DE10349129A1 - Abgasrückführungssystem und -verfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader - Google Patents

Abgasrückführungssystem und -verfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader Download PDF

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Abstract

In einer Brennkraftmaschine, die mit einem Turbolader ausgestattet ist, sind eine erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromaufwärts einer Turbine (16) des Turboladers in einen Bereich stromabwärts eines Verdichters (20) des Turboladers und eine zweite Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromabwärts der Turbine (16) des Turboladers in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters (20) des Turboladers vorgesehen. Wenn bestimmt wird, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26) eine erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, wird in die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34) umgeschaltet.

Description

  • TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem und -verfahren für eine Brennkraftmaschine und im Besonderen ein Abgasrückführungssystem und -verfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader.
  • Mit Hilfe von Abgasrückführung (AGR) soll die maximale Verbrennungstemperatur in einer Brennkraftmaschine gesenkt und die Erzeugung von NOx unterdrückt werden. Im Fall einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader erfolgt die Abgasrückführung im Allgemeinen entlang einer Strecke, auf der Abgas aus einem Bereich stromaufwärts der Turbine des Turboladers in einen Bereich stromabwärts des Verdichters des Turboladers eingeleitet wird. Der Grund dafür ist die Tatsache, dass in dem Fall, in dem die Abgasrückführung aus einem Bereich stromabwärts der Turbine des Turboladers in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters des Turboladers erfolgt, sich in der Brennkraftmaschine ein Pumpverlust entsprechend einer Zunahme des Drucks im Bereich stromaufwärts der Turbine des Turboladers ergibt. In der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2002-89375 ( JP-A-2002-89375 ) wird jedoch ein Abgasrückführungssystem vorgeschlagen, das eine Einrichtung zur Kühlung des rückzuführenden Abgases und zur Beseitigung des dadurch entstehenden Nebels aufweist. Die Zeichnungen, die eine Ausführungsform des Abgasrückführungssystems zeigen, offenbaren eine Struktur, in der aus einem Bereich stromabwärts der Turbine eines Turboladers entnommenes Abgas gekühlt, von Nebel befreit und in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters des Turboladers eingeleitet wird.
  • Seit der Vorherrschaft der elektronischen Steuerung des Betriebs einer Brennkraftmaschine mittels eines Rechners ist es andererseits bekannt, den Aufladungsbetrieb eines Turboladers durch den Anbau einer motorischen Hilfsantriebseinrichtung am Turbolader, dessen Betrieb früher lediglich in der Weise erfolgt, dass der Verdichter von einer Abgasturbine angetrieben wurde, elektrisch zu steuern. Diese Technologie ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 11-182256 ( JP-A-11-182256 ) offenbart.
  • Im Fall einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, wie vorstehend beschrieben, ist es unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung des vorgenannten Pumpverlusts daher grundsätzlich wünschenswert, Abgas aus einem Bereich stromaufwärts der Turbine des Turboladers in einen Bereich stromabwärts des Verdichters des Turboladers rückzuführen. Wenn der Turboladers einen bestimmten Betriebszustand annimmt, kann aber eine bevorzugte Abgasrückführungsmenge nicht gewährleistet werden, wenn zwischen dem Abgasdruck stromaufwärts der Turbine des Turboladers und dem Ansaugdruck stromabwärts des Verdichters des Turboladers eine gewisse Differenz besteht. Diese Unannehmlichkeit tritt tendentiell insbesondere in dem Fall auf, in dem der Turbolader mit einer motorischen Hilfsantriebseinrichtung versehen ist.
