DE3013685C2 - Abgasrückführungs-Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasrückführungs-Steuereinrichtung für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasrückführungs-Steuereinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer solchen, aus der DE-OS 27 52 877 bekannten Abgasrückführungs-Steuereinrichtung wird das Steuerventil
von einem Membranantrieb betätigt, der über ein Elektromagnet-Ventil mit dem Ansaugrohr stromab der
Drosselklappe verbunden ist. Das Elektromagnet-Ventil wird von der Steuerschaltung nach Maßgabe der
Betriebszustände der Brennkraftmaschine gesteuert, wobei diese Steuerschnltung von den Ausgangssignalen
eines Kohlendioxyd-Fühlers in dem Ansaugrohr und eines weiteren Kohlenstoffdioxyd-Fühlers in dem
Abgaskanal angesteuert wird. Mit dem Elektromagnet-Ventil wird der im Ansaugrohr abgezweigte Ansaugunterdruck
durch Entlüften zur Umgebung hin gesteuert und dann als Unterdruck zur Betätigung des Steuerventils
durch den Membranantrieb benutzt. Mit dieser Steuereinrichtung kann die Abgasrückführung mit
hoher Genauigkeit gesteuert werden, so daß sowohl das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine als auch die
angestrebte Verminderung von Stickoxyden in den Abgasen zufriedenstellend sind. Diese Steuereinrichtung
arbeitet mit dieser hohen Genauigkeit jedoch nur solange, wie ihre Bauteile noch neu sind. Aufgrund von
Alterungserscheinungen der Bauteile ist ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine
und eine ausreichende Verminderung von Stickoxyden in den Abgasen auf Dauer daher nicht sicherzustellen.
Aus der DE-OS 27 51 051 ist eine Abgasrückführungs-Steuereinrichtung
bekannt, bei der der Betriebszustandsdetektor einen Meßfühler für die angesaugte
Lufonenge, einen Meßfühler für den Ansaugunterdruck stromab des Drosselventils und einen Meßfühler für die
Drehzahl der Brennkraftmaschine aufweist Die Ausgangssignale dieser Meßfühler werden an die Steuerschaltung
gegeben. Die Steuerschaltung erhält außer-
to dem das Ausgangssignal eines weiteren Meßfühlers, der den Luftdruck der Umgebungsluft mißt Die Steuerschaltung
arbeitet außerdem mit einem Speicher zusammen, in dem Sollwerte für den Ansaugunterdruck
gespeichert werden, die nach ihrem Auslesen in
is Abhängigkeit vom erfaßten Luftdruck der Umgebung geändert und dann mit dem jeweils erreichten Istwert
verglichen werden. Aufgrund des Vergleichsergebnisses wird das Steuerventil, für die Abgasrückführung so
gesteuert daß der in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine herrschende Ansaugunterdruck mit dem
geänderten Sollwert übereinstimmt. Auch bei dieser bekannten Steuereinrichtung wird das Steuerventil
innerhalb der Abgasrückführungssleitung von einem Unterdruck betätigt, der aus einem Teil des Ansaugunterdruckes
der Brennkraftmaschine dadurch gebildet wird, daß mit Hilfe eines von der Steuerschaltung
gesteuerten Elektromagnet-Ventils der Ansaugunterdruck zur Umgebung hin entlüftet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß insbesondere durch Alterungserscheinungen bedingte Abweichungen der tatsächlichen Abgasrückführungsgröße von der jeweils gewünschten Abgasrückführungsgröße mit Hilfe einer Rückkopplungsregelung vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß insbesondere durch Alterungserscheinungen bedingte Abweichungen der tatsächlichen Abgasrückführungsgröße von der jeweils gewünschten Abgasrückführungsgröße mit Hilfe einer Rückkopplungsregelung vermieden werden.
Bei einer Steuereinrichtung der genannten Art wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die erlindungsgemäße Steuereinrichtung stellt durch die in der Abgasrückführungsleitung vorgesehene Drosseleinrichtung und die mit dsr Steuerschaltung verbundene Druckerfassungseinrichtung, die den stromabwärts der Drosseleinrichtung innerhalb der Abgasrückführungsleitung herrschenden Druck erfaßt, sicher, daß die Steuerschaltung das Steuerventil in der Abgasrückführungsleitung tatsächlich imm?r so steuert, daß die jeweils gewünschte Abgasrückführungsgröße auch zuverlässig eingehalten wird. Durch das Erfassen des Drucks stromabwärts von der Drosseleinrichtung ist sichergestellt, daß dieser Druck der im Augenblick mit Hilfe des Steuerventils eingestellten Abgasrückführungsgröße genau entspricht, so daß ein Ausgangssignal der Druckerfassungseinrichtung die Steuerschaltung gegebenenfalls so ansteuern kann, daß die Abgasrück· führungsgröße durch eine andere Einstellung des Steuerventils so lange geändert wird, bis der von der Druckerfassungseinrichtung erfaßte Druck genau dem jeweils gewünschten Sollwert entspricht, der zuvor mit Hilfe der Steuerschaltung aufgrund der erfaßten Betriebszustände der Brennkraftmaschine bestimmt wurde. Auf diese Weise findet also eine Rückkopplungsregelung der Abgasrückführungsgröße statt.
