SE457901B - Saett och anordning foer insprutningstidsstyrning vid foerbraenningsmotorer - Google Patents

Description

10 "135 457 901 7\-sprídníngar av en storleksordning, vilken ej kan accepteras med hänsyn till härigenom ästadkommen belastning av miljön och till de möjligheter, som de mycket noggrant arbetande insprut- ningssystemen erbjuder. Dessa Pk-spridningar kan uppgå till 5% avvikelse från föreskrivna blandningsförhållanden.

Orsaken till dessa stora ;\-spridningar vid flercylindriga förbränningsmotorer med separatspjällstyrning skall naturligt- vis ses däri. att per 720° vevaxelvinkel företages insprutning samtidigt för alla cylindrarna endast tvâ gånger. vid lik- formig fördelning och funktion nos de separata cylindrarnas inlopps- och utloppsventilrörelser uppträder därför olik- formíga differenstryck i tillhörande separata insugningsrörs- omrâde, när man anordnar insprutningstidpunkterna exempelvis vid 0° (720°) och 360° vevaxelvinkel. vid vilka vinklar emel- lertid alltid endast en cylinder just börjar sin insugnings- takt hos en fyrcylindrig motor. Vid en sexcylindrig motor för- skjuts insprutningstidpunkterna per 720° vevaxelvinkel i cyklisk upprepning exempelvis till vevaxelvinklar vid ca 250° och 610°, i vilka vevaxelpositioner likaledes en av cylindrar- na-hos en sexcylindrig motor just börjar sin insugningstakt. vid den kända brânsleinsprutningsanläggningen försöker man motverka dessa nackdelar med hög }\-spridning mellan de olika cylindrarna därigenom, att insprutning företagas sammanlagt fyra gånger per 720° vevaxelvinkel, vad avser en fyrcylindrig motor. varvid grupper av cylindrar sammantages på sådant sätt. att man totalt sett erhåller likformig bränslefördelning på de enskilda cylindrarna. Detta har emellertid den nackdelen, att man redan för en fyrcylíndrig motor kräver två, vid olika tid- punkter utstyrda slutsteg. eftersom insprutningar företages med ett vinkelavstând av 180°. vid en sexcylindríg motor krävs följaktligen tre slutsteg för att motorn ej skall arbeta osymmetrískt.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger uppgiften att vid en flercylindrig.förbränningsmotor företaga insprutningen på så sätt. att klar minskning av ;\-spridningen uppnås utan n 'ffj-ss 457 901 ökad konstruktíonskostnad och under bibehållande av grund- principen att företaga insprutningen i samma ögonblick för samtliga cylindrar.

Fördelar hos uppfinningen.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen med de i huvudpatent- kravet respektive sidopatentkravet angivna egenskaperna. Här- vid erhålles den fördelen. att man dels erhåller en ur kost- nadssynpunkt mycket fördelaktig lösning. vilken exempelvis vid de idag i övervägande grad använda digitala systemen för bränsleinsprutningssystem över huvud taget ej kräver någon ändring av maskínvaran, dels kan lägga insprutningstidpunkten i relativt flacka tryckförlopp för samtliga cylindrar. vilket ger ökad noggrannhet.

Systemet enligt uppfinningen är i stånd att sörja för till- räcklig och så ren blandningsfördelning till de enskilda cylindrarna, att den teoretiskt fortfarande möjliga ;\-sprid- ningen minskas till mindre än hälften. Denna fördel kan härvid realiseras genom de i princip endast obetydliga modifika- tionerna av kända brânsleinsprutningsanläggningar.

Genom de i underpatentkraven angivna åtgärderna möjliggöres fördelaktiga vidareutvecklingar och förbättringar av uppfin- ningen. Speciellt fördelaktigt är. särskilt för en sexcylind- rig motor. förskjutning av de båda gemensamma insprutningstid- punkterna för samtliga cylindrar med en vevaxelvinkel av 60° i riktning för tidigareläggning av samtliga insprutningstid- punkter. varigenom man hamnar i ett område. som uppvisar avse- värt mindre skillnadstryck mellan de enskilda cylindrarna.

Ritning.