    •
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführungssystem und ein Verfahren zu schaffen, die dahingehend verbessert sind, dass sich über einen breiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hinweg ein annehmbarer Einklang zwischen dem Betrieb eines in einer Brennkraftmaschine eingebauten Turboladers und der Abgasrückführung erzielen lässt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Abgasrückführungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Abgasrückführungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader umfasst eine erste Abgasrückführungseinrichtung, eine zweite Abgasrückführungseinrichtung, eine erste Bestimmungseinrichtung und eine Schalteinrichtung. Die erste Abgasrückführungseinrichtung führt Abgas aus einem Bereich stromaufwärts einer Turbine des Turboladers in einen Bereich stromabwärts eines Verdichters des Turboladers zurück. Die zweite Abgasrückführungseinrichtung führt Abgas aus einem Bereich stromabwärts der Turbine des Turboladers in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters des Turboladers zurück. Die erste Bestimmungseinrichtung bestimmt, ob die erste Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann. Die Schalteinrichtung schaltet von der Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung in die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung um, wenn die erste Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung die er wünschte Abgasrückführungsmenge nicht gewährleisten oder bereitstellen kann.
  • In Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und dem sich aus dem Betrieb der Brennkraftmaschine ergebenden Betriebszustand des Turboladers werden somit selektiv ein erster Abgasrückführungsmodus und ein zweiter Abgasrückführungsmodus verwendet. Obwohl im ersten Abgasrückführungsmodus die Möglichkeit eines in der Brennkraftmaschine infolge der Abgasrückführung auftretenden Pumpverlusts nicht besteht, kann die Durchführung der Abgasrückführung dann Schwierigkeiten bereiten, wenn die Differenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Obwohl im zweiten Abgasrückführungsmodus der vorgenannte Pumpverlust auftritt, wird die Abgasrückführung ungeachtet einer Differenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck zuverlässig realisiert. Erfindungsgemäß lässt sich die Abgasrückführung daher in größerem Einklang mit dem Betrieb des Turboladers über einen breiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine durchführen.
  • In dem vorstehend dargestellten Abgasrückführungssystem kann die erste Bestimmungseinrichtung so ausgeführt sein, dass sie bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, sofern der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine des Turboladers nicht um einen vorgegebenen Betrag oder mehr über dem Ansaugdruck stromabwärts des Verdichters des Turboladers liegt.
  • Wenn diese Bestimmung, d.h., dass die erste Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, aus dem Grund getroffen wird, dass der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine des Turboladers nicht um den vorgegebenen Betrag oder mehr über dem Ansaugdruck stromabwärts des Verdichters des Turboladers liegt, ermöglicht der unmittelbare Vergleich des Drucks in einem Abgasentnahmeabschnitt für die Abgasrückführung mit dem Druck in einem Abgaseinführabschnitt für die Abgasrückführung unter Berücksichtigung des Strömungswiderstands zwischen diesen Abschnitten unmittelbar die Bestimmung der Durchführbarkeit der Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung.
  • Die erste Bestimmungseinrichtung kann des Weiteren eine Einrichtung zum Abschätzen des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine des Turboladers aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine umfassen.
  • Die beiden vorgenannten Drücke lassen sich grundsätzlich mittels eines geeigneten Druckmessgeräts erfassen. Der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine des Turboladers lässt sich im Besonderen aber auch aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abschätzen. Im Fall dieser Abschätzung kann daher die Messung des Drucks stromaufwärts der Turbine des Turboladers entfallen.
  • In dem Fall, in dem der Turbolader mit einer motorischen Hilfsantriebseinrichtung versehen ist, kann die erste Bestimmungseinrichtung so ausgeführt sein, dass sie bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, wenn der von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung geforderte Antrieb (Antriebsgröße, Antriebsleistung, etc.) über einer vorgegebenen Schwelle liegt.
