SE521858C2 - Metod för reducering av kallstartsemissioner från förbränningsmotorer - Google Patents

Description

25 521 858 2 mjuk motordrift när den s k after-start lean-bum styrningen är inkopplad ökas tomgångs- rotationshastigheten. EP-A-0 807 751 föreslår vidare en tomgångs-styranordning vilken kompenserar för momentvariationer i motorn under det att den s k after-start lean-bum stymingen slås av och på.

I GB-A-2 316 197 identifieras olika problem förknippade med skillnader hos bränsleblandningar. För att, oavsett bränslekvalitet, erhålla en mjuk drift hos en förbränningsmotor under uppstart och kall tomgång, föreslås det i sagda dokument att mäta rotationshastigheten på motorns vevaxel och jämföra den uppmätta hastigheten med en förväntad motorhastighet. Ett hastighetsfel beräknas sedan och mängden bränsle som sprutas in för förbränning i varj e cylinder j usteras för att reducera hastighetsfelet. Även om de ovan diskuterade arrangemangen kan innebära förbättrade driftsegenskaper för motorer vid kallköming, flnns det fortfarande ett behov av renare avgaser när en motor kallstartas.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstadkomma en metod för att reducera skadliga eller giftiga emissioner från en förbränningsmotor utan att nämnvärt påverka den mjuka motordriften.

Detta ändamål uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en metod för att reducera skadliga eller giftiga avgasemissioner från en törbränningsmotor som har ett flertal cylindrar samverkande med en vevaxel för att få vevaxeln att rotera med en rotationshastighet, när sagda cylindrar förses med en luft/bränsleblandning som har ett lambdavärde, och vilken blandning antänds för att generera tryck i cylindrarna, vilken metod innefattar stegen av: att mäta en parameter som speglar trycket i en första cylinder under åtminstone en del av en arbetstakt hos den första cylindern när den förses med en luft/bränsleblandning som har ett första lambdavärde, för att på så sätt erhålla ett första parametervärde; att tillföra en luft/bränsleblandning till en andra cylinder, vilken luft/bränsleblandnin g har ett andra lambdavärde vilket inte är samma som det första lambdavärdet, för att få sagda andra cylinder att utföra en arbetstakt; att mäta en parameter som speglar trycket i sagda andra cylinder under åtminstone en del av en arbetstakt hos den andra cylindem för att erhålla ett andra parametervärde; 10 l5 20 25 30 521 858 3 att jämföra sagda första parametervärde med sagda andra parametervärde för att erhålla ett parametriskt jämförelsevärde, och att, beroende på sagda parametriska jämförelsevärde, justera lambdavärdet för luft/bränsleblandningen till en efterföljande cylinder.

I en fordelaktig utföringsfonn av uppfinnin gen är parametem speglandes trycket i sagda första cylinder ett forsta rotationsaccelerationsvärde fastställt genom mätning av rotationshastigheten hos vevaxeln vid två tillfällen under åtminstone en del av arbetstakten hos den första cylindern, parametem speglandes trycket i den andra cylindern är ett andra rotationsaccelerationsvärde fastställt genom mätning av rotationshastigheten hos vevaxeln vid två tillfällen under åtminstone en del av arbetstakten hos den andra och det ett cylindern, parametriska jämförelsevärdet är rotationsaccelerationsjämförelsevärde som erhållits genom att jämföra sagda första rotationsaccelerationsvärde med sagda andra rotationsaccelerationsvärde.

F öredragna utföringsforrner av uppfinningen definieras ytterligare i de beroende kraven.