Utföringsexempel av uppfinningen beskrivs nedan närmare under hänvisning till åtföljande ritningar. Fig. 1 visar i form av ett diagram förloppen för ifrågavarande insugningsrörtryck för varje cylinder under en arbetscykel (720° vevaxelvinkel) vid _ 135 457 901 en sexcylíndrig motor. Fig. 2 visar [Å-värdena för ;\-sprid- ningen för varje cylinder hos en sex-cylindermotor. som är utrustad med en bränsleinsprutningsanläggning enligt känd teknik. och fig. 3 visar de reducerade Åk-värdena för ;\-spridningen när motorn försetts med insprutningsstyrning enligt uppfinningen. Pig. 4 visar funktionsförloppet vid utnyttjande av uppfinningen vid ett digitalt insprutnings- system. återgivet med hjälp av funktionsblock. och fig. 5 visar likaledes med hjälp av funktionsblock utnyttjande av uppfinningen vid ett bränsleinsprutningssystem. som åtminstone inom vissa delområden arbetar på analog bas.

Beskrivning av utföríngsexemplen.

Grundtanken hos föreliggande uppfinning är att företaga en förskjutning av de gemensamma insprutningstidpunkterna nos flercylindriga förbränningsmotorer med separatspjällstyrning på sådant sätt. att de för samtliga cylindrar gemensamma insprutningstidpunkterna förlägges till en eller till sådana vevaxelvinklar. vid vilka de enskilda cylindrarna uppvisar minsta inbördes skillnad mellan tillhörande insugníngsrör-' tryck. Med andra ord avlägsnas insprutningstidpunktbegynnelsen från de hittillsvarande tidpunkterna. som normalt är avstämda till början av insugningstakterna nos förutbestämda cylindrar. och förskjutes ett förutbestämt värde vevaxelvinkelgrader på sådant sätt, att man praktiskt taget utan ytterligare krets- konstruktion uppnår drastisk reduktion av }\-spridningen för förbränningsmotorns enskilda cylindrar- Av fig. l framgår att förloppet av insugningsrörtrycket för varje cylinder. avsatt mot vevaxelvinkeln, är utsatt för utpräglade svängningar inom ifrågavarande arbetscykel för cylindern. således 720°. vilka svängningar gör sig bemärkbara genom att vid vissa vevaxelvinklar uppträder tryckökningar upp till i det närmaste omgivande atmosfärstryck (96 kPa) och å andra sidan trycksänkningar ner till 44 kPa. om man för åskåd- lighets skull inför numeriska värden. vilka givetvis gäller endast för ett enda utföringsexempel och ej inskränker uppfin- -_ >35 457 901 ningen i övrigt.

De olika insugningsrörtryckförloppen visas i diagrammet i fig- l vid a) för cylindrarna 1-6 hos en sexcylindrig motor. varvid vid b) i diagrammet i fig. l angives uppträdandet av referens- märkena mot vevaxelvinkeln. medelst vilka - hittills - in- sprutníngstidpunkterna bestämts, vilka slutligen framgår av kmamn vid c). Det framgår att såsom inledningsvis nämnts före- tages insprutning gemensamt för samtliga cylindrar. i detta fall avstämt till insugningstakterna hos cylindrarna 4 och 3 vid ca 2S0° och 610° vevaxelvinkel. vid vilka vinkelvärden det därför föreligger momentana insugningsrörtryck för de enskilda cylindrarna. vilket framgår av efterföljande tabell. Trycken är bestämda utan hänsynstagande till övriga toleranser för en sex-cylindermotor vid tändningstidpunkten ungefär 0° vevaxel- vinkel. tomgångsvarvtal nT=850 min_l. och. för efter- följande A Ä-värdesberäkning vid ett bränsletryck pBr=290 kPa.

P _ Cyl. pinsugningsrörtryck - Égdelpï lÄ;\(%) vid insprutningstidpunkten l 2 pl (kPa) pz (kPa) 2 (kPa) 1 65 78 _ 71,5 0.60 2 76 44 60 2.55 3 95 77 86 - 1.95 4 76 96 86 - 1.95 44 78 61 2.40 6 78 65 71.5 O 60 A 4.5 x Från ovanstående tabell kan ÄÄ)\-värdet härvid beräknas med följande formel: AÄU.) =(\/PBr + (Plnsug _PMedel) - 1) . 100 Par Härvid motsvarar plnsug det på tryckregulatorn liggande 457 901 blandningstrycket från cylindarna 1-6 (frånkopplat via stryp- ning). I motsvarighet till fíg. 2 erhålles då. avsatt mot cylindrarna. ett teoretiskt samband Z§Ã@f(Cyl.). med en absolut svängningsbredd av 4.5%.