  • In dem Fall, in dem der Turbolader mit einer motorischen Hilfsantriebseinrichtung versehen ist, lässt sich aufgrund dessen, dass der motorische Hilfsantrieb des Turboladers entsprechend dem von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung geforderten hohen Antriebsleistung oder intensiv durchgeführt wird, die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht durch die erste Abgasrückführungseinrichtung bereitstellen. Wenn die erste Bestimmungseinrichtung so ausgeführt ist, dass sie aus dem Grund, dass der von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung geforderte Antrieb über der vorgegebenen Schwelle liegt, bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, kann in Abhängigkeit vom Betrieb der motorischen Hilfsantriebseinrichtung zweckmäßig von der ersten Abgasrückführungseinrichtung auf die zweite Abgasrückführungseinrichtung umgeschaltet werden. Sofern von der ersten Abgasrückführungseinrichtung auf die zweite Abgasrückführungseinrichtung umgeschaltet wurde, ist es natürlich zweckmäßig von der Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung wieder in die Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung umzuschalten, sobald die von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung geforderte Antriebsleistung auf oder unter eine zweite Schwelle fällt, die kleiner ist als die vorgenannte Schwelle.
  • In jedem der vorgenannten Fälle kann das Abgasrückführungssystem des Weiteren eine Einrichtung zum Berechnen einer Soll-NOx-Menge im Abgas auf der Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, eine Einrichtung zum Erfassen der (Ist-)NOx-Menge im Abgas, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Abgasrückführungsmenge in wenigstens einer der ersten Abgasrückführungseinrichtung und zweiten Abgasrückführungseinrichtung auf der Basis der Differenz zwischen der erfassten NOx-Menge und der Soll-Menge umfassen.
  • Die Abgasrückführung wird durchgeführt, um zu verhindern, dass NOx abgegeben wird. Daher erscheint es zweckmäßig, die Abgasrückführung in dem Umfang durchzuführen, dass die NOx-Abgabemenge unter einem vorgegebenen Soll-Wert gehalten wird, und zwar ungeachtet dessen, ob die Abgasrückführung durch die vorgenannte erste Abgasrückführungseinrichtung oder die vorgenannte zweite Abgasrückführungseinrichtung durchgeführt wird. Wenn die Einrichtung zum Berechnen der Soll-NOx-Menge im Abgas auf der Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, die Einrichtung zum Erfassen der NOx-Menge im Abgas, und die Steuereinrichtung zum Steuern der Abgasrückführungsmenge auf der Basis der Differenz zwischen der erfassten NOx-Menge und der Soll-Menge vorgesehen sind, kann daher die Abgasrückführungsmenge ungeachtet dessen, ob die Abgasrückführung durch die erste Abgasrückführungseinrichtung oder die zweite Abgasrückführungseinrichtung durchgeführt wird, angemessen geregelt oder gesteuert werden.
  • In jedem der vorgenannten Fälle kann das Abgasrückführungssystem des Weiteren eine zweite Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob die zweite Abgasrückführungseinrichtung eine erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann oder nicht, und eine Einrichtung zum Beschränken der Einführung von Frischluft in den Turbolader, wenn die zweite Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die zweite Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, umfassen.
  • Wenn in den vorgenannten Fälle weiter die zweite Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob die zweite Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann oder nicht, und die Einrichtung zum Beschränken der Frischlufteinführung in den Turbolader, wenn die zweite Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die zweite Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, vorgesehen sind, kann die Abgasrückführungsmenge auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung zuverlässig erhöht werden, indem durch die Einrichtung zum Beschränken der Einführung von Frischluft der Unterdruck am Einlass des Verdichters des Turboladers erhöht wird.
  • Das erfindungsgemäße Abgasrückführungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, einer ersten Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromaufwärts einer Turbine des Turboladers in einen Bereich stromabwärts eines Verdichters des Turboladers, und einer zweiten Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromabwärts der Turbine des Turboladers in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters des Turboladers, umfasst die Schritte: Bestimmen, ob die erste Abgasrückführungseinrichtung eine erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann, und Umschalten von der Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung in die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung, wenn bestimmt wird, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann.
