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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Abgasrückführungssystem
für eine
Brennkraftmaschine, das bei Kraftfahrzeugen angewandt werden kann,
und insbesondere auf ein System, das mit einer Fehlfunktionsüberwachung ausgestattet
ist, um einen Betrieb eines EGR Ventils zu diagnostizieren.
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2. Stand der Technik
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Es
sind EGR (Abgasrückführungs-)Vorrichtungen
bekannt, die einen Teil eines Abgases, das von einer Brennkraftmaschine
ausgestoßen
wird, zu einem Lufteinlasssystem der Brennkraftmaschine zurück- oder
rückführen, um
die Menge des Abgases zu verbessern oder um NOx-Emissionen zu reduzieren. Übliche EGR
Vorrichtungen sind mit einer Gasströmungsleitung, die einen EGR
Weg definiert, der sich von dem Lufteinlasssystem zu dem Abgassystem des
Verbrennungsmotors erstreckt, und einem Ventil ausgestattet, das
den EGR Weg öffnen
oder schließen
kann.
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Das
Ventil wird üblicherweise
durch ein Elektrostellglied bewegt. Insbesondere wird das Öffnen oder
Schließen
des Ventils durch Regulieren einer elektrischen Leistung erreicht,
die zu dem Stellglied zugeführt
wird. Um die Stabilität
eines Betriebs des Verbrennungsmotors sicherzustellen, wenn das Stellglied
eine Fehlfunktion im Betrieb aufweist, ist die EGR Vorrichtung mit
einem elastischen Bauteil, wie zum Beispiel eine Feder, ausgestattet,
um das Ventil in eine geschlossene Position zu drängen, in der
der EGR Weg vollständig
geschlossen ist.
JP-05-231189
A lehrt eine derartige Bauart eines Drosselventils.
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Wenn
das elastische Bauteil beschädigt
ist, kann eine Fehlfunktion der EGR Vorrichtung im Betrieb auftreten,
was zu einer erhöhten
Menge an NOx, das in dem Abgas beinhaltet ist, oder zu einer Verschlechterung
des Antriebverhaltens des Verbrennungsmotors führt. Um dieses Problem zu verringern,
sind EGR Systeme bekannt, die konstruiert sind, um das elastische
Bauteil zu diagnostizieren, wenn der Verbrennungsmotor in Ruhe ist.
Insbesondere, wenn der Verbrennungsmotor gestoppt ist, schaltet
das EGR System das Stellglied ein, um das Ventil in eine offene
Stellung zu bewegen, und dann schaltet es das Stellglied aus. Das
EGR System stellt fest, ob das Ventil durch eine Belastung, die
durch das elastische Bauteil ausgeübt wird, in Richtung einer
geschlossenen Stellung gedrängt
oder nicht gedrängt
wird. Wenn der Grad mit dem das Ventil in die geschlossene Stellung
zurückkehrt
klein ist, bestimmt das EGR System, dass das elastische Bauteil eine
Fehlfunktion aufweist.
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Jedoch
tritt bei dem vorstehenden System der Nachteil auf, dass, wenn das
elastische Bauteil während
eines Betriebs des Verbrennungsmotors eine Fehlfunktion aufweist,
der Verbrennungsmotor wie bisher weiter betrieben wird, wodurch
sich eine Erhöhung
der NOx-Menge oder eine Verschlechterung des Antriebverhaltens des
Verbrennungsmotors ergibt, bis der Verbrennungsmotor stoppt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine prinzipielle Aufgabe der Erfindung, die Nachteile
des Stands der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein EGR System vorzusehen,
das konstruiert ist, um ein elastisches Bauteil einer EGR Vorrichtung
zu diagnostizieren und um eine Fehlfunktion dieses Bauteils frühzeitig
festzustellen.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Abgasrückführungssystem vorgesehen, das
in Kraftfahrzeugen angewandt wird, in denen eine Brennkraftmaschine
eingebaut ist. Das Abgasrückführungssystem
hat (a) einen Abgasrückführungsweg,
der sich von einem Lufteinlasssystem zu einem Abgassystem einer
Brennkraftmaschine erstreckt, um einen Teil eines Abgases, das von
dem Verbrennungsmotor ausgestoßen
wird, zu dem Lufteinlasssystem zurückzuführen, (b) ein Ventil, das bewegt wird,
um den Abgasrückführungsweg
wahlweise zu schließen
und zu öffnen,
(c) ein elastisches Bauteil, das das Ventil federnd in eine elastische
Position drängt,
in der der Abgasrückführungsweg
geschlossen ist, (d) ein Stellglied, das elektrisch angetrieben wird,
um das Ventil zu bewegen, und (e) ein Steuergerät, das einen Betrieb des Stellglieds
steuert, um das Ventil zu bewegen. Das Steuergerät dient ferner dazu, einen
Diagnosemodus zu aktivieren, um das Stellglied während eines Betriebs der Brennkraftmaschine
einzuschalten oder auszuschalten, und ein sich ergebendes Verhalten
des Ventils zu überwachen,
um das elastische Bauteil zu diagnostizieren. Insbesondere, wenn
das elastische Bauteil während eines
Betriebs des Verbrennungsmotors eine Fehlfunktion aufweist, stellt
das System einen derartigen Fall frühzeitig fest und kann die NOx-Menge
reduzieren, die von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird,
und es stellt ferner die Stabilität des Betriebs des Verbrennungsmotors
sicher.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bestimmt das Steuergerät, ob ein Fahrzeug, in dem
die Brennkraftmaschine eingebaut ist, verzögert oder nicht verzögert wird.