Om man under bibehållande av de gemensamma insprutningstid- punkterna av företrädesvis två gånger per arbetscykel hos en fyrtaktsmotor emellertid förskjuter insprutningstidpunkterna en viss vevaxelvinkel. som vid diagrammet i fíg. 1 bildas av de ställen. vid vilka de minsta insugningsrörtryckskillnaderna mellan de enskilda cylindrarna föreligger. minskar den möjliga Ét-spridningen till ett acceptabelt minimí värde. I fíg. 1 visas vid d) en möjlig ny gemensam insprutningstidpunkt i av en mot vevaxelvinkeln avsatt kurva vid en arbetscykel. jämfört med den tidigare insprutningstidpunkten löper 60° axelvinkel före eller. form som vev- vilket naturligtvis även är möjligt. löper 60° efter (streckat visade insprutníngstídpunkter) eller löper efter med l80°, således alltid mellan hittills använda insprutningstidpunkter. Vid en sex-cylindermotor erhålles där- med tre olika förskjutningsmöjligheter för de nya insprut- ningstídpunkterna vid minimal Å;spridning --vid en fyr-cylindermotor är tvâ nya vevaxelpositioner möjliga för de gemensamma insprutningstidpunkterna.

Om man efter genomförd insprutningstidförskjutning med angivna värden och med insugningsrörtryckförloppet för varje cylinder i motsvarighet till fíg. 1 ånyo beräknar en värdetabell enligt ovan erhålles nu med i övrigt samma referensmått en ÅÄÅK-spridning av endast 2%. v., zod 457 901 7 Cyl. Pínsugningsrör [§)\(:) vid insprutningstídpunkten pl + pz pl (kPa) pz (kPa) --ï-- (kPa) 1 S3 77 65 2 78 53 65,5 3 79 75 _ 77 4 75 78 76.5 0 S3 78 65.5 2 2 6 78 53 65,5 2 % A 2 z I diagrammet i fig. 3 visas denna teoretiska ;\-differens grafiskt och man ser omedelbart av dessa diagramkurvor att även för en fyrcylindrig motor. vid vilken endast de båda sista cylindrarna 5 och 6 faller bort. kan samma ofördelaktiga Ik-spridningar reduceras på samma sätt genom utnyttjande av uppfinningen.

Såsom tidigare nämnts kan uppfinningen realiseras med minimala medel. Vid ett bränsleinsprutningssystem på digital bas (benämnt Motronic) enligt fig. 4 och under bibehållande av redan föreliggande maskinvara behöver endast en ytterligare beräkningsfunktion motsvarande blocket 10 genomföras för att till en referensmärkes-vevaxelvinkel CÅO. som exempelvis kan ligga l00° före övre dödpunkten. tillfoga en ytterligare vev- axelvinkel CÄ2. För detta ändamål krävs en varvtal-vevaxe1- vinkelgivare (n-märkes-givare) eller en motsvarande funktion, som anges i block ll i fig. 4. Enligt den nedan visade kurvan b) adderar denna exempelvis var 1.5° vevaxelvinkel uppträdande vevaxelvinkelpulser och adderar dessa som vinkelvärde (X2 till referensmärkesvinkeln. Härigenom erhålles en förskjutning av den gemensamma insprutningstidpunkten. vilken visas vid kurvan c) från i detta fall 300°. vilket innebär en insprutningstíd- punktförskjutning av ca 60° tidigare jämfört med de konventio- nella insprutningstídpunkterna. Referensmärket för den kon- ,35 457 901 ventionella insprutningstidpunkten anges ändå av det digitalt arbetande bränsleinsprutningssystemet och symboliseras i 4 av blocket 13. fíg.

Modifiering av konventionella analoga insprutningssystem (L-Jetronic) kräver kompletterande vevaxelinformation. varför det i detta fall krävs en viss om än mycket ringa merkostnad jämfört med de digitala systemen. vid vilka modifiering enligt uppfinningen kan uppnås utan merkostnad.

Enligt fig. 5 finns ett krets-funktionsblock 15. som genomför de vanliga funktionerna för beräkning av insprutningsbegynnel- sen och längden av bränsleinsprutningspulser och vilken mot- svarar den analoga. konventionella bränsleinsprutningsanlägg- ningen. Framför detta block är inkopplat ett funktionsblock 16 för synkronisering av insprutningstidpunkten till konstant cylinder. till vilket block matas signaler från ett funktions- block l7 (vevaxelmärke Oio) samt ett vinkelvärde (X1 från ett funktionsblock 18. vilket värde erhålles exempelvis från till- förda tändklämpulser genom division av en arbetscykeln åter- givande vevaxelvinkel av 720° (två-varv)-med-antalet cylindrar hos förbränningsmotorn.