    •
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, in der ein erfindungsgemäßes Abgasrückführungssystem in einer mit einem Turbolader ausgestatteten Brennkraftmaschine eingebaut ist.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des in 1 gezeigten Abgasrückführungssystems zeigt.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform, die durch eine teilweise Abwandlung der in 1 gezeigten Ausführungsform erhalten wird.
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, der gegenüber der in 1 gezeigten Ausführungsform ein NOx-Sensor hinzugefügt ist.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise des in 4 gezeigten des Abgasrückführungssystems zeigt.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in der zwischen der ersten und zweiten Abgasrückführungseinrichtung in Abhängigkeit vom Betrieb der motorischen Hilfsantriebseinrichtung 30 des Turboladers umgeschaltet wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems in einer mit einem Turbolader ausgestatteten Brennkraftmaschine. Wenngleich die 1, 3 und 4 nachfolgend jeweils erläutert werden, gilt zu beachten, dass in 1, 3 und 4 der Strömungsweg, über den durch die vorgenannte erste Abgasrückführungseinrichtung eine Abgasströmung herbeigeführt wird, durch durchgezogene Linien und der Strömungsweg, über durch die zweite Abgasrückführungseinrichtung eine Abgasströmung herbeigeführt wird, in dem vom Bereich des Strömungswegs der ersten Abgasrückführungseinrichtung verschiedenen Bereich durch gestrichelte Linien angegeben sind.
  • Bezugnehmend auf 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Turbolader 12 versehen. Das Abgas der Brennkraftmaschine strömt über eine Abgasleitung 14 zur Turbine 16 des Turboladers, treibt die Turbine an und tritt anschließend über eine Abgasleitung 18 aus. Wenngleich es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, führt die Abgasleitung 18 über einen katalytischen Wandler, einen Schalldämpfer und dergleichen. Wenn im Abgasrückführungssystem die erste Abgasrückführungseinrichtung arbeitet, wird dem Einlass eines Verdichters 20 des Turboladers Ansaugluft unmittelbar zugeführt ungeachtet dessen, dass die Ansaugluft über üblicherweise vorhandene Einrichtungen, wie zum Beispiel einen Luftfilter (nicht gezeigt) und dergleichen strömt. Der Verdichter 20 wird von der Turbine 16 angetrieben, wodurch der Druck der Ansaugluft im Verdichter 20 erhöht wird. Über eine Druckleitung 26, welche einen Ladeluftkühler 22 und ein Drosselventil 24 enthält, wird die Ansaugluft anschließend der Brennkraftmaschine zugeführt .
  • Der Turbolader 12 hat eine Welle 28, die die Turbine 16 mit dem Verdichter 20 verbindet. Die Welle 28 erstreckt sich über die motorische Hilfsantriebseinrichtung 30, die in dieser Ausführungsform als ein Motor/Generator (M/G) ausgeführt ist.
  • Die erste Abgasrückführungseinrichtung definiert einen Abgaszirkulationsweg, der sich durch einen dem Bereich stromaufwärts der Turbine 16 des Turboladers entsprechenden Teil der Abgasleitung 14, ein (im Folgenden der Kürze wegen als AGR-Ventil bezeichnetes) Abgasrückführungschaltsteuerventil A, einen AGR-Kühler 32, ein AGR-Ventil B und einen dem Bereich stromabwärts des Verdichters 20 des Turboladers entsprechenden Teil der Druckleitung 26 erstreckt. Wie es durch die gestrichelten Linien in 1 gezeigt ist, definiert die zweite Abgasrückführungseinrichtung andererseits einen Abgaszirkulationsweg, der sich über die dem Bereich stromabwärts der Turbine 16 des Turboladers entsprechende Abgasleitung 18, ein AGR-Ventil C, den AGR-Kühler 32, ein AGR-Ventil D und einen dem Bereich stromaufwärts des. Verdichters 20 des Turboladers entsprechenden Teil der Saugleitung 34 erstreckt. Das stromaufwärts gelegene Ende der Saugleitung 34 enthält eine Ansaugdrosselklappe E.
