DE3128783A1

DE3128783A1 - Steuersystem fuer die abgasrueckfuehrung bei einem dieselmotor

Info

Publication number: DE3128783A1
Application number: DE19813128783
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Yokosuka Kanagawa Kimura; Masaji Chigasaki Kanagawa Shiobara; Yasutaka Chiba Yoshiba
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1981-07-21
Publication date: 1982-05-13
Anticipated expiration: 2001-07-22
Also published as: JPS6118659B2; JPS5726252A; GB2083553B; DE3128783C2; US4388912A; GB2083553A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für die Abgasrückführung bei einem Dieselmotor und insbesondere ein Steuersystem, das eine Steuerung des Drosselventils zusätzlich zur Steuerung des Abgasrückführventiles bewirkt,so daß die Abgasrückführung entsprechend den Motorbetriebsbedingungen einschließlich der Motorbelastung optimiert werden kann.

Wie bei einem Benzinmotor ist ein Dieselmotor mit einem Abgasrückführsystem versehen, um ein inertes Abgas in die Verbrennungskammer zurückzuführen und damit die Verbrennungstemperatur herabzusetzen. Hierdurch läßt sich die Entstehung von NO als Schadstoffkomponente im Abgas unterdrücken.

Da bei dem bekannten Steuersystem für die Abgasrückführung der Steuerhebel der Kraftstoffeinspritzpumpe und das Drosselventil gemeinsam mit dem Gaspedal mechanisch verknüpft sind, steigt die für das Niederdrücken des Gaspedales erforderliche Kraft an und öffnet sich das Abgasrückführ-Steuerventil unter Auslösen der Abgasrückführung selbst dann ein wenig, wenn die Motordrehzahl bei relativ schwerer Belastung niedrig is;t. Desweiteren bewirkt der Verlust an Ein- oder Ansaugluft infolge eines nicht ordnungsgemäßen Betriebs des Drosselventils eine unvollständige Verbrennung, was zum Ausstoß einer großen Rauchmenge führt.

Eine detailliertere Erläuterung des bekannten Abgasrückführsystems wird nachfolgend in der Figurenbeschreibung gegeben.

In Anbetracht dieser Probleme ist es Hauptziel der Erfindung, ein Steuersystem für die Abgasrückführung bei einem Dieselmotor zu schaffen, bei dem das Drosselventil durch zwei Membraneinrichtungen (Unterdruckbotäl- i-rjunqsgl iedor) in drei

BAD ORlGSNAL -12-

Stellungen, nämlich einer vollgeöffneten, halbgeöffneten und voll qe.sohi ο.'::·;(·η·>η, zusätzlich zur Steuerung des Abgasrücklühr-Steuervent i les entsprechend den Motorbetriebsbedingungen einschließlich der Motorbelastung gesteuert wird, so daß die' Abgasrückführung unter Verhinderung eines Ausstosses an Rauch optimiert werden kann.

Zur Lösung des vorerwähnten Zieles weist das Steuersystem für die Abgasrückführung nach der Erfindung auf: Ein Abgasrückführ-Steuerventil, das in einer Abgasrückführ-Ieitung angeordnet ist, ein Drosselventil, das aufstromseitig der Einlaßleitung angeordnet ist, zwei Membraneinrichtungen zum stufenweisen öffnen des Drosselventils und eine Steuereinheit zur Steuerung des Abgasrückführ-Steuerventils und des Drosselventils unabhängig voneinander entsprechend den Signalen, die von Sensoren zur Erfassung der Motorbetriebsbedingungen abgegeben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Abgasrückführ-Steuersystem wird das Abgasrückführventil vollgeschlossen, wenn die Motorbelastung hoch ist, und vollgeöffnet,wenn eine mittlere und geringe Motorbelastung vorliegt, während das Drosselventil voll geöffnet wird, wenn die Motorbelastung hoch ist, halbgeöffnet wird, wenn eine mittlere Motorbelastung vorliegt, und vollgeschlossen wird, wenn die Motorbelastung gering ist.

Eine Ausführungsfoirm der Erfindung wird nachfolgend unter vorhergehender Bezugnahme auf den Stand der Technik anhand der Zeichnung,in der gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine .schematische Ansicht des Aufbaus von einem bekannten Steuersystem für die Abgasrückführung,

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Figur 2 eine schematische Ansicht des Aufbaus von einer ersten Ausführungsform eines Steuersystems für die Abgasrückführung nach der Erfindung,

Figur 3 eine vergrößerte, fragmentarische, perspektivische Ansicht von einem mit einem gekröpften Hebel versehenen Drosselventil und einer in Verbindung mit dem Abgasrückführ-Steuersystem nach der Er-'findung verwendeten Ventilstange.

Figur' 4 eine schematische Ansicht des Aufbaus von einer Steuerschaltung für das Abgasrückführ-Steuersystem nach der Erfindung und

Figur 5 eine graphische Ansicht bezüglich des Steuerverhaltens des Drosselventils und Abgasrückführ-Steuerventils bei dem Abgasrückführ-Steuersystem nach der Erfindung.

besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend kurz auf ein bekanntes Steuersystem für die Abgasrückführung eingegangen. Der Ausdruck "Abgasrückführung" wird nachfolgend kurz AR.genannt.

Nach Figur 1 ist eine AR-Leitung 3 zwischen einem Einlaßverteiler 1, der Teil der Einlaßleitung ist, und einem Auslaß-Verteiler 2 vorgesehen, der als Auslaßleitung dient. Ein AR-Steuerventil 4 ist an einer Stelle der AR-Leitung 3 vorgesehen und steuert (Öffnet oder schließt) die AR-Leitung 3 entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors.

