet 3.

Trycksensorn 16 sänder väsentligen kontinuerligt signaler till Styrenheten 19 avseende det rådande trycket i förbränningsutrymmet 3. Styrenheten 19 mottar även information avseende aktuell vevaxelvinkel cad från sensom 17. Med information om trycket p i förbränningsutrymmet 3 och vevaxelvinkeln cad bestämmer Styrenheten 19, vid steget 22, vevaxelvinkeln cad,- vid vilken sj älvantändningen av förbränningsprocessen skedde.

Styrenheten 19 innefattar lagrade referensvärden avseende en optimalt vevaxelvinkel cadtop; då en sj älvantändning bör ske. Styrenheten 19 jämför, vid steget 23, den verkli- ga vevaxelvinkeln cad; för sj älvantändningen och den optimala vevaxelvinkeln cadmp, 10 15 20 25 30 35 FO” f".7"7 -..u _, . 10 för sj älvantändning. Om cad; är större än cadmpt startade förbränningsprocessen för sent och styrenheten 19 är inrättad att vidtaga åtgärder som främjar en tidigare självantändning av den efterföljande förbränningsprocess. Om cadi är mindre än cadwpt startade förbränningsprocessen för tidigt och styrenheten 19 är inrättad att vidtaga åt- gärder som främjar en senare sj älvantändning av nästa förbränningsprocess.

Styrenheten 19 uppskattar, vid steget 24, om det är möjligt att styra självantändningen av den efterföljande förbränningsprocessen med hjälp av strategi I. Om cadi är större än _ cadijopj startade den senaste förbränningsprocessen för sent och en något större mängd varma avgaser borde således ha tillförts till förbränningsprocessen. Om cad; är mindre än cadwpf startade den senaste förbränningsprocessen för tidigt och en något mindre mängd varma avgaser borde således ha tillförts till förbränningsprocessen. Styrenheten 19 initierar, vid steget 25, nya värden för avgasventilstängningen evc” och inloppsven- tilöppningen ivo” så att en justerad mängd avgaser sparas i förbränningsutryrnmet un- der den efterföljande förbränningsprocessen. Styrenheten 19 initierar, vid steget 26, en inloppsventilstängning vid den vevaxelvinkel ivcop, där en optimal kompression erhålls i cylindern 2. Ifall det här inte är möjligt att ytterligare reducera mängden sparade avga- ser i förbränningsutrymmet kan det konstateras att belastningen är för hög för att stra- tegi I ska kunna utnyttjas för att styra självantändningen hos den efterföljande förbrän- ningsprocessen till den optimala vevaxelvinkeln för sj älvantändning cadiyopj.

Om självantändningen inte kan styras med hjälp av strategi I uppskattas, vid steget 27, om det är möjligt att styra självantändningen med hjälp av strategi II. Strategi II inne- bär en tidigare eller senare inloppsventilstängning ivc' än den optimala ivoopi. Därmed kan det effektiva kompressionsförhållandet c i cylindern 2 reduceras och självantänd- ningen fördröj as. Strategi II kan således utnyttjas då den tillförda bränsleblandningen har sådana egenskaper att den sj älvantänder vid en för tidig vevaxelvinkel under kom- pressionen i cylinder 2. Det effektiva kompressionsförhållandet c bör således inte sän- kas under en niiniminivå omm. inloppsventilstängning ivc” begränsas därmed till vevax- elvinkelområdena e, f som visas i fig. 4. Ifall styrenheten 19 uppskattar en inloppsven- tilstängning ivc” som inte överstiger ivcmax eller understiger ivcmm kan strategi II an- vändas för att styra sj älvantändningen. Om cadi är större än cadippt startade den senaste förbrärmingsprocessen för sent och styrenheten 19 justerar här inloppsventilstängning- en ivc” hos den efterföljande förbränningsprocessen med ett lämpligt värde i riktning mot ivcop; för att höja kompressionsförhållandet c i cylindern 2, Om cadi istället är mindre än cadmp, startade den senaste förbränningsprocessen för tidigt och styrenheten 10 15 20 25 30 35 ffïff v._\æ .ff/i? kr' 1 4 11 justerar här inloppsventilstängningen ivc” hos den efterföljande förbränningsprocessen med ett lärnpligt värde i riktning från ivcøp, för att reducera kompressionsförhållandet c i cylindern 2 ytterligare, Ifall de av styrenheten 19 beräknade nya ivc” värdet faller inom vevaxelvinkelområdena e, f är det således möjligt att utnyttja strategi II för att styra den efterföljande törbränningsprocessen. Är så fallet initierar styrenheten 19, vid steget 28, en stängning av inloppsventilen 8 vid den beräknade inloppsventilstängning- en ivc”. Styrenheten 19 initierar, vid steget 29, en avgasventilstängning evcøp, och en inloppsventilöppning ivoop, vid vevaxelvinklar där en minimal bränsleförbrukning er- hålls. Avgasventilöppningen evo styrs till ett lämpligt värde av globala motorparamet- rar som är oberoende av strategi II.