Metoden enligt föreliggande uppfinning kan användas så fort som motorn startas d v s under den första cykeln, Eftersom metoden får motorn att snabbt anpassas till en magrare blandning, uppnås en avsevärd reducering av HC-emissioner, samt en reducering av bränsleförbrukningen. Eftersom den underliggande principen för uppfinningen baseras på en relativ j ämförelse av de olika förbränningarna, är metoden såväl okänslig för variationer på grund av åldring under motorns livslängd, som den är oberoende av yttre omständigheter som bränsle, temperatur, höjd, etc.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARN A Uppfinningen kommer nedan att närmare beskrivas med hjälp av ett utföringsexempel med hänvisning till utföringsforrner visade i de närslutna ritningarna, i vilka: Fig. l visar en schematisk representation av en förbränningsmotor i vilken metoden enligt föreliggande uppfinning skall tillämpas; Fig. 2 visar en schematisk grafisk representation av lambdavärdet plottat mot tiden då en typisk motor kallstartas; 10 15 20 25 521 858 4 F ig. 3 visar en schematisk grafisk representation av en vevaxels acceleration, vilken representerar motorvridmomentet plottat mot lambdavärden för en typisk motor, och Fig. 4 visar ett flödesschema som beskriver metoden enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I Fig. 1, betecknar referensnumret 10 generellt en förbränningsmotor vilken är föremål for metoden enligt föreliggande uppfinning. På ett känt sätt innefattar förbränningsmotom ett flertal cylindrar 12 som samverkar med en vevaxel 13. Motorn förses med luft via en luftinsugningspassage 14. Mängden luft som sugs in i motom regleras av en strypventil 16. Innanför strypventilen 16 sprutas bränsle in från en eller flera insprutningsdon 18 och blandas med luften. Förbränning av luft/bränsleblandningen i cylindrarna 12 genererar avgaser vilka leds längs ett avgasrör, förbi en lambdasensor 22 och genom en katalysator 24 till atmosfären. Motorn styrs genom en elektronisk styrenhet (ECU) 26. ECUn mottager signaler från strypventilen 16 och från sensorer som indikerar olika parametrar i motom, t ex lambdasensom 22, en vattentemperatursensor 28, en vevaxelhastighetssensor 30 och en insugningstrycksensor 32. På basis av si gnalema från de olika sensorema, styr ECUn mängden bränsle som sprutas in via de en eller flera insprutningsdonen18.

Fig. 2 är en graf av lambda mot tiden omedelbart efter en kall motorstart. I föreliggande uppfinning sägs en motor kallstartas om dess initialtemperatur är sådan att lambdasensom inte nått sin driftstemperatur. Lambdavärdet är det aktuella lufl/bränsleförhållandet dividerat med det stoikiometriska luft/bränsleförhållandet. Om lambdavärdet är större än ett, sägs motom drivas magert och om lambdavärdet är mindre än ett, sägs motorn drivas uppfetad. Den heldragna linjen i Fig. 2 anger skillnaden i lambdavärde för en typisk motor i vilken metoden enligt föreliggande uppfinning inte används. För att således kompensera för skillnader i bränslekvaliteten, såväl som att säkerställa att motom kommer att drivas mjukt även om stora laster placeras på motom såsom en luftkonditioneringspump eller en servomotor, sätts motom att initiellt drivas uppfetad. Medan motom värms upp utmagras luft/bränsleblandningen tills en signal fås från lambdasensom och lambdavärdet kan hållas runt ett. 10 15 20 25 30 521 858 5 Den streckade linjen i Fig. 2 representerar schematiskt lambdavärdevariationen för en motor vilken är föremål för metoden enligt föreliggande uppfinning. Motorn styrs, på ett sätt som i det följande kommer att beskrivas mer detaljerat, så att lambdavärdet snabbare bibringas mot ett värde runt ett.

En underliggande grundprincip för uppfinningen är att trycket som utövas på en kolv i en cylinder under förbränning av en bränsle/luftmängd huvudsakligen är konstant vid lambdavärden hos bränsle/ luftmängden mindre än ungefär ett, men huvudsakligen omvänt proportionell mot lambdavärdet för lambda större än ungefär ett. Om friktionförluster ignoreras är motorrnomentet som produceras ett mått på trycket som utövas på kolvama. Det moment som produceras av en motor är således huvudsakligen konstant vid lambdavärden mindre än ungefär ett, men huvudsakligen omvänt proportionell mot larnbdavärdet för lambda större än ungefär ett. En indikation på värdet av momentet kan erhållas genom att, vid två tillfällen under åtminstone en del av en arbetstakt hos en av cylindrama i motorn, mäta rotationshastigheten v hos motorns vevaxel för att erhålla ett rotationsaccelrationsvärde.

Sätts det uppmätta rotationsaccelerationsvärdet i förhållande till momentet fås en kurva som schematiskt visas i Fig. 3. I Fig. 3 kan det således ses att momentet huvudsakligen är konstant för lambdavärden mindre än ett, t ex då en motor drivs uppfetad. För lambdavärden större än ett, t ex om en motor drivs mager, minskar motorvridmomentet huvudsakligen linjärt med ökad utmagring av luft/bränsleblandningen.