Die erlindungsgemäße Steuereinrichtung stellt durch die in der Abgasrückführungsleitung vorgesehene Drosseleinrichtung und die mit dsr Steuerschaltung verbundene Druckerfassungseinrichtung, die den stromabwärts der Drosseleinrichtung innerhalb der Abgasrückführungsleitung herrschenden Druck erfaßt, sicher, daß die Steuerschaltung das Steuerventil in der Abgasrückführungsleitung tatsächlich imm?r so steuert, daß die jeweils gewünschte Abgasrückführungsgröße auch zuverlässig eingehalten wird. Durch das Erfassen des Drucks stromabwärts von der Drosseleinrichtung ist sichergestellt, daß dieser Druck der im Augenblick mit Hilfe des Steuerventils eingestellten Abgasrückführungsgröße genau entspricht, so daß ein Ausgangssignal der Druckerfassungseinrichtung die Steuerschaltung gegebenenfalls so ansteuern kann, daß die Abgasrück· führungsgröße durch eine andere Einstellung des Steuerventils so lange geändert wird, bis der von der Druckerfassungseinrichtung erfaßte Druck genau dem jeweils gewünschten Sollwert entspricht, der zuvor mit Hilfe der Steuerschaltung aufgrund der erfaßten Betriebszustände der Brennkraftmaschine bestimmt wurde. Auf diese Weise findet also eine Rückkopplungsregelung der Abgasrückführungsgröße statt.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele einer Abgasrückführungs-Steuereinrichtung werden anhand der Zeichnung
erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. ί eine schematische Darstellung einer bisheri-
Fig. ί eine schematische Darstellung einer bisheri-
15
genAbgasrückführungs-Steuereinrichtung,
Fig.2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung,
F i g. 3a und 3b Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der bei der Erfindung verwendeten
Steuerschaltungen und
Fig.4 ein Zeitdiagramm, das die Beziehungen
zwischen dem Drucksignal V^ dem SoU-Drucksigiial V\
und dem Korrekturanteil D2 verdeutlicht
Eine in Fig. 1 gezeigte Brennkraftmaschine 1 weist
eine Ansaugleitung 2 und eine Abgasleitung 3 auf. Die Leitungen sind durch eine Abgasrückführungsleitung 5
verbunden, um einen Teil der Abgase an eine stromabwärts einer Drosselklappe 4 gelegene Stelle
zurückzuführen.
Um die Abgasrückführungsgröße in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu
steuern, ist die Abgasrückführungsleitung 5 mit einem Steuerventil 6 versehen, das von einem Unterdruck
steuerbar ist, der mittels eines Elektromagnet-Ventils 8 einstellbar ist Das Elektromagnet-Ventil 8 spricht auf
von einer einen Mikrocomputer aufweisenden Steuerschaltung 7 kommende Signale an.
Ein Teil des Unterdrucks stromabwärts der Drosselklappe 4 wird in ein Konstantdruckventil 10 eingeführt,
um dort immer einen konstanten Unterdruck zu erzeugen.
Der konstant herrschende Unterdruck wird mit Umgebungsluft gemischt, die durch das Elektromagnet-Ventil
8 zugeführt wird. Das Elektromagnet-Vi. ntil 8
erhält die Umgebungsluft in Abhängigkeit seiner Öffnungsstellung, um sodann einen Unterdruck zu
erzeugen, der einem Membranantrieb 9 für das Steuerventil 6 zugeführt wird. Wächst der Unterdruck
an, so öffnet sich das Steuerventil 6 ein entsprechendes Stück, wodurch ebenfalls die Strömungsgeschwindigkeit
des rückgefühnen Abgases steigt.