I det fall att styrenheten 19 uppskattar ett värde ivc” som inte faller inom vevaxelvin- kelområdena e, f är det således inte lämpligt att enbart utnyttja ett reducerat kompres- sionsförhållande för att styra sj älvantändningen mot den optimala vevaxelvinkeln cadj- Om. Bränsleblandningen har här således en sammansättning så att man skulle behöva reducera kompressionsförhållandet c till ett värde som understiger cmin för att kunna styra sj älvantändningen mot den optimala vevaxelvinkeln cadijopt. Styrenheten 19 ut- nyttjar därför, vid steget 30, strategi III som innebär att kylda avgaser leds till förbrän- ningsutrymmet. Om cad; är större än cadwpt startade den senaste förbränningsprocessen för sent och styrenheten styr ventilen 14 så att en mindre mängd kylda avgaser leds till den efterföljande förbränningsprocessen. Om cadi är mindre än cadißop, startade för- bränningsprocessen för tidigt och styrenheten styr ventilen 14 så att en större mängd kylda avgaser leds till den efterföljande förbränningsprocessen. Styrenheten 19 beräk- nar därvid, vid steget 31, den mängd kylda avgaser ceg som bör tillföras förbrännings- utrymmet 3 för att en sj älvantändning av bränsleblandningen ska ske vid den optimala vevaxelvinkeln cadmpt. Med tillförsel av en lämplig mängd kylda avgaser ceg tillhan- dahålls en senare förbränning av bränsleblandningen. Därmed förskjuts ivc-värdet längs kurvan i Fig. 4 åt vänster till ett ivc värde som är beläget mellan ivcmax och ivcopt.

Styrenheten 19 höjer kompressionsförhållandet c, vid steget 32, genom att initiera en inloppsventilstängning ivc” som ligger mellan den optimala inloppsventilstängningen ivcopt och ivcmax, Lambda-värdet höjs därmed vilket resulterar i att mer bränsle kan till- föras till förbränningsutrymmet och en högre motorbelastning erhållas. Styrenheten 19 initierar, vid steget 33, en avgasventilstängning evcopj och en inloppsventilöppning ivoop, vid vevaxelvinklar där en minimal bränsleförbrukning erhålls. Avgasventilöpp- ningen evo styrs av globala motorpararnetrar som är oberoende av strategi III. ratt rfvfv 12 Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utíöringsfonnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. F örbränningsmotorn behöver inte vara en HCCI-motor utan kan vara en godtycklig törbränningsmotor där en homogen bränsleblandning sj älvantänder under kompression. På ritningen visas en cylinder hos fórbränningsmotom 1 men antalet cylindrar kan självfallet varieras liksom antalet in- gående komponenter såsom ventiler, insprutningsorgan etc.