Metoden enligt föreliggande uppfinning kommer i det följande att beskrivas med att vevaxelns rotationsacceleration under en cylinders arbetstakt används som en parameter som speglar trycket i cylindem under förbränning. Det bör emellertid förstås att vilken lämplig paranneter som helst kan användas. Det är t ex möjligt att varje cylinder i dess förbränningskammare kan förses med en trycksensor och att eventuella tryckskillnader som upptäcks genom trycksensom kan användas för att justera larnbdavärdet till efterföljande cylindrar.

Metoden enligt föreliggande uppfinning omfattar följande grundläggande steg.

Först mäts rotationsaccelerationen hos motorns 10 vevaxel 13 under åtminstone en del av en arbetstakt utförd av åtminstone en första cylinderl2 för att erhålla ett första rotationsaccelerationsvärde.

Rotationsaccelerationsvärdet kan t ex fastställas genom att j ämföra en mätning av rotationshastigheten 10 15 20 25 30 521 858 6 hos vevaxeln vid 48 grader och 60 grader ATDC. En andra cylinder förses sedan med en luft/bränsleblandning som har ett andra lambdavärde som är typiskt större än det första lambdavärdet, för att få den andra cylindern att utföra en arbetstakt. Den andra cylindern förses med andra ord med en magrare blandning än den första cylindern. Sedan mäts rotationsaccelerationen hos vevaxeln 13 under åtminstone en del av en arbetstakt utförd av den andra cylindern för att erhålla ett andra rotationsaccelerationsvärde. Detta andra rotationsaccelerationsvärde jämförs med det första rotationsaccelerationsvärdet för att erhålla ett rotationsaccelerationsjämförelsevärde. På basis av rotationsaccelerationsvärdet justeras lambdavärdet för luft/bränsleblandningen till en efterföljande cylinder.

Då en motor i drift kan utsättas för cykel-till-cykel-variationer, bör blandningen som distribueras till den andra cylindem vara betydligt magrare än den som distribueras till den första cylindem, annars skulle det vara omöjligt att bestämma huruvida en förändring i rotationsacceleration hos vevaxeln beror på en cykel-till-cykel-variation eller en utmagring av blandningen. Det andra lambdavärdet, d v s lambdavärdet hos den tillförda luft/bränsleblandningen, bör sålunda ligga vara mellan 10% och 100%, företrädesvis mellan 20% och 80%, allra helst mellan 30% och 60% större än det första lambdavärdet.

Den aktuella skillnaden mellan det första och andra lambdavärdet kommer att bero på aktuella motordriftförhållanden såsom motortemperatur och väggfilmseffekter hos bränslet i någon av cylindrama.

Baserat på resultatet av rotationsaccelerationsjämförelsevärdet, kan en av tre slutsatser dras. Dessa beskrivs i Fig. 3 genom linjema a, b och c.

För linje a, representerar punkten al rotationsaccelerationen hos vevaxeln när den första cylindem utför en arbetstakt då den förses med en luft/bränsleblandning som har ett första lambdavärde, och punkten az representerar rotationsaccelerationen hos vevaxeln när den andra cylindem utför en arbetstakt då den förses med en luft/bränsleblandning som har ett andra lambdavärde. Eftersom värdena på a] och a, är huvudsakligen lika, d v s rotationsaccelerationsjämförelsevärdet är huvudsakligen noll, kan slutsatsen att motom körs uppfetad dras och att en ytterligare utmagring av blandningen kan ske. På grund av normala bör det förstås att cykel-till-cykel-variationer vid motordrift, rotationsaccelerationsjämförelsevärdet förmodligen aldrig kommer att vara exakt noll. Uttrycket 10 15 20 25 30 521 858 ¿t_;¿'j_'_==,_¿= 13:'- 7 “huvudsakligen noll” betyder sålunda att en differens mellan värdena a, och a? kan tillskrivas normala cykel-till-cykel-variationer.

Skulle rotationsaccelerationsj ämförelsevärdet vara stort, till exempel representerat genom Ae, kan slutsatsen dras att rotationsaccelerationen hos vevaxeln vid ett andra lambdavärde c2 är mycket mindre än accelerationen vid det första lambdavärdet 0,, och följaktligen är det andra lambdavärdet för högt, d v s motorn körs för mager vid det andra lambdavärdet, och att ett lämpli gare lambdavärde för fortsatt drift av motorn är cl.