Wenn es bestimmt wird, dass das Fahrzeug verzögert wird, aktiviert das Steuergerät den Diagnosemodus,
um zu bestimmen, ob das elastische Bauteil eine Fehlfunktion oder
keine Fehlfunktion aufweist. Die Diagnose des elastischen Bauteils
während
des Betriebs des Verbrennungsmotors erfordert eine Bewegung des
Ventils, um den Abgasrückführungsweg
zu öffnen
oder zu schließen,
was abhängig
von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors in einer Verringerung
der Fähigkeit
des Verbrennungsmotors Emissionen auszustoßen oder in einer Instabilität des Betriebs
des Verbrennungsmotors resultieren kann. Wenn das Fahrzeug verzögert wird,
das heißt,
wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig ist, ist üblicherweise
eine unerwünschte
Veränderung
des Verhaltens des Verbrennungsmotors klein, das sich aus der Abgasrückführung ergibt.
Die Diagnose des elastischen Bauteils wird daher während einer
Verzögerung
des Fahrzeugs erreicht, um die Verschlechterung des Emissionsvermögens und
des Antriebverhaltens des Verbrennungsmotors zu minimieren.
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Das
Abgasrückführungssystem
hat weiter einen Ventilpositionssensor, um eine Öffnungsposition des Ventils
zu messen und um ein diese Position anzeigendes Signal auszugeben.
Wenn das Steuergerät
das Signal prüft,
das von dem Ventilpositionssensor ausgegeben wird, und feststellt,
dass das Ventil vollständig
geschlossen ist, schaltet das Steuergerät das Stellglied ein, um das
Ventil in eine gegebene Öffnungsposition
zu bringen, und dann schaltet es das Stellglied aus, um das elastische
Bauteil zu diagnostizieren. Insbesondere verschwindet aufgrund des
Ausschaltens des Stellglieds eine Belastung, die durch das elastische
Bauteil auf das Ventil ausgeübt wird,
solange das elastische Bauteil richtig funktioniert. Das Steuergerät überwacht
das Verhalten des elastischen Bauteils in einem derartigen Fall
und diagnostiziert das elastische Bauteil.
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Wenn
das Steuergerät
das Signal prüft,
das von dem Ventilpositionssensor ausgegeben wird, und feststellt,
dass das Ventil geöffnet
ist, kann das Steuergerät
alternativ das Stellglied ausschalten, um das elastische Bauteil
zu diagnostizieren. Insbesondere verschwindet aufgrund des Ausschaltens
des Stellglieds die Belastung, die durch das elastische Bauteil
auf das Ventil ausgeübt
wird, solange das elastische Bauteil richtig funktioniert. Das Steuergerät überwacht
das Verhalten des elastischen Bauteils in einem derartigen Fall
und diagnostiziert das elastische Bauteil.
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Wenn
nach einem Ablauf einer gegebenen Zeit nach dem Ausschalten des
Stellglieds festgestellt wird, dass die Öffnungsposition des Ventils,
die durch den Ventilpositionssensor gemessen wird, größer als
ein gegebener Öffnungsgrad
des Ventils ist, kann das Steuergerät eine Fehlfunktion des elastischen
Bauteils bestimmen.
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In
dem Diagnosemodus kann das Steuergerät eine elektrische Leistung
zu dem Stellglied zuführen,
um das Ventil zu bewegen und um einen Wert der elektrischen Leistung
zu prüfen,
die das Stellglied anfordert, um das Ventil in eine gegebene Referenzöffnungsposition
zu bringen, um zu bestimmen, ob das elastische Bauteil eine Fehlfunktion
oder keine Fehlfunktion aufweist. Wenn unabhängig von der Öffnungsposition
des Ventils das Steuergerät
feststellt, dass eine Veränderung
der elektrischen Leistung, die das Stellglied anfordert, um das
Ventil zu bewegen, kleiner als ein gegebener Wert ist, kann das
Steuergerät
bestimmen, dass das elastische Bauteil eine Fehlfunktion aufweist.
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Wenn
es bestimmt wird, dass das elastische Bauteil eine Fehlfunktion
aufweist, kann das Steuergerät
ein Verhältnis
zwischen einer elektrischen Leistung, die zu dem Stellglied zugeführt werden
soll, und einer resultierenden Öffnungsposition
des Ventils verändern.
Insbesondere, wenn das elastische Bauteil richtig funktioniert,
dient das Stellglied dazu, das Ventil gegen die Belastung zu bewegen,
die durch das elastische Bauteil erzeugt wird. Daher verringert, wenn
festgestellt wurde, dass das elastische Bauteil eine Fehlfunktion
aufweist, das Steuergerät
die elektrische Leistung, die zu dem Stellglied zugeführt werden
soll, unabhängig
von der Belastung, die durch das elastische Bauteil erzeugt wird,
wodurch die Stabilität
des Betriebs des Ventils sichergestellt ist.
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Das
Abgasrückführungssystem
kann weiter eine Warnvorrichtung haben, die ein Warnsignal ausgibt,
wenn das Steuergerät
bestimmt, dass das elastische Bauteil eine Fehlfunktion aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung und aus den beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung besser verstanden werden, die jedoch nicht dafür herangezogen
werden sollen, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele
zu beschränken,
sondern sie dienen nur zum Zweck der Erläuterung und Erklärung.