  • Die RGR-Ventile A bis D und die Ansaugdrosselklappe E werden durch Steuersignale, die von Steuerungsausgangsanschlüssen "a" bis "e" einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 36 ausgesendet werden, die das Fahrzeug, in dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist, umfassend steuert, jeweils in den offenen oder geschlossenen Zustand gesteuert. In einigen Fällen werden die AGR-Ventile A bis D und die Ansaugdrosselklappe E um einen geeigneten Grad in den offenen Zustand gesteuert. Von einem Drucksensor 38, der den Ansaugdruck in der Druckleitung 26 erfasst, werden der elektronischen Steuerungseinheit 36 über einen Eingangsanschluss "p" Daten betreffend den Ansaugdruck Psc übermittelt. Von einem Drucksensor 40, der den Abgasdruck in der Abgasleitung 14 erfasst, werden der elektronischen Steuerungseinheit 36 über einen Eingangsanschluss "q" Daten betreffend den Abgasdruck Pti im Bereich stromaufwärts der Turbine übermittelt. Durch einen Drucksensor 42, der den Ansaugdruck in der Saugleitung 34 erfasst, werden der elektronischen Steuerungseinheit 36 über einen Eingangsanschluss "r" Daten betreffend den Ansaugdruck Pci in der Saugleitung 34 übermittelt. Durch einen Drucksensor 44, der den Abgasdruck in der Abgasleitung 18 erfasst, werden der elektronischen Steuerungseinheit 36 über einen Eingangsanschluss "s" Daten betreffend den Abgasdruck Pto im Bereich stromabwärts der Turbine übermittelt. Des Weiteren werden der elektronischen Steuerungseinheit 36 weitere für die Umsetzung der Erfindung von vorteilhafte Signale "z" übermittelt.
  • Bezugnehmend auf das Flussdiagramm von 2 wird im Folgenden die Funktionsweise des in 1 gezeigten Ab gasrückführungssystems erläutert. Wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 gestartet wird, wird im Schritt S1 bestimmt, ob momentan eine Abgasrückführung (AGR) durchzuführen ist oder nicht. Die Steuerung basierend auf diesem Flussdiagramm wird in Intervallen von Mehrfachen von zehn Millisekunden ständig wiederholt, solange die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Gemäß dem in 2 gezeigten Flussdiagramm bedeutet dies, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine ständig geprüft wird, ob eine AGR durchzuführen ist oder nicht. Wenn das Ergebnis des Schritts 1 "NEIN" lautet, wird die momentane Steuerung unmittelbar beendet. Wenn das Ergebnis des Schritts 1 "JA" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S2.
  • Im Schritt S2 wird bestimmt, ob der vom Drucksensor 40 erfasste Abgasdruck Pti in der Abgasleitung 14 um einen Wert a oder mehr über dem vom Drucksensor 38 erfassten Ansaugdruck Psc in der Druckleitung 26 liegt oder nicht . Der Wert a gibt an, ob der Abgasdruck in der Abgasleitung 14 so weit über dem Ansaugdruck in der Druckleitung 26 liegt, dass die erforderliche Rückführung des aus der Abgasleitung 14 strömenden Abgases über den sich durch den AGR-Kühler 32 und das AGR-Ventil B erstreckenden Weg der ersten Abgasrückführungseinrichtung in die Druckleitung 26 verursacht wird. Wenn das Ergebnis des Schritts 2 "JA" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S3. Im Schritt S3 werden die AGR-Ventile A und B geöffnet, um den Betrieb der vorgenannten ersten Abgasrückführungseinrichtung zuzulassen, wohingegen die AGR-Ventile C und D geschlossen werden, um den Betireb der vorgenannten zweiten Abgasrückführungseinrichtung zu verhindern. Dabei zirkuliert das Abgas entlang der Strecke der durchgezogenen Linien in 1 in der durch die Pfeile angegebenen Richtung. Wenigstens eines der AGR-Ventile A und B kann zum Zweck einer Regelung der Abgasrückführungsmenge gesteuert werden. Solange die Ergebnisse in den Schritten S1 und S2 "JA" lauten, wird die Steuerung nach dem Durchlauf durch die vorstehend beschriebene Routine stets beendet. Somit wird die Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung fortgesetzt.