Claims (20)

10 15 20 25 30 35 l-föi' /VIÜ 13 Patentkrav

1. l. Arrangemang för att styra en förbränningsmotor, varvid förbränningsmotom (l) in- nefattar ett förbränningsutrymme (3), en rörlig kolv (4) som är inrättad att komprimera en bränsleblandning i förbränningsutrymmet (3) så en självantändning av bränsle- blandningen (3) erhålls, en vevaxel (5) som drivs av kolvens (4) rörelser, en inlopps- ventil (8) hos förbränningsutrymmet (3) och en avgasventil (l l) hos förbränningsut- rymmet (3), varvid arrangemanget innefattar en styrenhet (19) som är inrättad att styra självantändningen av bränsleblandningen mot en optimal vevaxelvinkel (cadiopt) inom ett belastningsområde (LM), kännetecknat av att nämnda belastningsområde (LM) kan indelas i åtminstone två delområden (LH, Lm), varvid styrenheten (19) är inrättad att styra självantändning av bränsleblandningen mot en optimal vevaxelvinkel (cadiopt) i ett av nämnda delområden (Lu) medelst en strategi (Il) som innebär att det effektiva kompressionsförhållande (c) i cylindem (2) varieras inom ett område som nedåt be- gränsas av ett lägsta acceptabelt kompressionsförhållande (cmm) och i det andra delom- rådet (Liu) medelst en strategi (Ill) som innebär att kylda avgaser (ceg) leds till för- bränningsutrymmet (3) i en sådan mängd så att det även i det andra delområdet (Lm) blir möjligt att styra självantändning av bränsleblandningen mot en optimal vevaxel- vinkel (cadmln) medelst en variation av det effektiva kompressionsförhållande (c) inom det område som nedåt begränsas av det lägsta acceptabla kompressionsförhållandet (Cmin)-

2. Arrangemang enligt krav l, kännetecknat av att styrenheten (19) är inrättad att regle- ra det effektiva kompressionsförhållandet (c) i cylindern (2) genom att initiera en vari- erbar inloppsventilstängning (ivc).

3. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar ett hydrauliskt styrsystem (18a) för att styra den varierbara inloppsventil- stängningen (ivc).

4. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en returledning (13) som sträcker sig från en avgasledning (12) hos förbrän- ningsmotom till en inloppsledning (7) för luft till förbränningsutrymmet (3).

5. Arrangemang enligt krav 4, kännetecknat av att nämnda returledningen (13) inne- fattar en ventil (14) för att styra tillförseln av avgaser till inloppsledningen (7). 10 15 20 25 30 35 for rfvf? 14

6. Arrangemang enligt krav 4 eller 5, kärmetecknat av att returledningen (13) innefattar en kylare (15) för att kyla avgasema innan de når inloppsledningen (7).

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en första sensor (16) för är att avkänna en parameter (p) som indikerar star- ten av en förbränningsprocess i förbränningsutrymmet (3) och en andra sensor (17) för att uppskatta vevaxelvinkeln (cad) hos förbränningsmotom (l ), varvid styrenheten (19) är inrättad att bestämma vevaxelvinkeln (cadi) för starten av förbränningsprocessen.

8. Arrangemang enligt krav 7. kärmetecknat av att nämnda första sensor är en trycksen- sor (16) som avkänner trycket (p) i förbränningsutrymmet (3).

9. Arrangemang enligt krav 7 eller 8, kännetecknat av att styrenheten (19) är inrättad att jämföra den uppskattade vevaxelvinkel (cadi) för sj älvantändningen av förbrän- ningsprocessen med lagrad information avseende den optimala vevaxelvinkel (cadiopr) för självantändning av förbränningsprocessen och att styra självantändningen för den följande förbränningsprocessen med hjälp av denna information.

10. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar ett insprutningsmunstycke (10) för insprutning av bränsle i förbränningsut- rymmet (3) då inloppsventilen (8) är öppen.