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1 ist
eine Schnittansicht, die ein Ventil (Klappe) einer EGR Vorrichtung,
die in einem EGR Weg eingebaut ist, der sich von einem Abgassystem zu
einem Lufteinlasssystem einer Brennkraftmaschine erstreckt, gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt;
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2 ist
eine schematische Ansicht, die ein Dieselverbrennungsmotorsystem
zeigt, das mit einem EGR System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgestattet ist;
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3 ist
ein Blockschaltbild, dass das Dieselverbrennungsmotorsystem von 2 zeigt;
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4 ist
ein Ablaufdiagramm eines Programms, das durch eine ECU des Dieselverbrennungsmotorsystems
von 2 ausgeführt
wird, um eine Feder einer EGR Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zu diagnostizieren;
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5 ist
eine Ansicht, die einen Betrieb des Dieselverbrennungsmotorsystems
von 2 darstellt, um eine Feder einer EGR Vorrichtung
zu diagnostizieren;
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6 ist
eine Ansicht, die einen Betrieb des Dieselverbrennungsmotorsystems
von 2 darstellt, um eine Feder einer EGR Vorrichtung
zu diagnostizieren;
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7 ist
eine Ansicht, die Verhältnisse
zwischen einer elektrischen Leistung, die zu einem Stellglied zugeführt werden
soll, um ein Ventil einer EGR Vorrichtung zu bewegen, und einer
sich ergebenden Öffnungsposition
des Ventils zeigt, wenn das Ventil richtig funktioniert und wenn
das Ventil eine Fehlfunktion aufweist;
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8 ist
ein Ablaufdiagramm eines Failsafe-Programms, das durch eine ECU
des Dieselverbrennungsmotorsystems von 2 ausgeführt wird; und
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9 ist
ein Ablaufdiagramm eines Programms, das durch eine ECU eines Dieselverbrennungsmotorsystems
ausgeführt
wird, um eine Feder einer EGR Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zu diagnostizieren.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bezogen
auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen
Teile in verschiedenen Ansichten bezeichnen, und insbesondere bezogen
auf 2 ist ein Dieselverbrennungsmotorsystem 10 gezeigt,
das als ein EGR (Abgasrückführungs-)System
dient, das mit einer EGR Vorrichtung 50 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgestattet ist. In dem Dieselverbrennungsmotorsystem 10 ist
ein Common Rail Einspritzsystem zum Steuern eines Betriebs einer
Brennkraftmaschine 11, ein Lufteinlasssystem 20,
ein Abgassystem 30, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 40,
die EGR Vorrichtung 50 und ein Lader 70 eingebaut.
Dieses Ausführungsbeispiel
kann alternativ bei Benzinverbrennungsmotoren verwendet werden.
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Der
Verbrennungsmotor 11 hat eine Vielzahl von Zylindern 13 und
Antriebsmechanismen wie zum Beispiel Kolben (nicht gezeigt). Der
Verbrennungsmotor 11 hat ferner Einlassventile 14 und
Abgasventile 15, die durch ein Ventilantriebssystem (nicht
gezeigt) angetrieben werden. Die Einlassventile 14 sind wahlweise
geöffnet
oder geschlossen, um Luftströmungen,
die von dem Lufteinlasssystem 20 zu den Zylindern 13 geführt werden,
bereitzustellen oder zu blockieren. Die Abgasventile 15 sind
wahlweise geöffnet
oder geschlossen, um Abgasströmungen,
die von den Zylindern 13 zu dem Abgassystem 30 ausgestoßen werden,
bereitzustellen oder zu blockieren. Das Ventilantriebssystem wird
durch eine Drehung einer Antriebswelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 11 betrieben,
um die Einlass- und Abgasventile 14 und 15 zu öffnen oder
zu schließen.
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Das
Lufteinlasssystem 20 ist mit einer Einlassleitung 21,
einem Einlassverteiler 22 und einer Drossel 23 ausgestattet.
Die Einlassleitung 21 ist an einem Luftreiniger (nicht
gezeigt) angefügt
und in ihr ist der Lader 70 eingebaut. Die Einlassleitung 21 ist ferner
an dem Einlassverteiler 22 an einem Ende angefügt, das
von dem Luftreiniger entfernt ist. Der Einlassverteiler 22 hat
Abzweigungen, die sich von der Einlassleitung 21 zu den
jeweiligen Zylindern 13 erstrecken. Der Einlassverteiler 22 dient
dazu, um Frischluft, die durch den Luftreiniger angesaugt wird, zu
jedem Zylinder 13 zuzuführen.
Die Drossel 23 ist in einem Abschnitt der Einlassleitung 21 stromabwärtig des
Laders 70 angeordnet. Die Drossel 23 hat ein Stellglied 24 und
ein Ventil (Klappe) 25 und dient dazu, um die Luftströmungsrate
zu steuern, die durch die Einlassleitung 21 in den Verbrennungsmotor 11 geführt wird.
Das Stellglied 24 ist, wie in 3 dargestellt
ist, mit einer ECU 12 elektrisch verbunden und spricht
auf ein Steuersignal von der ECU 12 an, um das Ventil 25 zu
bewegen oder zu drehen. Das Ventil 25 ist zum Beispiel
aus einer scheibenförmigen
Platte hergestellt, die gedreht wird, um die Einlassleitung 21 zu öffnen oder
zu schließen.
Ein Zwischenkühler 26 ist,
wie eindeutig in 2 dargestellt ist, in der Einlassleitung 21 stromabwärtig des
Laders 70 angeordnet, um die Einlassluft zu kühlen, die
durch den Lader 70 verdichtet und deren Temperatur erhöht wurde.
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Das
Abgassystem 30 hat die Abgasleitung 31 und einen
Abgasverteiler 32. Die Abgasleitung 31 ist an
einen Katalysator und einen Schalldämpfer (beide sind nicht gezeigt)
angefügt.
Der Lader 70 ist in der Abgasleitung 31 eingebaut.
Die Abgasleitung 31 ist mit dem Abgasverteiler 32 an
ihrem Ende verbunden, das von dem Katalysator und dem Schalldämpfer entfernt
ist. Der Abgasverteiler 32 verbindet jeden Zylinder 13 mit
der Abgasleitung 31.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 40 hat eine Kraftstoffeinspritzpumpe 41,
eine Common Rail 42 und Einspritzvorrichtungen 43.