Das AR-Steuerventil 4 umfaßt eine Membraneinrichtung 5, die als Betätigungsglied dient und sich öffnet oder schließt, wenn Atmosphärendruck oder Unterdruck (Ansaugunterdruck vom Motor in Figur 1) gezielt über ein Dreiwege-Elektromagnetventil 6 in der Druckkammer 5a der Membraneinrichtung 5 anlegt. Ferner betrifft in Figur 1 das Bezugszeichen 6a eine zur Außena tmosphäre hin offene Ausl aßöf Γ niirvj.

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BAD ORlGIhJAL

Das vorerwähnte Dreiwege-Elektromagnetventil 6 wird erregt, wenn ein Temperatursensor 7 für das Kühlmittel feststellt, daß dessen Temperatur über einen bestimmten unteren Grenzwert angestiegen ist, und wenn ein Drehzahlsensor 8 feststellt, daß die Motordrehzahl unter einen bestimmten oberen Grenzwert abgefallen ist. Im erregten Zustand schaltet das Dreiwege-Ventil 6 so, daß in der Druckkammer 5a Unterdruck vom Einlaßverteiler 1 über die Unterdruckleitung 9 anliegt.

Wenn der Unterdruck in der Druckkammer der Membraneinrichtung 5 anliegt, öffnet sich das AR-Steuerventil 4, so daß ein gewisser Teil des Abgases in den Einlaßverteiler 1 über die AR-Leitung 3 eingeführt wird.

An der AufStromseite des Einlaßverteilers 1 ist ein Drosselventil 11 vorgesehen und mit einem Gaspedal 10 über einen Draht A odor dergleichen verknüpft. Desweiteren ist .ein Steuerhebel 13 für eine Kraftstoffeinspritzpumpe 12 über einen Draht B oder dergleichen mit dem Drosselventil 11 verbunden .

Im Niederlasibereich,bei dem das Gaspedal 1.0 nur etwas niedergedrückt" ist,· erfährt der Steuerhebel 13 eine nur geringe Bewegung, so daß die Menge an eingespritztem Kraftstoff gering ist; das Drosselventil 11 öffnet sich ein wenig; die Einlaßleitüng 1a ist daher gedrosselt; der Unterdruck an der Abstromseite des Drosselventils 11 steigt an; infolge davon wird eine große Menge an AR-Gas in den Einlaßverteiler 1 von dem Auslaßverteiler 2 eingeführt, wenn das AR-Steuerventil 4 bei einer niedrigen Motordrehzahl geöffnet ist.

Im Hochlastbereich, bei dem das Gaspedal 10 heftig niedergedrückt ist., erfährt der Steuerhebel 13 eine große Bewegung

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und steigt die Menge an eingespritztem KraLtütoff an; das Drosselventil 11 öffnet sich weit, so daß die Einlaßleitung 1a nicht mehr gedrosselt ist; der Unterdruck an der Abstromseite des Drosselventils 11 fällt ab und infolge davon wird die Menge an AR-Gas selbst dann beschränkt, wenn das AR-Steuerventil offen ist.

Das Bezugszeichen 14 in Figur 1 betrifft einen Zündschalter und das Bezugszeichen 15 nine Batterie.

Bei dem bekannten vorbeschriebenen AR-Steuersystem für einen Dieselmotor wird eine geeignete AR-Menge dadurch erhalten, daß der Ansaugunterdruck entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors z.B. der Motordrehzahl und der Kühlmitteltemperatur gesteuert wird. Da jedoch bei dem bekannten AR-Steuersystem der Steuerhebel 13 für die Kraftstoffeinspritzpumpe 1.2 und das Drosselventil 11 beide mechanisch mit dem Gaspedal 10 verknüpft sind, steigt die zum Niederdrücken des Gaspedales 10 erforderliche Kraft- proportional zur Auslenkung des' Pedales an und öffnet sich das AR-S tellerventil 4 zur Vornahme der Abgasrückführung, wenn die Motordrehzahl bei Schwerlast niedrig ist. Desweiteren bewirkt d<.:v Mangel tin Hin Laßluft infolge der Stellung des Drosselventils 11 eine unvollständige Verbrennung und damit den Ausstoß einer großen Rauchmenge.

Nachfolgend wird auf Figuren 2 bis 6 und insbesondere Figur Bezug genommen, in der eine erste Ausführungsform von einem erfindungsgemäßen AR-Steuersystem für einen Dieselmotor gezeigt ist.

Bei dieser Ausführungsform wird das Drosselventil durch eine Vielzahl von Membraneinrichtungen, ähnlich wie das AR-Steuerventil, betätigt und ferner dient eine Violzahl von Dreiwegetie tvutit I lon , die I.uk):: iI<m bot ι ο I'1 <·η<1ι·η UnI omIi wrk

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leitungen· vorgesehen sind, zur Anlage von UnterdruckSignalen an diese Membraneinrichtungen. Das AR-Steuerventil wird getrennt durch eine Steuerschaltung gesteuert, die entsprechende Ausgangssignale, entsprechend den Signalen,abgibt, die von verschiedenen Sensoren zur Erfassung der Motorbetriebsbedingungen ausgegeben werden.

In Figur 2 betrifft das Bezugszeichen 1 einen Einlaßverteiler als Teil einer Einlaßleitung, das Bezugszeichen 2 einen Auslaßverteiler als. Teil von einer Auslaßleitung und das Bezugszeichen 3 eine Abgasrückführleitung, wie in Figur 1.