11. 1 1. Förfarande för att styra en förbränningsmotor, varvid förbränningsmotom (l) inne- fattar ett förbränningsutrymme (3), en rörlig kolv (4) som är inrättad att komprimera en bränsleblandning i förbränningsutrymmet (3) så en självantändning av bränslebland- ningen (3) erhålls, en vevaxel (5) som drivs av kolvens (4) rörelser, en inloppsventil (8) hos förbränningsutrymmet (3) och en avgasventil (l l) hos förbränningsutrymmet (3), varvid förfarandet innefattar steget att styra självantändningen av bränslebland- ningen mot en optimal vevaxelvinkel (cadiopt) inom ett belastningsområde (Lugi netecknat av att nämnda belastningsområde (Lmt) kan indelas i åtminstone två delom- råden (LU, Lm), varvid förfarandet innefattar stegen att styra självantändning av bräns- leblandningen mot en optimal vevaxelvinkel (cadiopt) i ett av nämnda delområden (Lu) medelst en strategi (II) som innebär att det effektiva kompressionsförhållande (c) i cy- lindem (2) varieras inom ett område som nedåt begränsas av ett lägsta acceptabelt kompressionsförhållande (omm) och i det andra delområdet (Lm) medelst en strategi 10 15 20 25 30 35 (III) som innebär att kylda avgaser (ceg) leds till fórbränningsutrymmet (3) i en sådan mängd så att det även i det andra delområdet (Lm) blir möjligt att styra självantändning av bränsleblandningen mot en optimal vevaxelvinkel (cadiopt) medelst en variation av det effektiva kompressionsförhållande (c) inom det område som nedåt begränsas av det lägsta acceptabla kompressionsfórhållandet (omm).

12. Förfarande enligt krav 1 1, kännetecknat av steget att reglera det effektiva kompres- sionsfórhållandet i cylindern (2) genom att initiera en varierbar inloppsventilstängning (ivc).

13. Förfarande enligt krav 12, kännetecknat av steget att styra den varierbara inlopps- ventilstängningen (ivc) medelst ett hydrauliskt styrsystem (18a).

14. Förfarande enligt något av föregående krav 11-13. kännetecknat av steget att leda nämnda kylda avgaser (ceg) till fórbränningsutrymmet (3) via en returledning (13) som sträcker sig från en avgasledning (12) hos förbränningsmotorn till en inloppsledning (7) för luft till förbränningsutrymmet (3).

15. Förfarande enligt krav 14, kännetecknat av att steget att styra tilltörseln av avgaser till inloppsledningen (7) medelst en ventil (14).

16. Förfarande enligt krav 14 eller 15. kännetecknat av steget att kyla avgasema innan de når inloppsledningen (7) medelst en kylare (15).

17. Förfarande enligt något av föregående krav 11-16, kännetecknat av steget att be- stämma vevaxelvinkeln (cadi) för starten av fórbränningsprocessen genom att avkänna en parameter (p) som är relaterad till fórbränningsprocessen i förbränningsutrymmet (3) och att avkänna vevaxe1vinkeln(cad) hos förbränningsmotom (1).

18. Förfarande enligt krav 17, kännetecknat av att nämnda avkända parameter är tryck- et (p) i förbränningsutrymmet (3).

19. Förfarande enligt krav 17 eller 18, kännetecknat av stegen att jämföra den upp- skattade vevaxelvinkel (cadi) för starten av forbränningsprocessen med lagrad infor- mation avseende den optimala vevaxelvinkel (cadiopl) för start av fórbränningsproces- f-rjï' /rvn 16 sen och att styra självantändningen for den Följande förbränningsprocessen med hjälp av denna information.

20. F örfarande enligt något av föregående krav 1 1-19, kännetecknat av steget att spruta in bränsle i lörbränningsutrymmet (3) då inloppsventilen (8) är öppen medelst ett in- sprutningsmunstycke (10).