Die Steuerschaltung 7 enthält eine Schnittstelle, einen Mikroprozessor, einen Festspeicher (ROM) und einen
Schreib/Lese-Speicher (RAM). Für die Betriebszustände der Brennkraftmaschine repräsentive Signale, die
beispielsweise von einem Drehzahlmesser 11, einem Ansaugluftsensor 12 oder einem Drosselklappen-Öffnungsschalter
13 kommen, gelangen zu der Steuerschaltung 7, welche eine zuvor entsprechend dem Betriebszustand
eingestellte Abgasrückführungsgröße aufgrund der erhaltenen Signale auswählt, um ein Inipulssignal zu
erzeugen, das an das Elektromagnet-Ventil 8 gegeben wird, damit die jeweils gewünschte Abgasrückführungsgröße
eingestellt wird.
Die Arbeitsgenauigkeit des Elektromagnet-Ventils 8 und des Konstantdruckventils 10 nimmt im Laufe der
Zeit ab, wodurch Fehler bei der Steuerung der Abgasrückführung hervorgerufen werden, welche das
Aufrechterhalten eines stabilen Regelverhaltens schwierig machen.
Bei dem in Fig.2 dargestellten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel sind gleiche Teile wie in F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Teile werden
daher nicht noch einmal erläutert.
Bei dieser Steuereinrichtung ist eine Druckerfassungseinrichtung 15 vorgesehen, deren Ausgangssignal
an die Steuerschaltung 7 geführt wird, um jegliche Abweichung von den gewünschten Steuerwerten zu
vermeiden.
Ein Druck Pr in einer Leitung zwischen dem Steuerventil 6 und einer Drosseleinrichtung 16, die zur
Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des in der
40
45
50
60
65 Abgasrückführungsleitung 5 strömenden Abgases dient,
steht in engem Verhältnis zu der Abgasrückführungsgeschwindigkeit
Anders ausgedrückt: Der stromaufwärts der Drosseleinrichtung 16 herrschende Druck ist im wesentlichen
gleich dem Abgasdruck der Brennkraftmaschine, so daß
die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Drosseleinrichtung 16 strömenden Abgases durch Erfassen des
stromabwärts herrschenden Druckes Pr gemessen werden kann, wobei die bekannte Querschnittsfläche
der Drosseleinrichtung berücksichtigt wird.
Zu diesem Zweck weist die Druckerfassungseinrichtung 15 eine Membran 17 auf, durch die eine
Druckkammer 18 und eine mit der Umgebungsluft in Verbindung stehende Kammer 19 voneinander getrennt
werden. An der Membran 17 ist eine elektrisch leitende Schaltplatte 20 befestigt, die von in die Kammer 19
hineinragenden Anschlußklemmen 1\A und 215 beabstandet und mit diesen in Kontakt bringbar :st
Wird die Membran 17 gegen die Kraft einer Feder 22
angehoben, bis die Schaltplatte 20 mit den Klemmen 21/4 und 21B in Kontakt kommt so werden die
Anschlußklemmen kurzgeschlossen, so daß ein elektrischer Strom von einer Stromquelle 23 zu einer
Glättungsschaltung 24 fließt
Der Druck Pr, der in die Druckkammer 18 übertragen
wird, pulsiert synchron mit den Umdrehungen der Brennkraftmaschine, so daß die Membran 17 ebenfalls
in Abhängigkeit von den Schwankungen des Drucks Pr schwingt Je höher der Druck Pr ist, desto höher liegt
der Bezugspegel der Schwingung, und daher steigt die Kurzschlußfrequenz der Klemmen 21A und 21B an.
Die Glättungsschaltung 24 dient zum Korrigieren dieser in Form von EIN-AUS-Signalen vorliegenden
Ausgangssignale, so daß ein Ausgangssignal erhalten wird. Wenn somit der Druck Pr ansteigt, wird auch das
Ausgangssignal der Glättungsschaltung 24 größer.
In der Steuerschaltung 7 wird aufgrund der Ausgangsgrößen des Drehzahlmessers 11, des Ansaugluftsensors
12 oder des Drosselklappen-Öffnungsschalters 13 die gewünschte Abgasrückführungsgröße
bestimmt, wie es bei der Steuereinrichtung der F i g. 1 der Fall ist. Von der Steuerschaltung 7 werden an das
Elektromagnet-Ventil 8 Impulssignale gegeben, deren Tastverhältnis den bestimmten oder ausgewählten
Werten entsprechen.