Ein AR-Steuerventil 4 ist in der AR-Leitung 3 angeordnet und wird qostenort (geöffnet oder geschlossen), wenn über mn (TiJ toy, l;iin|;: einer Un Le rdruckl ο ttung 9 angeordnetes !H'c irt'Cij'-'—y J ek L romai-jnetventil G Ln die Druckkammer 5a der Membraneinrichtung 5 gezielt ein Unterdruck von einer Unterdruckpumpe 16 oder Atmosphärendruck eingeführt wird. Bei dieser Ausführungsform kann auch als Unterdruckquelle der Unterdruck in einem Einlaßrohr verwendet werden, das an der Abstromseite-von einem Drosselventil 11 wie in Figur 1 vorgesehen ist, so daß die Unterdruckpumpe 16 weggelassen werden kann .·

Das vorerwähnte Dreiwege-Elektromagnetventil 6 wird durch ein Signal gesteuert, das von einer noch zu beschreibenden Steuereinheit 17 stammt, um die Unterdruckleitung 9 zu öffnen oder- 2u schließen, so daß in der Druckkammer 5a von einer ersten Membraneinrichtung 5 Unterdruck (zum Öffnen des AR-Steuerventils) oder Atmosphärendruck (zum Schließen des AR-Steuerventils) entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors . anliegt.

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Mit dem Drosselventil 11, das an der Einlaßleitung 1a aufstromseitig von der Stelle,an der die AR-Leitung 3 einmündet, angeordnet ist, sind eine zweite und dritte Membraneinriehtung 19 und 20 zur Betätigung des Drosselventils verbunden» In die Druckkammern 19a und 2 0a dieser beiden Membraneinrichtungen 19 und 20 wird gezielt'Unterdruck oder
Atmosphärendruck von der Unterdruckpumpe 16 durch ein zweites und drittes Dreiwege-Eleketromagnetventil 21 und 22 eingeführt. Die Elektromagnetventile 21 und 22 sind an den beiden Unterdruckleitungen 9A bzw. 9B angeordnet, die von der
Unterdruckleitung 9 abzweigen, so daß das Drosselventil 11
schrittweise (vollständig offen, halb offen oder vollständig geschlossen) betätigt wird. Ferner werden das vorerwähnte
zweite und dritte Dreiwege-Elektromagnetventil 21 und 22 unabhängig von der Steuerschaltung 17 in der gleichen Weise
wie das erste Dreiwege-Elektromagnetventil 6 gesteuert.

Zur näheren Erläuterung der Bewegung des Drosselventils wird auf Figur 3 verwiesen, wonach das I-'ndo von ehvr rr.it der Membraneinrichtung 20 verbundbahn Membran:; ι .imp· .¹O]- .'.ti ιμκ,μ'
Haken umgebogen ist. Wenn daher Unterdruck in der Druckkammer 20a anliegt und sich die Membranstange 20 nach oben bewegt, gelangt sie in Berührung mit dem einen Ende des längeren Armes von einem gekröpften Hebel 24, der an einer Drehwelle 23 des Drosselventiles 11 befestigt ist, so daß das Drosselventil 11 gegen die Reaktionskraft der nachfolgend beschriebenen anderen Membraneinrichtung 19 in die halbgeöffnete Stellung gedrückt wird. Die Membranstange 2 0 ist andererseits so ausgelegt, daß, wenn Atmosphärendruck in der Druckkammer 20a anliegt und sich die Membranstange 20 nach unten bewegt, sie nicht in Berührung mit dem gekröpften Hebel 2 4 kommt. Folglich wird in diesem Fall die Stellung des Drosselventils 11 durch die Betätigung der anderen Membraneinrichtung 1⁽) bestimmt.

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Die zweite Membranstange 19b der zweiten Membraneinrichtung 19 ist schwenkbeweglich mit einem Ende des kürzeren Armes des gekröpften Hebels 24 verbunden. Wenn daher Unterdruck . in der Druckkammer 19a anliegt, und sich die Membranstange 19 in Figur 3 nach oben bewegt, schließt die Membranstange das Drosselventil 11 (bis zur erforderlichen minimalen Öffnungssteliung) unabhängig von der Betätigung der Membranstange 20b der Membraneinrichtung 20. Wenn Atmosphärendruck in der Druckkammer 19a anliegt und sich die Membranstange 19' in Figur 3 nach unten bewegt, öffnet sie vollständig das Drosselventil 11. (Wenn die zweite Membraneinrichtung 19 sich in Betätigung befindet, wird das Ventil 11 auf die halbgeöffnete Stellung beschränkt).

Der vorerwähnten Steuerschaltung 17 werden verschiedene für die Motorbetriebsbedingungen kennzeichnende Signale z«ugenihrt, z.B. ein von einem Motordrehzahlsensor 8 abgegebenes Signal . (der Sensor erfaßt die Umdrehung der Kurbelwellenrie-■-enscheibe oder des Schwungrades), ein von einem.Potentiometer 18 abgegebenes Signal, wobei das Potentiometer als Motorlastsensor dient und den Winkel des Steuerhebels 13 von einer durch das Gaspedal gesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpe 12 in ein elektrisches Signal umsetzt, oder ein von einem Temperatursensor 7 abgegebenes Signal bezüglich der Temperatur des Motorkühlmittels.

Die vorerwähnten drei Dreiwege-Elektromagnetventile 6,21 und 22 werden separat entsprechend diesen Signalen gesteuert und geschaltet, d.h. nachdem die für die Motorbetriebsbedingungen kennzeichnenden Signale durch die Steuerschaltung 17 verarbeitet worden sind.