Die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 wird durch ein Moment angetrieben, das
von dem Verbrennungsmotor 11 übertragen wird, um einen Kraftstoff,
der von einem Kraftstoffbehälter (nicht
gezeigt) angesaugt wird, mit einem ausgewählten Druckbetrag mit Druck
zu beaufschlagen, und um diesen zu der Common Rail 42 zu
fördern.
Die Common Rail 42 speichert in sich den Kraftstoff mit
dem ausgewählten
Druckbetrag. Jeweils eine der Einspritzvorrichtungen 43 ist
in den Zylindern 13 eingebaut. Jede Einspritzvorrichtung 43 ist
mit der Common Rail 42 verbunden und dient dazu, um den
Kraftstoff, der von der Common Rail 42 zugeführt wird,
in einen korrespondierenden Zylinder 13 des Verbrennungsmotors 11 einzuspritzen.
Die Einspritzvorrichtungen 13 sind mit einem Solenoidventil
ausgestattet, das auf ein Steuersignal von der ECU 12 anspricht,
und das eingeschaltet wird, um einen Kraftstoffstrahl in den Zylinder 13 einzuspritzen.
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Der
Lader 70 ist zum Beispiel durch einen VN-Turbolader (Turbolader
mit variabler (Düsen-)Geometrie)
bereitgestellt, der konstruiert ist, um den Druck der Luft variabel
zu steuern, die in den Verbrennungsmotor 11 geführt wird.
Der Lader 70 hat eine Turbine 71, einen Verdichter 72 und
ein Turbostellglied 73. Die Turbine 71 ist in
der Abgasleitung 31 eingebaut, so dass sie sich durch eine
Strömung des
Abgases dreht, das durch die Abgasleitung 31 strömt. Der
Verdichter 72 ist in der Einlassleitung 21 eingebaut,
so dass er durch die Drehung der Turbine 71 angetrieben
wird, um die Einlassluft zu verdichten, die in der Einlassleitung 21 strömt. Das
Turbostellglied 73 spricht auf ein Steuersignal von der
ECU 12 an, um einen Spalt zwischen der Turbine 71 und
einer Turbinenkammer zu steuern, durch den das Abgas strömt, wodurch
der Druck der Einlassluft auf einen ausgewählten Betrag reguliert wird.
Die Einlassluft, die durch den Verdichter 72 des Laders 70 verdichtet
ist, wird durch den Zwischenkühler 26 gekühlt und
dann in die Zylinder 13 des Verbrennungsmotors 11 geführt.
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Die
EGR Vorrichtung 50 ist, wie eindeutig in 1 dargestellt
ist, mit einer Gasströmungsleitung 51,
einem Ventil 52, einem Stellglied 53, einer Feder 54 und
einem Ventilpositionssensor 55 ausgestattet. Die Gasströmungsleitung 51 erstreckt
sich von einem Abschnitt der Abgasleitung 31, der stromaufwärtig des
Laders 70 angeordnet ist, zu einem Abschnitt der Einlassleitung 21,
der stromabwärtig
des Laders 70 angeordnet ist. Die Gasströmungsleitung 51 definiert
einen EGR Weg 56, durch den ein Teil des Abgases, das von
dem Verbrennungsmotors 11 durch die Abgasleitung 31 ausgestoßen wird,
zu der Einlassleitung 21 zurückgeführt wird, und dann mit der Einlassluft
vermischt wird, die in den Verbrennungsmotor 11 geführt werden
soll.
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Das
Ventil 52 ist in der Gasströmungsleitung 51 angeordnet.
Das Ventil 52 ist aus einer scheibenförmigen Platte und einer Stützwelle 57 hergestellt, die
an die scheibenförmige
Platte angefügt
ist. Die Stützwelle 57 ist
an ihrem einen Ende mit dem Stellglied 53 verbunden und
an ihrem anderen Ende mit dem Ventilpositionssensor 55 verbunden.
Das Stellglied 53 ist mit einem Elektromotor ausgestattet,
der in Erwiderung auf ein Steuersignal von der ECU 12 eingeschaltet
wird, um die Stützwelle 57 zu
drehen, um das Ventil 52 in eine ausgewählte Öffnungsposition zu bewegen,
wodurch die Strömungsrate
des Teils des Abgases (nachstehend auch als EGR Gas bezeichnet)
gesteuert wird, der in dem EGR Weg 56 von dem Abgassystem 30 zu
dem Lufteinlasssystem 20 strömt.
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Die
Feder 54 ist an der Stützwelle 57 des Ventils 52 montiert.
Die Feder 54 ist an ihrem einen Ende an der Stützwelle 57 angefügt und an
ihrem anderen Ende an der Wand der Gasströmungsleitung 51 angefügt und dient
als eine Rückstellfeder,
die die Welle 57 federnd drängt, um das Ventil 52 in
einer Ventilschließrichtung
zu bewegen, in der der EGR Weg 56 geschlossen wird, wodurch
das Ventil 52 in eine geschlossene Position gebracht wird,
in der der EGR Weg 56 vollständig geschlossen ist, wenn
das Stellglied 53 ausgeschaltet ist.
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Der
Ventilpositionssensor 55 ist an dem Ende der Stützwelle 57 der
Welle 52 angefügt,
das von dem Stellglied 53 entfernt ist. Der Ventilpositionssensor 55 dient
dazu, um eine Winkelposition der Stützwelle 57 als eine
Funktion einer Öffnungsposition
des Ventils 52 zu messen, die das Ausmaß anzeigt, um das der EGR Weg 56 geöffnet wird,
und um ein elektrisches Signal, dass das Ausmaß anzeigt, zu der ECU 12 auszugeben.
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Die
ECU 12 dient dazu, das gesamte System des Dieselverbrennungsmotorsystems 10 einschließlich des
Verbrennungsmotors 11, des Lufteinlasssystems 20,
des Abgassystems 30, der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 40,
der EGR Vorrichtung 50 und des Laders 70 zu steuern.