Der von dem Konstantdruckventil 10 abgenommene Unterdruck wird zu der durch das Elektromagnet-Ventil
8 strömenden Umgebungsluft hin entlüftet, wobei die durch das Elektromagnet-Ventil 8 strömende Umgebungsluft
im wesentlichen dessen Öffnungsgrad entspricht. Hierdurch wird ein gesteuerter Unterdruck
erhalten. Wenn der gesteuerte Unterdruck dem Steuerventil 9 zugeführt wird, so öffnet oder schließt
sich dieses in Abhängigkeit von dem gesteuerten Unterdruck mehr oder weniger, wodurch wiederum der
stromabwärts der Drosseleinrichtung IG herrschende Druck und infolgedessen schließlich die Abgasrückführungsgröße
gesteuert werden.
Der Druck Pr wird an die Steuerschaltung 7 über die Druckerfassungseinrichtung 15 und die Glättungsschalt'ing
24 zurückgeführt, so daß eine Änderung des Drucks Pr unmittelbar erfaßt werden kann, wenn eine
Ist-Strömungsgeschwindigkeit des zurückgeführten Abgases von der Soll-Strömungsgeschwindigkeit abweicht,
obgleich ein Steuersignal zum Erhalten des Sollwertes an das Elektromagnet-Ventil 8 gegeben wurde. Die
Steuerschaltung 7 führt eine arithmetische Operation
aus, um einen Korrekturwert für die Erfassung der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert zu erhalten, so
daß ein korrigierter Wert an das Elektromagnet-Ventil 8 gegeben wird, der sich aus dem Sollwert plus dem
Korrekturwert zusammensetzt. Dann wird die aus dem korrigierten Wert resultierende Abgasrückführungsgeschwindigkeit
erfaßt, um wiederholt eine Abweichung, soweit vorhanden, zu korrigieren. Auf diese Weise
nähert sich die Abgasrückführungsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit dem gewünschten Sollwert.
Nun soll anhand der in Fig.3a und 3b gezeigten
Flußdiagramme, die unter Zuhilfenahme eines Rechners durchgeführte Steuerung beschrieben werden.
Vorab wurden Versuche durchgeführt, um Tastverhältnisse oder Werte D1 von Steuersignalen für das
Elektromagnet-Ventil 8 zu bestimmen, damit optimale Abgasrückführungsgeschwindigkeitsmuster entsprechend
den Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine erhalten werden. Ferner werden Ausgangsspannungen
Vt der Druckerfassungseinrichtung 15 entsprechend dem unter den genannten Betriebsbedingungen
herrschenden Druck Pr bestimmt. Die Betriebsbedingungen hängen von den Umdrehungen N und der
Ansaugluftmenge TP pro Umdrehung der Brennkraftmaschine ab. Die Tastverhältnisse D\ der Signale und
die Ausgangsspannungen werden in zwei zweidimensionalen Tabellen, die die Parameter von N und TP
enthalten, gespeichert.
Wenn beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Kühlmitteltemperatur unter einem Vorgabewert liegt,
oder unter Berücksichtigung von Ausgangssignalen des Anlassers und Signalen von dem Drosselklappenöffnungsschalter
entschieden wird, daß keine Abgasrückführung stattfinden soll, so wird dem Elektromagnet-Ventil
8 ein Steuersignal zugeführt, das das Steuerventil 6 vollständig schließt Wenn die Kühlmitteltemperatur
über dem Vorgabewert liegt, sollte dennoch keine Abgasrückführung stattfinden, falls der Anlasser betätigt
wird oder die Drosselklappe geschlossen ist, solange der Anlasser betätigt wird.
Dann werden die tatsächliche Umdrehungszahl Λ/und
die Ansaugluftmenge erfaßt, um mittels einer arithmetischen Operation die Ansaugluftmenge TP pro Umdrehung
zu erhalten, und durch Auslesen der Tabelle werden ein Tastverhältnis Di des Steuersignals für das
Elektromagnet-Ventil 8 und eine Ausgangsspannung Vi
der Druckerfassungseinrichtung 15 ermittelt
Dann wird das Ausgangssignal Vt mit dem Ist-Ausgangssignal
der Druckerfassungseinrichtung 15 verglichen, genauer gesagt mit dem Ausgangssignal der
Glättungsschaitung 24, und das Ergebnis dieses Vergleichs wird in einem Flag angezeigt
Das Flag ist für stark schwankende Korrektur-Tastverhältnisse D2 des Steuersignals für das Elektromagnet-Ventil
8 mit einem Wert P vorgesehen, und zwar nur dann, wenn die Größen von V und Vi umgekehrt
sind, damit das Ansprechen des Elektromagnet-Ventils 8 verbessert wird, Die beiden jeweils unten in F i g. 3a und
oben in F i g. 3b dargestellten Dreiecke dienen lediglich zur Verbindung der beiden Figuren.