Figur 4 zeigt ein Schaltbild für die Steuereinheit 17.

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In Figur 4 betrifft das Bezugszeichen 2 5 einen Verstärker zur Verstärkung des Erfassungssignals für die Motorbelastung z.B. des von dem Potentiometer 18 abgegebenen Signals bezüglich des Winkels des Steuerhebels 13 der Kraftstoffeinspritzpumpe 12. Das Bezugszeichen 26 betrifft einen Frequenzspannungswandler, der das von dem Motordrehzahlsensor 8 gelieferte Erfassungsimpulssignal in ein Spannungssignal umsetzt. Das Bezugszeichen 27 betrifft einen Verstärker zur Verstärkung des Erfassungssignals, das von dem Temperatursensor 7 für das Kühlmittel abcjecjubcn wLrd'.

Das Ausgangssignal vom Verstärker 25 liegt an den betreffenden Eingangsklemmen (-) von drei Komparatoren C-, C₉ und C-. an. Das Ausgangssignal vom Frequenzspannungswandler 26 liegt an der Eingangsklemme (+) des Komparators C, direkt und an den betreffenden Eingangsklemmen (+) der Komparatoren C₉ und C-, nach Teilung an Widerständen R₁ , R₉ und R., an.

Bei dieser Steuerschaltung wird das von dem Verstärker 2 5 für'das Belastungssignal abgegebene Signal S₁, (ein vorn Potentiometer 18 stammendes Signal) mit dem Signal S₉₁ verglichen, das von dem Frequenzspannungswandler für das Drehzahlsignal geliefert wird. Wenn S₁₀ unter S₉₁ in der Potentialhöhe liegt, gibt der Komparator C₁ ein Signal mit hohem Pegel ab, um den Schälttransistor T₁ durchzuschalten, so daß ein Strom von der Batterie 15 durch das erste Dreiwege-Elektromagnetventil 6 über einen Zündschalter 14 fließt und damit das erste Dreiwege-Elektromagnetventil 6 erregt wird. Hierdurch gelangt Unterdruck zur ersten Membraneinrichtung 5, wodurch das AR-Steuerventil 4 vollständig geöffnet wird-

Das Signal S.. _Q von dem Verstärker 25 für das Belastungssignal (ein Signal vom Potentiometer 18) wird weiter mit dem Signal S₉₉ vom Frequenzspannungswandler für das Drehzahlsignal verg 1 lehtitt, daw lUuvh il t< < W I >\<·-1 ;i tölitU· U , Ι·¹ , iiml I·' .Till i'iin'ii

I i- *

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geringeren Wert als das Signal S_?1 eingestellt ist. Wenn'S,« un Ler S„„ in der Potentialhöhe liegt, gibt der Komparator C-ein Signal mit hohem Pegel ab, um den Schalttransistor T-durchzuschalten, so daß ein Strom von der Batterie 15 durch das zweite Dreiwege-Elektromagnetventil 21 über den Zündschalter 14 fließt und damit das zweite Dreiwege-Elektromagnetventil 21 erregt wird, bzw. ein Unterdruck an der zweiten Mem- ' braneinrichtung 19 zum vollständigen Schließen des Drosselventils 11 anliegt.

Das Signal S₁₀ vom Verstärker 25 für das Belastungssignal
(ein Signal vom Potentiometer 18) wird weiter mit dem Signal S-, vom Frequenzspannungswandler für das Drehzahlsignal verglichen und dieses Signal S₂-, ist durch die Widerstände R. , R._? und R-. so eingestellt, daß es kleiner als S₂₁ jedoch grosser "als Sy₇ ist. Wenn S _ unter S₂₃ in der Potentialhöhe
liegt, gibt der Komparator C, ein Signal mit hohem Pegel ab, \\m den Schalttransistor T, durchzuschalten, so daß ein Strom von der Battor ie 15 durch Jas dritte Dreiwege-Elektromagnetventil 22 über den Zündschalter 14 fließt und damit das dritte Dreiwege-Elektromagnetventil 28 erregt wird, bzw. ein Unterdruck an der dritten Membraneinrichtung 20 zum halben Öffnen des Drosselventils 11 anliegt.

Desweiteren liegt bei der Ausführungsform das Erfassungssignal S.,_n vom Kühlmittel sensor 7 an der Eingangsklemme (-) des Komparators C₄ und der Eingangsklemme ( + ) des Komparators C,-über'den betreffenden Signalverstärker 27 an. Eine untere
vorgegebene Eingangsspannung Vcc entsprechend dem unteren
Grenzwert für die Kühlmitto!temperatur (z.B. 30⁰C) liegt an der anderen Eingangsklemme des Komparators C. und eine andere höhere vorgegebene Eingangsspannung Vcc' entsprechend dem
oberen Grenzwert der Kühlmitteltemperatur (z.B. 100⁰C) liegt

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an der anderen Eingangsklemme des !Comparators d- an.

We'nri daher das erfaßte Signal S-._fi für die Temperatur des Motorkühlmittels unter dem vorgegebenen Eingangswert entsprechend 30⁰C oder oberhalb des anderen vorgegebenen Eingangswertes entsprechend 100⁰C liegt, wird der eine oder andere Komparator C. und C₁- zum Durchschalten des Schalttransistors T₄ eingeschaltet, so daß die Signale mit hohem Pegel, die von den Komparatoren C-, C₂ und C-, den betreffenden Schalttransistoren T-, T₂ und T, zugeliefert werden, über die betreffenden Dioden D-, D₂ und D, in Verbindung mit Masse kommen.