Die ECU 12 ist aus einem Mikrorechner gebildet, der mit
einer CPU, einem RAM und einem ROM ausgestattet ist, und führt Computerprogramme
aus, die in dem ROM gespeichert sind, um den gesamten Betrieb des
Dieselverbrennungsmotorsystems 10 zu steuern.
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Die
ECU 12 ist mit einer Speicherbatterie 16, wie
in 3 dargestellt ist, einem Eingangskreis und einem
Ausgangskreis verbunden. Die Batterie 16 dient dazu, die
elektrische Leistung zu den Bauteilen des Dieselverbrennungsmotorsystems 10 mittels
der ECU 12 zuzuführen.
Insbesondere dient die ECU 12 als eine Energiequelle, empfängt Ausgänge von
verschiedenen Arten von Sensoren durch den Eingangskreis und gibt
durch den Ausgangskreis die Steuersignale zu den Bauteilen des Dieselverbrennungsmotorsystems 10 aus.
Der Eingangskreis ist mit einem Drehzahlsensor 81, einem
Gaspedalwegsensor 82 und dem Ventilpositionssensor 55 verbunden.
Der Drehzahlsensor 81 dient dazu, die Drehzahl der Antriebswelle
(nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 11 zu messen und
ein Signal auszugeben, das die Drehzahl anzeigt. Der Gaspedalwegsensor 82 dient
dazu, einen Aufwand eines Fahrers oder einen Weg des Gaspedals (nicht
gezeigt) zu messen, um ein Signal auszugeben, das die Position (das
heißt
den Öffnungsgrad)
des Gaspedals anzeigt. Die ECU 12 prüft die Ausgänge von dem Drehzahlsensor 81 und
dem Gaspedalwegsensor 82, um Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 11 zu
bestimmen. Der Ventilpositionssensor 55, wie er vorstehend
beschrieben ist, dient dazu, die Öffnungsposition des Ventils 52 der
EGR Vorrichtung 50 zu messen.
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Der
Ausgangskreis der ECU 12 ist mit dem Solenoidventil jeder
Einspritzvorrichtung 43, dem Stellglied 24 der
Drossel 23, dem Stellglied 53 der EGR Vorrichtung 50,
dem Turbostellglied 73 des Laders 70 und einer
Warnvorrichtung 83 verbunden. Wenn ein beliebiger Bauteil
des Fahrzeugs eine Fehlfunktion aufweist, dient die Warnvorrichtung 83 dazu,
Insassen des Fahrzeugs über
eine derartige Fehlfunktion zu warnen. Die Warnvorrichtung 83 kann
mit einer Hupe oder einer Alarmeinrichtung ausgestattet sein, die
einen akustischen Alarm oder ein Aufleuchten einer Alarmlampe ausgibt,
die in dem Armaturenbrett eingebaut ist, um einen visuellen Alarm auszugeben.
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Die
ECU 12 prüft
die Position des Gaspedals, die durch den Gaspedalwegsensor 82 gemessen
wird, und die Drehzahl des Verbrennungsmotors 11, die durch
den Drehzahlsensor 81 gemessen wird, um eine Betriebsbedingung
des Verbrennungsmotors 11 und eine Last auf diesen und
eine Beschleunigung oder Verzögerung
des Fahrzeugs zu bestimmen, in dem der Verbrennungsmotor 11 eingebaut ist.
Die ECU 12 steuert ferner die Betriebe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 40,
der EGR Vorrichtung 50 und des Laders 70 auf der
Grundlage der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 11 und
der Last auf diesen. Die ECU 12 dient ferner, wie nachstehend ausführlich im
Detail beschrieben ist, als eine Fehlfunktionsüberwachung, bei der eine Fehlfunktion
der Feder 54 der EGR Vorrichtung 50 überwacht
wird.
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Die
Fehlfunktionsüberwachungsfunktion
des Dieselverbrennungsmotorsystems 10, um die Fehlfunktion
der EGR Vorrichtung 50 zu überwachen oder zu erfassen,
ist nachstehend mit Bezug auf 4, 5 und 6 beschrieben.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten oder ein
Programm, das durch die ECU 12 in einem Kreislauf während eines
Betriebs des Dieselverbrennungsmotorsystems 10 ausgeführt wird.
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Nach
dem Aktivieren des Programms schreitet die Routine zu Schritt 101 voran,
in dem es bestimmt wird, ob der Verbrennungsmotor 11 verzögert oder
nicht verzögert
wird, das heißt
ob das Fahrzeug, in dem der Verbrennungsmotor 11 eingebaut
ist, verzögert
oder nicht verzögert
wird. Zum Beispiel schließt
die ECU zu einem Zeitpunkt t1 in 5, wenn
die ECU 12 festgestellt hat, dass die Öffnungsposition des Gaspedals,
die durch den Gaspedalwegsensor 82 gemessen wird, null
(%) wird (ist), das heißt,
das Gaspedal ist vollständig
freigegeben, und dass sie die Einspritzvorrichtungen 43 nicht
anweist Kraftstoff einzuspritzen, aus dem vorstehenden Zusammenhang,
dass das Fahrzeug verzögert
wird. Die ECU 12 kann alternativ bestimmen, dass das Fahrzeug
nun zu dem Zeitpunkt verzögert
wird, wenn das Gaspedal freigegeben ist (wird). Wenn der Zeitpunkt
t2 nach dem Verstreichen einer konstanten Zeit nach der vollständigen Freigabe
des Gaspedals zu dem Zeitpunkt t1 erreicht wird, beginnt eine Verringerung
der Drehzahl des Verbrennungsmotors 11. Die ECU kann ferner
derart konstruiert sein, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die
durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht gezeigt) gemessen
wird, zusätzlich
zu dem Ausgang von dem Gaspedalwegsensor 82 zu prüfen, um
zu bestimmen, ob das Fahrzeug nun verzögert oder nicht verzögert wird.