Ist die Spannung '/größer oder gleich Vi, so zeigt das
Flag eine »0« an. Ist V kleiner als Vi, so zeigt das Flag
eine »1« an. Ändert sich beispielsweise die Beziehung zwischen V und Vi von V ^ Vj auf V
< Vi (entsprechend den Punkten A und Cin F i g. 4), so zeigt das Flag eine »0« an, selbst wenn die Beziehung V<
Vi vorliegt, so daß eine Information darüber verfügbar ist, daß die
!5 Werte V und Vj entweder gewechselt haben oder
unmittelbar vor dem entscheidenden Zeitpunkt den gleichen Wert bekommen haben.
Zeigt das Flag, wenn V δ Vi ist den Wert »1« an, so
bedeutet dies, daß sich die Werte von Vund Vi entweder gekreuzt haben oder unmittelbar vor dem entscheidenden
Zeitpunkt gleich geworden sind (entsprechend den Punkten B und D in F i g. 4). Um den Wert Vkleiner zu
machen, so daß er dicht bei Vi liegt d. h„ um die Abgas-Rezirkulationsgeschwindigkeit zum Vermindern
des Drucks Pr anzuheben, wird das Korrektur-Tastverhältnis D2 des Steuersignals für das Ventil 8 stark
vermindert auf D2 — P und dann auf den gelesenen
Wert von Di addiert Die Summe wird ausgegeben, und das Flag zeigt den Wert »0« an.
Zeigt das Flag den Wert »0« an, falls V> Vi
(zwischen den Punkten B und C), so wird das
Tastverhältnis D2 in konstanten Zeiträumen P um I
erhöht (siehe F i g. 4) und ausgegeben.
Wenn das Flag »0« anzeigt, falls V < Vi (Punkte A
und Cin F i g. 4), so wird das Tastverhältnis D2 um Pauf
D2 + P erhöht. Das erhöhte Tastverhältnis wird auf Di
addiert und die Summe wird ausgegeben, um die Anzeige des Flags auf »1« zu ändern.
Zeigt das Flag »1« an, falls V< Vi (zwischen den
Punkten A und ßund zwischen den Punkten C und D),
so wird das Tastverhältnis D2 während jeder Periode T
um/erhöht, und der Wert A + D2 wird ausgegeben.
Anders ausgedrückt: Mit Hilfe der Rückführregelung wird der Korrekturwert D2 stark geändert um die
Übergangsansprechempfindlichkeit der Steuereinrichtung zu verbessern, wenn sich die Werte von Vund Vi
gekreuzt haben (der Wert von V— Vi hat sich von plus auf minus geändert oder umgekehrt), oder aber der
Korrekturwert D2 wird — unter den genannten anderen
Bedingungen — schrittweise bei jeweils einer konstanten Zeitperiode geändert um ein stabiles Arbeiten zu
erreichen und Schwingungen beim Betrieb zu unterdrücken.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Abgasrückführungs-Steuereinrichtung zum Zurückführen
eines Teils der Abgase in die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine über eine Abgasrückführungsleitung,
einem in dieser angeordneten Steuerventil zum Steuern der Abgasrückführungsgröße,
einem Betriebszustandsdetektor zum Erfassen der Betriebszustände der Brennkraftmaschine und einer
Steuerschaltung zum Steuern des Steuerventils in Abhängigkeit der erfaßten Betriebszustilnde, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Drosseleinrichtung
(16) in der Abgasrückführungsleitung (5) angeordnet ist und daß eine Druckerfassungseinrichtung
(15) zum Erfassen des stromabwärts der Drosseleinrichtung (16) herrschenden Drucks mit
der Steuerschaltung (7) verbunden ist, wodurch das Steuerventil (9) derart steuerbar ist, daß die
stromabwärts der Drosseleinrichtung (16) erfaßten Drücke gleich angestrebten Werten werden, die in
Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine bestimmt wurden.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuerventil (9) ein auf Unterdruck ansprechendes Ventil ist und daß ein
Elektromagnet-Ventil (8) vorgesehen ist, um einen Teil des Ansaugunterdruckes der Brennkraftmaschine
durch Entlüften zur Umgebung zu steuern, wodurch ein Unterdruck für das Steuerventil (9) zur
Verfügung gestellt wird.
3. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerfassungseinrichtung
(15) zum Feststellen des stromabwärts der Drosseleinrichtung (16) herrschenden
Druckes auf pulsierende Druckschwankungen anspricht.
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| DE3013685C2 true DE3013685C2 (de) | 1982-12-23 |
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