Wenn daher die Temperatur des Motorkühlmittels unter 30⁰C abfällt oder über 100⁰C ansteigt, werden sämtliche Dreiwege-Elektroriagnetventile 6, 21 und 22 zwangsmäßig unabhängig von der Motorbelastung oder Motordrehzahl· entregt, so daß die betreffenden Membraneinrichtungen 5, 19 und 20 sämtlich in Verbindung mit Atmosphärendruck kommen. Infolge davon öffnot sich das Drosselventil 11 vollständig, während das AR-Steuerventil 4 vollständig geschlossen wird, so daß unter den vorerwähnten Motorbetriebsbedingungen keine Abgasrückführung stattfindet.

In Figur 4 betrifft weiter das Bezugszeichen 28 einen zwischen der Batterie 15 und dem Potentiometer 18 angeordneten Spannungsregler zur Stabilisierung der Spannung, und das Bezugszeichen 29 einen Löscher für einen Spannungsstoß, der den Spannungsstoß absorbiert, der von den betreffenden Dreiwege-Elektromagnetventilen abgegeben wird, wenn diese Ventile abgeschaltet werden.

Zur weiteren Erläuterung des vorbeschriebenen AR-Steuersystems wird auf F'tgur 5 Bezug genommen. Dnf. AU-Stouorvont-i. 1 4 wird nur in die vollgeöffnete und vollgeschlossene Stellung ge-

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I L. U / KJ

steuert, wenn die Motordrehzahl konstant ist, indem das erste Dreiwege-Elektromagnetventil 6 entsprechend- einem Signal beaufschlagt wird, das von der Steuerschaltung 17 entsprechend dem Winkel des l?umpenhebels, d.h. der Motorbelastung abgegeben wird.

Wenn dagegen die Motordrehzahl ansteigt, wird das System so gesteuert, daß der Belastungsbereich, in dem die Abgasrückführung erfolgt, d.h. das AR-Steuerventil 4 vollgeöffnet ist, ebenfalls ansteigt; wenn die Motordrehzahl abnimmt, wird das System so gesteuert, daß der Belastungsbereich,innerhalb dem die Abgasrückführung erfolgt, abnimmt.

In dem Motorbetriebsbereich, bei dem das AR-Steuerventil 4 vollgeöffnet ist, wird das Steuerventil 11 bei der vollgeöffneten, halbgeöffneten oder vollgeschlossenen Stellung entsprechend dem-Winkel des Pumpenhebels auf der Basis der Motordrehzahl gesteuert. Daher erfolgt die Steuerung der Menge an rückgeführtem Abgas entsprechend den Motorbetriebsbedingungen. Das heißt, wenn die Motorbelastung relativ klein ist, steht das AR-Steuerventil 4 voll offen und ist das Drosselventil 11 vollständig geschlossen, da der Unterdruck an der dritten Membraneinrichtung 20 über das dritte Dreiwege-Elektromagnetventil 2 2 anliegt, so daß eine große Menge an rückgeführtem Abgas erhalten werden kann. Da danach der Unterdruck an der zweiten Membraneinrichtung 19 über das zweite Dreiwege-ELektromagnetventil 21 bei einer geeignet hohen Motorbelastung angelegt wird, erfolgt die Steuerung des Systems so, daß das Drosselventil 11 halb geschlossen und dann vollständig geschlossen wird, wenn die Motorbelastung ansteigt, um die Menge an rückgeführtem Abgas stufenförmig im Verhältnis zum Anstieg der Motorbelastung herabzusetzen.

Wenn die Motordrehzahl zunimmt, steigen die zum Auslösen des Betriebs des Drossel- oder RR-Ventils erforderliche Schwellen-

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BAD ORIGiNAL

belastung an, so daß die AR-Steuerung über dem gesamten Bereich möglicher Motorbetriebsbedingungen optimiert ist.

Da in der vorbeschriebenen Weise das AR-Steuerventil 4 und das Drosselventil 11 .beide unabhängig entsprechend den Motorbetriebsbedingungen geöffnet oder geschlossen werden, so daß die Abgasrückführmenge stufenweise gesteuert werden kann, ist es möglich, die AR-Steuerung zu optimieren, indem man gezielt die betreffenden Eingangswerte zu den Komparatoren C₁, C₂ und C, der Steuerschaltung 17 unter Berücksichtigung des Ausstoßverhaltens, der Motorbetriebsbedingungen, der Abgaszusammensetzung und dergleichen vorgibt.

Im Schwerlastbereich bei niedriger Drehzahl ist es insbesondere möglich, den Ausstoß an Rauch positiv zu unterdrücken, da das AR-Steuerventil 4 vollständig geöffnet ist.

Da ferner das Drosselventil 11 durch den-Unterdruck betätigt wird, der von der Unterdruckpumpe 16 über die Membraneinrichtungen 19 und 20 ohne deren Verknüpfung mit dem Gaspedal angelegt wird, ist es möglich, die zum Niederdrücken des Gaspedals erforderliche Kraft zu reduzieren.

Desweiteren können natürlich die gleichen Steuerergebnisse durch Vorsehen von zwei separaten Drosselventilen 11 für die beiden Membranexnrichtungen 19 und 20 bei der vorerwähnten Ausführungsform erhalten werden.

Da das Drosselventil 11 nur durch eine Membraneinrichtung 19 betätigt wird, sind der Komparator C₃, der Transistor Ί' und der Widerstand R₂ auch nicht erforderlich.