Wenn als Antwort JA in Schritt 101 erhalten wird, das bedeutet,
dass das Fahrzeug verzögert wird,
schaltet die ECU 12 ein Verzögerungsflag zu einem Zeitpunkt
t3 ein. Alternativ wird, wenn als Antwort NEIN erhalten wird, das
bedeutet, dass das Fahrzeug nicht verzögert wird, die Routine beendet.
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Wenn
es bestimmt wird, dass das Fahrzeug verzögert wird, schreitet die Routine
zu Schritt 102 voran, in dem es bestimmt wird, ob das Ventil 52 der EGR
Vorrichtung 50 eingeschaltet oder nicht eingeschaltet ist.
Diese Bestimmung wird mittels der Ausgabe von dem Ventilpositionssensor 55 gemacht.
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Wenn
das Gaspedal zu dem Zeitpunkt t1 vollständig freigegeben ist, kann
die EGR Vorrichtung 50 ausgeschaltet werden, um den EGR
Weg 56 vollständig
zu schließen.
Daher beginnt, wenn es in Schritt 102 bestimmt wird, dass
die EGR Vorrichtung 50 ausgeschaltet ist, die ECU 12 die
Zufuhr der elektrischen Leistung zu der EGR Vorrichtung 50 zu
dem Zeitpunkt t3 in 5. Insbesondere schreitet die Routine
zu Schritt 103 voran, in dem die ECU 12 das Ventil 52 der
EGR Vorrichtung 50 in eine Sollöffnungsposition α bringt.
In der ECU 12 ist, wie in 7 dargestellt
ist, als ein Kennfeld ein Verhältnis zwischen
dem Leistungsbetrag, der zu dem Stellglied 53 zugeführt wird,
und einer resultierenden Öffnungsposition
des Ventils 52 der EGR Vorrichtung 50 gespeichert.
Die ECU 12 bestimmt mittels des Kennfelds von 7 den
Leistungsbetrag, der erforderlich ist, um das Ventil 52 in
die Sollöffnungsposition α zu bewegen,
und führt
diesen Leistungsbetrag zu dem Stellglied 53 zu. Die ECU 12 kann
alternativ derart konstruiert sein, die Ausgabe von dem Ventilpositionssensor 55 zu überwachen
und den Leistungsbetrag zu steuern, der zu dem Stellglied 53 zugeführt wird,
um das Ventil 52 in die Sollöffnungsposition α zu bringen. Üblicherweise
tritt die Zeitverzögerung,
wie in den 5 und 6 gezeigt
ist, zwischen den Zeitpunkten auf, wenn die ECU 12 die Öffnungsposition
des Ventils 52 durch den Ventilpositionssensor 55 erkennt
und wenn das Ventil 52 tatsächlich die Sollöffnungsposition α erreicht.
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Nachdem
das Ventil 52 der EGR Vorrichtung 50 in die Sollöffnungsposition α bewegt wurde, schreitet
die Routine zu Schritt 104 voran, in dem ein Ausschaltflag
zu einem Zeitpunkt t4 in 5 eingeschaltet wird, um die Leistungszufuhr
zu dem Stellglied 53 zu beenden. Wenn es festgestellt wird,
dass das Ventil 52 der EGR Vorrichtung 50, wie
in 6 dargestellt ist, in dem Schritt 102 nicht
vollständig
geschlossen ist, das heißt
zwischen den Zeitpunkten t1 und t3, schaltet die ECU 12 das
Ausschaltflag ein, um das Stellglied 53 zu deaktivieren.
Aufgrund der Deaktivierung des Stellglieds 53 verschwindet
das Moment, das durch das Stellglied 53 auf das Ventil 52 ausgeübt wird,
wodurch das Ventil 52 durch die Feder 54 in dessen
geschlossene Position gedrängt wird,
solange die Feder 54 richtig funktioniert.
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Nachdem
das Stellglied 53 in Schritt 104 deaktiviert wurde,
schreitet die Routine zu Schritt 105 voran, in dem es bestimmt
wird, ob die Öffnungsposition
des Ventils 52 größer als
ein vorbestimmter Wert β oder
nicht größer als
dieser Wert ist. Insbesondere schaltet die ECU 12 das Stellglied 53 zu
einem Zeitpunkt t4 aus und bestimmt dann zu einem Zeitpunkt t5 nach
dem Verstreichen einer gegebenen Zeit nach dem Zeitpunkt t4, ob
die Öffnungsposition
des Ventils 52, die durch den Ventilpositionssensor 55 gemessen
wird, größer als
der Wert β oder
nicht größer als dieser
Wert ist.
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Wenn
die Feder 54 richtig funktioniert, drängt sie das Ventil 52 federnd
in die geschlossene Position. Somit wird Aufgrund der Deaktivierung
des Stellglieds 53 das Ventil 52 durch das Moment,
das durch die Feder 54 ausgeübt wird, bis zu dem Zeitpunkt
t5 in die anfängliche
Position gedreht, das heißt
in ihre geschlossene Position, in der der EGR Weg 56 vollständig geschlossen
ist. Wenn die Feder 54 eine Fehlfunktion aufweist, kann
sie das Ventil 52 nicht richtig zurückdrängen. Dadurch ist die Öffnungsposition
des Ventils 52 zu dem Zeitpunkt t5 nach dem Verstreichen
der vorbestimmten Zeit nach der Deaktivierung des Stellglieds 53 größer als
der Wert β.