Den tredje möjligheten beskrivs genom linjen b i F i g. 3. Här är rotationsaccelerationsj ämförelsevärdet Ab mindre än Ae. Detta indikerar att graden av utmagring av blandningen från det första lambdavärdet b] till det andra lambdavärdet bz är för stor för optimal motordrift och att ett tredje lambdavärde något lägre än bz ska användas till efterföljande cylindrar. Motoms ECU kan med fördel utrustas med en matris från vilken tredje lambdavärden kan tas beroende på det uppmätta rotationsaccelerationsvärdet.

F ig. 4 beskriver metoden enligt föreliggande uppfinning i form av ett flödesschema. Rektangeln 34 representerar steget att starta beräkningscykeln för att fastställa ett lämpligt lambdavärde för luft/bränsleblandningen till motorn. För att förhindra påverkan av att en väggfilm av obränt bränsle lägger sig på cylinderväggama, är det fördelaktigt om beräkningscykeln initiellt kan utföras på en cylinder vilken det återstår att utföra en arbetstakt efter motorns uppstart. Så fort åtminstone en cylinder har satts i drift, mäts (rektangel 36) rotationsaccelerationen hos vevaxeln för att erhålla ett första rotationsaccelerationsvärde. Vid rektangel 38 bestämmer motoms ECU om förhållandena är lämpliga för utförande av metoden enligt uppfinningen. Om motom till exempel misständer, som ett resultat av ett kompressionsfall i en cylinder, kan det vara fördelaktigt att vänta flera sekunder innan blandningen utmagras. Om ECUn bestämmer att förhållandena inte är gynnsamma fortsätter cykeln till nästa cykel (rektangel 40).

Om ECUn bestämmer att beräkningscykeln kan köras, måste den fastställa huruvida cylindern i fråga för närvarande är i skick att utsättas för en ändring av lambdavärde hos luft/bränsleblandningen som tillförs (rektangel 42). Om den inte är det, kan det bero på det faktum att cylindem för närvarande utför en arbetstakt och att rotationsaccelerationen hos vevaxeln mäts (rektangel 44 och 46). Om ECUn 10 15 20 25 30 8 bestämmer att cylindern i fråga kan utsättas för en ändring av lambdavärdet hos blandningen som tillförs, utförs detta steg vid rektangel 48. På grund av det faktum att vevaxeln i en fyrtaktsmotor måste rotera två varv per cykel, måste avläsningen av vevaxelrotationen, som ett resultat av lambdavärdesändringen, fördröjas tills cylindem i fråga har utfört sin insugningstakt och sin kompressionstakt. Denna fördröjning sker vid rektangel 44.

Så fort cylindern i fråga har utfört sin insugnings- och kompressionstakt, kan rotationsaccelerationen hos vevaxeln under åtminstone en del av en arbetstakt utföras för att erhålla ett andra rotationsaccelerationsvärde för att därmed fastställa ett rotationsaccelerationsj ämförelsevärde Aaccel (rektangel 46). Baserat på det fastställda värdet på Aaccel, bestämmer ECUn ett värde för det efterföljande lambdavärdet (rektangel 50). Luft/bränsleblandningen till alla cylindrar justeras sedan i rektangel 52 efter detta efterföljande lambdavärde. Ett nytt referensvärde (rektangel 54) för lambda beräknas sedan för den efterföljande beräkningscykeln (början rektangel 40).

Förfarandet som beskrivs ovan kan repeteras tills ECUn mottager en driftstartssignal från lambdasensom. En sådan signal finns med i beräkningen i rektangel 38. Förfarandet kan alternativt utföras även då lambdasensorn är i drift. Under ett sådant förfarande kan blandningen till varje cylinder justeras och effekten därav kan mätas för att säkerställa att varje cylinder får en optimal luft/bränsleblandning oavsett bearbetningstoleransskillnader mellan cylindrar och insprutningsdon för varje cylinder. Under ett sådant förfarande behöver inte det andra lambdavärdet nödvändigtvis vara större än det första lambdavärdet. Allt som behövs är att värdena huvudsakligen är olika, för att därigenom säkerställa att de uppmätta värdena ligger utanför de vilka kan förväntas på grund av cykel- till-cykel-variatíoner under normal motordrift.