Was den Steuerbereich in Figur 5 betrifft, so ist die mittlere Abgasrückführung weggelassen, da das Drosselventil nur zwischen der vollgeöffneten und vollgeschlossenen Stellung ohne die zwi-

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J I /L Ö / Ö J

schenliegende halbgeöffnete Stellung gesteuert wird.

Wie beschrieben ist das erfindungsgeraäße AR-Steuersystem so ausgelegt, daß das Drosselventil und das AR-Steuerventil stufenweise durch die Steuerschaltung gesteuert werden,die ein geeignetes Steuersignal entsprechend den Signalen abgibt, die von den Sensoren zur Erfassung der Motorbetriebsbedingungen geliefert werden. Dies ermöglicht eine Optimierung der AR-Steuerung entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, eine Verbesserung dor.Abgaszusammensetzung und eine Reduzierung der Kraft, die für das Niederdrücken des Gaspedales erforderlich ist.

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Leerseite

Claims

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Yokohama-shi, Kanaga^>ia-ken,

Japan

P 16431

~~~ ' 21. Juli 1981

STEUERSYSTEM FÜR DIE ABGASRÜCKFÜHRUNG
BEI EINEM DIESELMOTOR.

PATENTANSPRÜCHE

.1 .1 ' Steuersystem für die Abgasrückführung bei einem Dieselmotor gekennzeichnet durch

a) eine Einlaßleitung (1)

b) eine Auslaßleitung (2)

c) eine Abgasrückführleitung (3), die eine Verbindung zwischen der Einlaßleitung und der Auslaßleitung darstellt,

d) eine Unterdruckquelle (16)

e) ein Abgasrückführventil (4), das in der Abgasrückführleitung (3) angeordnet ist,

f) ein erstes Unterdruckbetätigungsglied (5) zur Betätigung des Abgasrückführventils (4), wobei das erste Unterdruckbetätigungsglied durch den von der Unterdruckquelle erzeugten Unterdruck beaufschlagbar ist,

BAD ORIGINAL

_ O

g) ein in der Einlaßleitung angeordnetes Drosselventil (11)

h) ein zweites Unterdruckbetätigungsglied (19) zur Betätigung des Drosselventils (11), wo'bei das zweite Unterdruckbetätigungsglied durch den von der Unterdruckquelle hervorgerufenen Unterdruck beaufschlagbar ist,

i) ein drittes Unterdruckbetätigungsglied (20) zur Betätigung des Drosselventils (11) in Verbindung mit dem zweiten Unterdruckbetätigungsglied und entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, so daß das Drosselventil stufenweise durch die vollgeöffnete, halbgeöffnete oder vollgeschlossene Stellung gesteuert wird, wobei das dritte Unterdruckbetätigungsglied durch den von der'Unterdruckquelle hervorgerufenen Unterdruck beaufschlagbar ist, und

j) eine Steuereinheit (17) zur Steuerung des ersten und zweiten Unterdruckbetätigungsgliedes entsprechend den Motorbelriebsbedingungen einschließlich der Motorbela- ■ stung.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) ein erstes Elektromagnetventil (6) zur Steuerung des .ersten Unterdruckbetätigungsgliedes (5) , wobei das erste Elektromagnetventil zwischen dem ersten Unterdruckbetätigungsglied und der Unterdruckquelle angeordnet ist,

b) ein zweites Elektromagnetventil (21) zur Steuerung des zweiten Unterdruckbetätigungsgliedes (19), wobei das zweite Elektromagnetventil zwischen dem zweiten Unterdruckbetätigungsglied und der Unterdruckquelle angeordnet ist und

c) ein drittes Elektromagnetventil (22) zur Steuerung des dritten Unterdruckbetätigungsgliedes (20), wobei das dritte Elektromagnetventil zwischen dem dritten Betätigungsglied und der Unterdruckquelle angeordnet und durch die Steuereinheit (17) gesteuert ist.

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3. Steuersystem nach Anspruch 2, gekennz eichn e t durch eine Vielzahl von Sensoren (7/ 8, 18) zur Erfassung der Motorbetriebsbedingungen, wobei die betreffenden erfaßten Signale der Steuereinheit zugeführt werden.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführventil (4) bei Schwerlastbetrieb des Motors vollgeschlossen und bei geringer Belastung des Motors vollgeöffnet wird auf der Basis von einer ersten bestimmten Funktion zwischen der Motorbelastung und dem Motorbetriebszustand und daß das Drosselventil (11) bei Schwerlastbetrieb des Motors vollgeöffnet und bei geringer Belastung des Motors vollgeschlossen wird auf der Basis einer zweiten bestimmten Funktion zwischen der Motorbelastung und der Motorbetriebsbedingung.

5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite bestimmte Funktion zwischen der Motorbelastung und der Motorbetriobsbcdinqung so sind, daß die zum Auslösen des Betriebs dos Abyasrückführventiles (4) und des Drosselventiles (11) erforderliche Schwellenbelastung mit steigender Motordrehzahl ansteigt, wobei die Schwellenbelastung bei der ersten Funktion höher als die Schwellenbelastung bei der zweiten Funktion ist.

6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführventil (4) bei Motorsohwerlastbetrieb vollgeschlossen und bei geringer Belastung des Motors vollgeöffnet wird auf der Basis der ersten bestimmten Funktion zwischen der Motorbelastung und der Motorbetriebsbedingung und daß das Drosselventil (11) bei Schwerlastbetrieb des Motors vollgeöffnet und bei geringer Belastung des Motors vollgeschlossen wird auf der Basis der zweiten bestimmten Funktion zwischen der Motorbelastung und der Motorbetriebsbedingung und halbgeöffnet ist, wenn eine zwischenliegende

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Motorbelastung auf der Basis von einer dritten bestimmten Funktion zwischen Motorbelastung und Motorbetriebsbedingung vorliegt.