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Wenn
die Öffnungsposition
des Ventils 54 zu dem Zeitpunkt t5 nach dem Versteichen
der vorbestimmten Zeit nach der Deaktivierung des Stellglieds 53 noch
immer größer als
der Wert β ist,
bestimmt die ECU 12, dass die Feder 54 eine Fehlfunktion
zum Beispiel aufgrund einer Beschädigung oder einer Entfernung
der Feder aufweist. Alternativ bestimmt, wenn als Antwort NEIN erhalten
wird, das bedeutet, dass die Öffnungsposition
des Ventils 52 kleiner als der Wert β ist, die ECU 12, dass
die Feder 54 richtig funktioniert und beendet die Routine
in 4. Die ECU 12 schaltet dann das Ausschaltflag
aus. Wenn der Fahrer das Gaspedal zu einem Zeitpunkt t6 derart betätigt, dass
die Öffnungsposition
des Gaspedals von null (0) ansteigt, beginnt eine Beschleunigung
des Fahrzeugs.
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Zusammen
mit der Ausführung
des Programms von 4, um die Fehlfunktion der EGR Vorrichtung 50 zu überwachen,
führt die
ECU 12 eine Failsafe-Funktion aus, wie in 8 gezeigt
ist.
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Zunächst wird
in Schritt 201 bestimmt, ob die Feder 54 der EGR
Vorrichtung 50 eine Fehlfunktion oder keine Fehlfunktion
aufweist. Diese Bestimmung wird auf der Grundlage der Entscheidung
in dem Programm von 4 gemacht. Wenn als Antwort
NEIN erhalten wird, wird die Routine beendet. Alternativ schreitet,
wenn als Antwort JA erhalten wird, die Routine zu Schritt 203 voran,
in dem die Warnvorrichtung 83 aktiviert oder eingeschaltet
wird, um die Insassen in dem Fahrzeug visuell oder akustisch zu
warnen.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 204 voran, in dem ein Leistungszufuhrprogramm
für das
Stellglied 53 geändert
wird. Das Leistungszufuhrprogramm definiert das Verhältnis, das
in 7 dargestellt ist, zwischen dem Leistungsbetrag,
der zu dem Stellglied 53 zugeführt werden soll, und der sich
ergebenden Öffnungsposition
des Ventils 52 der EGR Vorrichtung 50. Die vorstehend
beschriebene Feder 54 dient dazu, das Ventil 52 in
Richtung der geschlossenen Position zu drängen, um den EGR Weg 56 zu
schließen. Wenn
die Feder 54 richtig funktioniert, dient die ECU 12 dazu,
das Ventil 54 mittels des Stellglieds 53 gegen
die Belastung zu bewegen, die durch die Feder 54 ausgeübt wird.
Je mehr das Ventil 54 geöffnet wird, desto mehr an Reaktionsbelastung
(-kraft) wird durch die Feder 54 erzeugt. Dadurch ist es
erforderlich, den Betrag der elektrischen Leistung zu erhöhen, die
zu dem Stellglied 53 zugeführt werden soll, da die Sollöffnung des
Ventils 54 erhöht
wird. Wenn die Feder 54 eine Fehlfunktion aufweist, wird
keine Federbelastung auf das Ventil 52 ausgeübt, wodurch das
Stellglied 53 mit einer kleineren, konstanten Kraft das
Ventil 52 in eine Sollposition bewegt, und wodurch sich
ein konstanter Leistungsbetrag, der durch das Stellglied 53 angefordert
wird, über
einen gesamten Bereich einer Bewegung des Ventils 52 ergibt.
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Auf
der Grundlage der vorstehenden Tatsache zeigt die ECU 12 das
Verhältnis
zwischen dem Leistungsbetrag, der zu dem Stellglied 53 zugeführt werden
soll, und der sich ergebenden Öffnungsposition
des Ventils 52 der EGR Vorrichtung 50 durch eine
gestrichelte Linie in 7 an, die eine konstante Leistung
definiert, die zu dem Stellglied 53 unabhängig von
der Belastung zugeführt
wird, die üblicherweise
durch die Feder 54 auf das Ventil 52 ausgeübt wird.
Die ECU 12 verwendet ein derartiges Verhältnis, um
die Öffnungsposition
des Ventils 52 der EGR Vorrichtung 50 zu steuern,
wodurch die Verschlechterung der Fähigkeit des Verbrennungsmotors 11 Emissionen
auszustoßen
und des Antriebverhaltens des Verbrennungsmotors 11 verhindert
werden. Anstelle eines direkten Veränderns der Leistung, die zu dem
Stellglied 53 zugeführt
werden soll, kann die ECU 12 eine Leistungsverstärkung, die
zu dem Stellglied 53 zugeführt werden soll, als eine Funktion
der Öffnung
des Ventils 52 in dem Regelungsmodus steuern.
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Das
Dieselverbrennungsmotorsystem 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nachstehend beschrieben. Die Struktur des Dieselverbrennungsmotorsystems 10 ist
im Wesentlichen die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
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Die
ECU 12 ist konstruiert, das Stellglied 53 einzuschalten,
um das Ventil 52 zu bewegen, und sie prüft den Wert einer elektrischen
Leistung, die erforderlich ist, um das Ventil 52 in Richtung
einer vorbestimmten Referenzposition zu bewegen. Die ECU 12 vergleicht
dann den geprüften
Wert mit einem richtigen Wert, der aus dem Kennfeld von 7 ausgewählt wird,
um die EGR Vorrichtung 50 (das heißt, die Feder 54)
zu diagnostizieren.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm eines Fehlfunktionsüberwachungsprogramms, das in
einem Kreislauf durch die ECU 12 des zweiten Ausführungsbeispiels
ausgeführt
wird, um die EGR Vorrichtung 50 zu diagnostizieren.
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Nach
dem Aktivieren des Programms schreitet die Routine zu Schritt 301 voran,
in dem es bestimmt wird, ob das Fahrzeug, in dem der Verbrennungsmotor 11 eingebaut
ist, nun verzögert
oder nicht verzögert
wird. Wenn als Antwort NEIN erhalten wird, wird die Routine beendet.