Det bör förstås att uppfinningen inte är begränsad till de ovan beskrivna och i ritningarna visade utföringsforrnerna, utan kan varieras inom ramen för de bifogade kraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 40 521 858 PÅTENTKRAV

1. Metod för att reducera skadliga eller giftiga avgasemíssioner från en förbränningsmotor (10), speciellt omedelbart efter det att motorn kallstartats, vilken motor (10) har ett flertal cylindrar (12) samverkande med en vevaxel (13) för att få vevaxeln att rotera med en rotationshastighet, när sagda cylindrar (12) förses med en luft/bränsleblandning som har ett lambdavärde, och vilken blandning antänds för att generera tryck i cylindrarna, vilken metod innefattar stegen av: att mäta en parameter som speglar trycket i en första cylinder under åtminstone en del av en arbetstakt hos den första cylindern när den förses med en luft/bränsleblandning som har ett första lambdavärde, för att på så sätt erhålla ett första parametervärde; att tillföra en luft/bränsleblandning till en andra cylinder, vilken luft/bränsleblandning har ett andra lambdavärde vilket inte är samma som det första lambdavärdet, för att få sagda andra cylinder att utföra en arbetstakt; att mäta en parameter som speglar trycket i sagda andra cylinder under åtminstone en del av en arbetstakt hos den andra cylindern för att erhålla ett andra parametervärde; att jämföra sagda första parametervärde med sagda andra parametervärde för att erhålla ett momentant parametriskt jämförelsevärde, och att, beroende på sagda momentana parametriska jämförelsevärde, justera lambdavärdet för luft/bränsleblandningen till en efterföljande cylinder.

2. Metoden enligt patentkrav 1, varvid sagda parameter speglandes trycket i sagda första cylinder är ett första rotationsaccelerationsvärde fastställt genom mätning av rotationshastigheten hos vevaxeln (13) vid två tillfällen under åtminstone en del av arbetstakten hos den första cylindern, nämnda parameter speglandes trycket i den andra cylindern är ett andra rotationsaccelerationsvärde fastställt genom mätning av rotationshastigheten hos vevaxeln (13) vid två tillfällen under åtminstone en del av arbetstakten hos den andra cylindern, och det parametriska jämförelsevärdet är ett rotationsaccelerationsjämförelsevärde som erhållits genom att jämföra sagda första rotationsaccelerationsvärde med sagda andra rotationsaccelerationsvärde.

3. Metoden enligt patentkrav 2, varvid steget för justering av lambdavärdet hos luft/bränsleblandningen till en rotationsacceleratlonsjämförelsevärde innefattar en ökning av lambdavärdet när sagda efterföljande cylinder beroende på sagda rotationsaccelerationsjämförelsevärde är huvudsakligen noll.

4. Metoden enligt patentkrav 2, varvid steget för justering av lambdavärdet hos luft/bränsleblandningen till en efterföljande cylinder beroende på sagda rotationsaccelerationsjämförelsevärde innefattar en justering av lambdavärdet till ett tredje lambdavärde mellan det första lambdavärdet och det andra lambdavärdet när sagda rotationsaccelerationsjämförelsevärde överstiger ett fördefinierat värde. 10 15 521 858 10

5. Metoden enligt något av föregående patentkrav, varvid sagda andra Iambdavärde är mellan 10% och 100% större än det första lambdavärdet.

6. Metoden enligt patentkrav 5, varvid sagda andra Iambdavärde är mellan 20% och 80%, företrädesvis mellan 30% och 60% större än det första lambdavärdet.

7. Metoden enligt något av patentkraven 4 till 6, varvid sagda tredje Iambdavärde erhålls från en matris som innehåller lambdavärden beroende på rotationsaccelerationsvärdet.

8. Metoden enligt något av föregående patentkrav, varvid sagda motor styrs genom en elektrisk styranordning (26) till vilken en lambdasensor (22) är förbunden och att sagda metod utförs från motor-uppstart tills en signal skickas till den elektroniska styranordningen från lambdasensorn.

9. Metoden enligt något av patentkraven 1 till 7, varvid sagda motor styrs av en elektronisk styranordning (26) och att sagda metod används till varje cylinder (12) för att säkerställa att luft/bränsleblandning oavsett varje cylinder mottager en optimal bearbetningstoleransskillnader mellan cylindrar och insprutningsdon (18) för varje cylinder.