7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ze lehnet, daß die dritte bestimmte Funktion zwischen der Motorbelastung und der Motorbetriebsbedingung so ist, daß die zum Auslösen des Betriebs des Drosselventils (11) erforderliche Schwellenbelastung mit zunehmender Motordrehzahl· ansteigt, wobei die SchWe^enbelastung bei der dritten Funktion zwischen den Schwellenbelastungen bei der ersten und zweiten bestimmten Funktion liegt.

8. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einlaßleitung (1) ein Einlaßverteiler ist.

-¹. Stouorsystem'nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß die Auslaßleitung (2) ein Auslaßverteiler ist.

10. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckquelle (16) eine Unterdruckpumpe ist.

11. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckquelle (16) der Unterdruck ist, der abstromseitig von dem Drosselventil (11) in der Einlaßleitung (1) hervorgerufen wird.

12. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ünterdruckbetätigungsglied (5) eine Membraneinrichtung mit einer Membran ist, die entsprechend den Motorbetriebsbedingungen durch den von der Unter-

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BAD ORiGiWAL

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druckquelle erzeugten Unterdruck beaufschlagbar ist, und daß fest mit der Membran eine Membranstange zur direkten Betätigung des Abgassteuerventiles (4) verbunden ist.

13. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Unterdruckbetätigungsgiied

(19) eine Membraneinrichtung mit einer Membran ist, die entsprechend den Motorbetriebsbedingungen durch den von der Unterdruckquelle erzeugten Unterdruck beaufschlagbar ist, und daß eine Membranstange (19b) fest mit der Membran verbunden ist, um das Drosselventil (11) über einen gekröpften Hebel (24), an dem die Membranstange (19b) angelenkt ist, zu betätigen.

14. . Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Unterdruckbetätigungsglied

(20) eine Membraneinrichtung mit einer Membran ist, die entsprechend den Motorbetriebsbedingungen durch den von der Unterdruckquelle erzeugten Unterdruck beaufschlag ist, und daß feine Membranstange (20b) fest mit der Membran verbunden ist, wobei ein Ende der Membranstange hakenförmig gebogen ist, um das Drosselventil (11) in die halbgeöffnete Stellung über einen gekröpften Hebel (24) zu versetzen, mit dem die Membranstange (20b) in Berührung steht, wenn· die Membran beaufschlagt ist»

15. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, zweite und dritte Elektromagnetventil (6,21,22) Dreiwege-Elektromagnetventile sind, um einen Unterdruck von der Unterdruckquelle an den Membraneinrichtungen (5,19,20) im erregten Zustand anzulegen und die Membraneinrichtungcn mit der Atmosphäre im entregten Zustand zu verbinden, wobei die Erregung und Entregung durch die betreffenden Signale von der Steuereinheit (17) ausgelöst werden.

BAD ORIGINAL - 6 -

16. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Vielzahl von Sensoren ein Potentiometer ist, um die Belastung am Motor zu erfassen, wobei das Potentiometer in einer Kraftstoffeinspritzpumpe so angeordnet ist, daß es mit deren Steuerhebel zusammenwirkt.

17. . Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Vielzahl von Sensoren ein Sensor zur Erfassung der Temperatur des Motorkühlmittels ist.

18. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Vielzahl von Sensoren ein Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl ist.

.19. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (17) aufweist:

a) einen Verstärker (25) zur Verstärkung eines für die Belastung des Motors kennzeichnenden Signals zu einem Belastungs^ignal (S₁₀),

b) einen Frequenzspannungswandler (26) zur Umwandlung eines für eine der Motorbetriebsbedingungen kennzeichnenden digitalen Signals in ein erstes Signal (S₃₁),

c) einen ersten Komparator (C..), der das Belastungssignal (S₁₀)"mit dem ersten Signal (S₂₁) von dem Frequenzspannungswandler vergleicht und ein Signal zur Erregung des ersten Dreiwege-Elektromagnetventiles (6) ausgibt, um das Abgasrückführventil (4) zu öffnen, wenn das Belastungssignal (S₁₀) kleiner als das erste Signal (S₂₁) ist,

d) einen zweiten Komparator (C₂), der das Belastungssignal (S_1n) mit einem zweiten Signal (S~₂) vergleicht, das so voreingestellt ist, daß es kleiner als das erste Signal (S₂₁) ist, und der ein Signal zur Erregung des zweiten Dreiwege-Elektromagnetventiles (21) ausgibt, um vollständig das Drosselventil (11) zu schließen, wenn das Belastungssignal (S₁₀) kleiner als das zweite Signal (S₃₂) ist,

. ORIGINAL

und

e) einen dritten Komparator (C₃), der das Belastungssignal (S-iq) mit einem dritten Signal (S₃₃) vergleicht, das so voreingestellt ist, daß es kleiner als das erste Signal (S₂₁) jedoch größer als das zweite Signal (S^₂) ist, und der ein Signal zur Erregung des dritten Dreiwege-Elektromagnetventiles (22) ausgibt, um das Drosselventil (11) halb zu schließen, wenn das Belastungssignal (S₁₀) kleiner als das dritte Signal (S₃₃) ist.

20. Steuersystem nach Anspruch 19 weiter gekennzeichnet durch:

a) einen Verstärker (27) zur Verstärkung eines für einen ?.weihen Motorbotr Lcbs/.u:: l and kcnnr.nichiuMiilon Si.qnals zu einem zweiten Motorbetriebs;.; ujnul (S,q), ' .

b) einen vierten Komparator (C.), der das zweite Motorbetriebssignal (S-._n) mit einem unteren Grenzwert für die zweite Motorbetriebsbedingung vergleicht und ein Signal zum Entregen des ersten, zweiten und dritten Dreiwege-Elektromagnetventiles (6,21,22) ausgi-bt, um das Abgasrückführventil (4) voll zu schließen und das Drosselventil (11) voll zu öffnen, wenn das zweite Motorbetriebssignal (S-._Q) kleiner als der voreingestellte Wert ist, der die untere Grenze der Motorbetriebsbedingung darstellt und