Alternativ schreitet, wenn als Antwort JA erhalten wird, die Routine
zu Schritt 302 voran, in dem die ECU 12 die elektrische Leistung
zu dem Stellglied 53 der EGR Vorrichtung 50 zuführt und
eine sich ergebende Öffnungsposition des
Ventils 52 mittels des Ventilspositionssensors 55 prüft. Die
ECU 12 bestimmt dann, ob die geprüfte Öffnungsposition des Ventils 52 identisch
mit einem vorbestimmten Referenzwert λ oder nicht identisch mit diesem
ist. Insbesondere steuert die ECU 12 die elektrische Leistung,
die zu dem Stellglied 53 zugeführt wird, um das Ventil 52 zu
bewegen, und prüft den
Wert der elektrischen Leistung zu dem Zeitpunkt, wenn die Öffnungsposition
des Ventils 52, die durch den Ventilpositionssensor 55 gemessen
wird, den Referenzwert λ erreicht.
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Dann
schreitet die Routine zu Schritt 303 voran, in dem der
Wert der elektrischen Leistung, der geprüft wurde, wenn die Öffnungsposition
des Ventils 52 den Referenzwert λ erreicht, kleiner als ein Sollwert δ oder nicht
kleiner als dieser Wert ist. Die vorstehend beschriebene Feder 54 dient
dazu, das Ventil 52 zu jeder Zeit in die geschlossene Position
zu drängen,
in der der EGR Weg 56 vollständig geschlossen ist. Somit
wird, wenn die Feder 54 richtig funktioniert, die Leistung,
die durch das Stellglied 53 angefordert wird, allmählich erhöht, da sich
die Position des Ventils 52 dem Referenzwert λ nähert. Wenn die
Feder 54 eine Fehlfunktion aufweist, ist die Leistung,
die durch das Stellglied 53 angefordert wird, um die Öffnungsposition
des Ventils 52 zu dem Referenzwert λ zu bringen, kleiner als die
Leistung, wenn die Feder 54 richtig funktioniert. Demgemäß schreitet,
wenn der Wert der elektrischen Leistung, die geprüft wurde,
wenn die Öffnungsposition
des Ventils 52 den Referenzwert λ erreicht, kleiner als der Sollwert δ ist, der
dem Wert der elektrischen Leistung entspricht, die durch das Stellglied 53 angefordert wird, um
das Ventil 52 zu dem Referenzwert λ zu bewegen, wenn die Feder 54 richtig
funktioniert, die Routine zu Schritt 304 voran, in dem
die Feder 54 eine Fehlfunktion aufweist. Die ECU 12 dieses
Ausführungsbeispiels
kann die Failsafe-Funktion
ausführen,
die in 8 gezeigt ist.
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Anstelle
des Vergleichens des Werts der elektrischen Leistung, die geprüft wurde,
wenn die Öffnungsposition
des Ventils 52 den Referenzwert λ erreicht, mit dem Sollwert δ kann die
ECU 12 den Wert der elektrischen Leistung, der zu dem Stellglied 53 zugeführt wird,
jedes Mal prüfen
und speichern, wenn eine Sequenz der Betriebe in Schritt 301 und Schritt 302 ausgeführt wird.
Die ECU 12 kann den Wert der elektrischen Leistung, der
in diesem Programmablauf geprüft
wurde, mit dem Wert vergleichen, der einen Programmablauf früher geprüft wurde,
und sie kann bestimmen, dass die Feder 54 eine Fehlfunktion
aufweist, wenn eine Differenz zwischen diesen Werten größer als
ein gegebener Wert ist.
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Die
ECU 12 des zweiten Ausführungsbeispiels
prüft den
Wert der elektrischen Leistung, die erforderlich ist, um das Ventil 52 in
eine gegebene Referenzposition zu bringen, und verwendet diesen Wert,
um den Betrieb der EGR Vorrichtung 50 zu diagnostizieren.
Dies ermöglicht
eine schnelle Erfassung der Fehlfunktion der EGR Vorrichtung 50 mit
einer erhöhten
Genauigkeit.
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Während die
vorliegende Erfindung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben ist, um deren Verständnis
zu erleichtern, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung
in verschiedenen Arten ausgeführt
werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher
ist es selbstverständlich,
dass die Erfindung alle möglichen Ausführungsbeispiele
und Modifikationen bei den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst, die
ausgeführt
werden können,
ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie es in den angefügten Ansprüchen dargelegt
ist.
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Ein
Abgasrückführungssystem
für eine Brennkraftmaschine
hat einen Abgasrückführungsweg,
ein Ventil, das bewegt wird, um den Abgasrückführungsweg zu öffnen oder
zu schließen,
ein elastisches Bauteil, dass das Ventil federnd in eine elastische
Position drängt,
ein Stellglied, das elektrisch angetrieben wird, um das Ventil zu
bewegen, und ein Steuergerät.
Das Steuergerät
dient dazu, einen Diagnosemodus zu aktivieren, um das Stellglied
während
eines Betriebs der Brennkraftmaschine einzuschalten oder auszuschalten,
und um ein Verhalten des Ventils zu überwachen, um das elastische
Bauteil zu diagnostizieren. Wenn das elastische Bauteil eine Fehlfunktion
während
eines Betriebs der Brennkraftmaschine aufweist, verschwindet die
Belastung, die durch das elastische Bauteil auf das Ventil ausgeübt wird,
wodurch sich eine Veränderung
des Verhaltens des Ventils ergibt. Das System stellt eine derartige
Veränderung
fest, um den Betrieb des elastischen Bauteils zu diagnostizieren.
Daraus ergibt sich eine frühzeitige
Erfassung der Fehlfunktion des elastischen Bauteils, wodurch die
NOx-Menge reduziert wird, die von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird,
und die Stabilität
des Betriebs der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.