Ett efter blocket 15 kopplat funktionsblock 19 ger. såsom visas i det lilla diagrammet till höger, den erforderliga för- skjutningstiden tl i förhållande till varvtalet från den i diagrammet visade funktionen t1=f(n), för att till vevaxel- märkpulsen (X0 lägga till den varvtalsberoende tidsförskjut- ningen tl. varigenom erhålles den gemensamma insprutnings- tidpunkten optimerad till minsta ;\-spridning.

I diagrammet i fig. 5 nedtill visas vid a) vevaxelmärket och vid b) tändningspulserna. varvid c) visar den varvtalsberoende förskjutningen till optimal insprutningstidpunkt för insprut- ningspulserna ti jämfört med vevaxelmärkpulsen enligt kurvan a).

Alla i ovanstående beskrivning. efterföljande patentkrav och 457 901 på ritningen visade egenskaper kan vara väsentliga för uppfin- ningen såväl var för sig som í godtycklig kombination.

Claims (4)

10 15 20 25 30 .3S 457 901 10 Patentkrav
1. l. sätt vid insprutningstidstyrning för förhränningsmotorer. särskilt flercylindriga motorer med separatspjällstyrning för varje cylinder. varvid insprutning företages åtminstone tvâ gånger per cylinder vid förutbestämda vevaxelvinklar under en fullständig arbetscykel (insugning. kompression. expansion. utblåsning). k ä n n é t e c k n a t av att under bibehållan- de av den samtidiga ínsprutningen för samtliga cylindrar för- skjutes den gemensamma insprutningsbegynnelsen från sambandet med ifrågavarande arbetscykeldelstart till sådana vevaxel- vinklar, vid vilka de verksamma tryckskillnaderna mellan de enskilda cylindrarnas insugningsrör inbördes uppvisar det minsta värdet.
2. 2. sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att in- sprutningstidpunkterna (två gånger per arbetscykel - 720° vev- axelvinkel) för motorns alla cylindrar gemensamt förskjutes från de till ínsugningstakten hos åtminstone en cylinder avstämda vevaxelvinklarna (0°-l20°-240°...för sexcylindrig motor respektive 0°-l80°-360°,..för fyrcylindrig motor) med ca 60° framåt eller bakåt vid sexcylindriga motorer respektive 90° vevaxelvinkel vid fyrcylindriga motorer. mätt i vevaxelns rotationsriktning. '
3. 3. Anordning för insprutningstidstyrning vid förbränninge- motorer. särskilt flercylindriga motorer med separatspjäll- styrning för varje cylinder. varvid insprutning sker vid för- utbestämda vevaxelvinklar åtminstone tvâ gånger per cylinder under en fullständig arbetscykel (insugning. kompression. expansion. utblåsning). för genomförande av förfaringssättet enligt krav 1 eller 2. k ä n n e t e c k n a d av att vid bränsleinsprutningssystem på digital bas tillägges till den för samtliga cylindrar gemensamt framräknade insprutningstid- punkten N10) ett genom avräkning av varvtalsmärken vunnet förutbestämt vevaxelvinkelvärde (CK2) på ett sådant sätt. att insprutningstidpunkterna förskjutes till vevaxelvinklar. vid vilka de verksamma insugningsrörtrycken är i det närmaste lika m4' 10 15 457 901 ll stora för samtliga cylindrar.
4. 4- Anordning för ínsprutningstidstyrníng vid förbränníngs- motorer. särskilt flercylindriga motorer med separatspjäll- styrning för varje cylinder, varvid insprutning företages vid förutbestämda vevaxelvinklar åtminstone tvâ gånger per cylin- der under en fullständíg arbetscykel (insugning, kompression. expansion. utblåsning), för genomförande av sättet enligt krav l eller 2. k ä n n e t e c k n a d av att en funktionsgívare för bestämning av en förutbestämd förskjutningstidpunxt (t1=f(n)) uppvisar en beräkningsdel (19). vilken ändrar ett till en förutbestämd vevaxelvinkel hänförlígt referensmärke (c(o) genom tillfogning av den varvtalsberoende förskjutnings- tiden (tl) på sådant sätt. att förskjutning av den ursprung- ligen framräknade. för samtliga cylindrar fortfarande gällande gemensamma insprutningstidpunkten sker till ett vevaxelvinkel- värde. vid vilket de verksamma insugningsrörtrycken år i det närmaste lika stora för motorns alla cylindrar.