c) einen fünften Komparator (C,-), der dns zweite Motorbetriebssignal (So₀) mit einem oberen Grenzwert für die zweite Motorbetriebsbedingung vergleicht und ein Signal zum Entregen des ersten, zweiten und dritten Dreiwege-Elektromagnetventiles (6,21,22) ausgibt, um das Abgasrückführventil voll zu schließen und das Drosselventil (11) voll zu öffnen, wenn das zweite Motorbetriebssignal (S-,g) größer als der voreingestellte Wert ist, der die obere Grenze für die zweite Motorbetriebsbedingung angibt.

BAD ORlGIMAL

21. Steuersystem nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch

a) eine erste Schalteinrichtung (T₁) zur Beaufschlagung des ersten Dreiwege-Elektromagnetventils (6) bei einem Signal vom ersten Komparator (C.)

b) eine zweite Schalteinrichtung (T₂) zur Beaufschlagung des zweiten Dreiwege-Elektromagnetventils (21) bei einem Signal vom zweiten Komparator (C₂) und

c) eine dritte Schalteinrichtung (T,) zur Beaufschlagung des dritten Drniwege-Elektromagnetventils (22) bei einem Signal vom di.'.i.tteri Komparator (C¹,).

22. Steuersystem nach Anspruch 21, dadurch g e k e η η .zeichnet , daß die erste, zweite und dritte Schalteinrichtung Transistoren (T₁, T₂, T₃) sind.

23. Steuersystem nach Anspruch 21, gekennzeich net durch einen Spannungsregler (28)' zur Stabilisierung von Änderungen und Schwankungen der Batteriespannung.

24. Steuersystem nach Anspruch 23, gekennzeich net durch einen Löscher (29) für Stoßspannungen, der die von den Dreiwege-Rlektromaqnetventilen hervorgerufenen Spannungsstöße absorbiert.

25. Verfahren zum Steuern der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Belastung des Motors erfaßt,

b) die Motorbetriebsbedingung erfaßt,

c) ein für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnendes Signal mit einem ersten Signal vergleicht, das für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnend ist, wobei dieser Vergleich auf der Basis von einer ersten bestimmten Spannungsfunktion zwischen den beiden Kriterien stattfindet,

BAD ORIGINS

d) ein Abgasrückführventil voll öffnet, wenn das für die erfaßte Motorbelästung kennzeichnende Signal kleiner als das für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnende erste Signal ist, und das Abgasrückführventil voll schließt, wenn das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal größer als das für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnende Signal ist,

e) das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal mit einem zweiten für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnendei Signal vergleicht, wobei der- Vergleich auf der Basis von einer zweiten bestimmten Spannungsfunk-

. tion zwischen den beiden Kriterien stattfindet, die so voreingestellt ist, daß sie empfindlicher auf das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal als auf die erste bestimmte Spannungsfunktion ist und

f) ein Drosselventil voll in dem Bereich schließt, bei dem das Abgasrückführventil vollständig geöffnet ist, wenn das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal kleiner als das zweite für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnende Signal ist, und das Drosselventil voll öffnet, wenn das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal größer als das zweite Signal ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das für die-erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal mit einem dritten für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnende Signal auf der Basis von einer dritten bestimmten Spannungsfunktion zwischen den beiden Kriterien vergleicht, wobei die dritte bestimmte Spannungsfunktion empfindlicher auf das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal als auf die erste bestimmte Spannungsfunktion, jedoch weniger empfindlich auf das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal als auf die zweite bestimmte Spannungsfunktion ist und

- 10 BAD FÜGl^NAL

\J I L- U /

Ij) clau Droüiii'i vent ί 1 halb in cifam UeJvtiiah schließt, bei dem das Abgasrückführventil voll geöffnet ist, wenn das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal kleiner als das dritte für die erfaßte Motorbetriebsbedingung kennzeichnende Signal ist, und das Drosselventil voll öffnet, wenn das für die erfaßte Motorbelastung kennzeichnende Signal größer als das dritte Signal ist.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine'zweite Motqrbetriebsbedingung erfaßt,

b) ein für die zweite Motorbetriebsbedingung kennzeichnendes Signal mit Signalen (Vcc, Vcc') vergleicht, die den bestimmten unteren und oberen Grenzwert dieser Signale angeben und

c) das Abgasrückführventil voll schließt und das Drosselventil voll öffnet, wenn das für die zweite bestimmte Motorbetriebsbedingung kennzeichnende Signal außerhalb des oberen und unteren Grenzwertes unabhängig von den anderen Motorbetriebsbedingungen liegt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung des Motors mittels eines Potentiometers erfaßt wird, das so angeordnet ist, daß es den Winkel von einem an einer Kraftstoff einspritzpumpe vorgesehenen Hebel erfaßt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche .25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbetriebsbedingung die Motordrehzahl ist.

30. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Motorbetriebsbedingung die Temperatur des Kühlmittels ist.

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