  • Wenn das Ergebnis des Schritts S2 andererseits "NEIN" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S4. Im Schritt S4 werden die AGR-Ventile C und D geöffnet, um den Betrieb der vorgenannten zweiten Abgasrückführungseinrichtung zuzulassen, wohingegen die AGR-Ventile A und B geschlossen werden, um den Betrieb der vorgenannten zweiten Abgasrückführungseinrichtung zu verhindern. In diesem Fall geht die Steuerung weiter zum Schritt S5. Im Schritt 55 wird bestimmt, ob der vom Drucksensor 44 erfasste Abgasdruck Pto in Bereich stromabwärts der Turbine des Turboladers um einen wert β oder mehr über dem vom Drucksensor 42 erfassten Ansaugdruck Pci im Bereich stromaufwärts des Verdichters des Turboladers liegt oder nicht. Der Wert β gibt an, ob der Abgasdruck in der Abgasleitung 18 so weit über dem Ansaugdruck in der Saugleitung 34 liegt, dass die erforderliche Rückführung des aus der Abgasleitung 18 strömenden Abgases über den sich durch das AGR-Ventil C, den AGR-Kühler 32 und das AGR-Ventil D erstreckenden Weg der zweiten Abgasrückführungseinrichtung in die Saugleitung 34 verursacht wird. Solange das Ergebnis des Schritts S5 "JA" lautet, wird die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung fortgesetzt.
  • Wenn das Ergebnis des Schritts S5 jedoch "NEIN" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S6. Im Schritt S6 wird die Ansaugdrosselklappe E geschlossen, um die Einströmung von Frischluft in die Saugleitung 34 zu beschränken, wodurch in der Saugleitung 34 ein Unterdruck erzeugt wird. Im Ergebnis zirkuliert schließlich eine vorgegebenene Abgasmenge durch die zweite Abgasrückführungseinrichtung. Auch in diesem Fall können die AGR-Ven tile C und D wie auch die Ansaugdrosselklappe E zur Regelung der Abgasrückführungsmenge so gesteuert werden, dass sie um einen angemessenen, mittleren Grad geöffnet werden.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Abgasrückführungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform wird erhalten, indem die in 1 gezeigte Ausführungsform teilweise abgewandelt wird. In 3 sind die Komponenten, die den in 1 gezeigten Komponenten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In dieser Ausführungsform sind die AGR-Ventile A und B durch ein Zweiwege-Simultanschaltventil M und die AGR-Ventile C und D durch ein Zweiwege-Simultanschaltventil N ersetzt. Die Simultanschaltventile M und N werden durch Steuersignale geschaltet, die von Ausgangsanschlüssen "m" bzw. "n" bereitgestellt werden. Somit wird entweder die erste Abgasrückführungseinrichtung oder die zweite Abgasrückführungseinrichtung selektiv betätigt. In diesem Fall wird durch eine Einstellung des Taktverhältnisses beim Schalten wenigstens eines der beiden Zweiwege-Simultanschaltventile M und N eine Regelung der Abgasrückführungsmenge ermöglicht. Hiervon abgesehen stimmt diese Ausführungsform in der Funktionsweise mit der in 1 gezeigten Ausführungsform überein.
  • 4 ist eine ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Abgasleitung 18 gegenüber der in 1 gezeigten Ausführungsform mit einem NOx-Sensor 46 versehen. Auch in 4 sind die Komponenten; die den in 1 gezeigten Komponenten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die in 4 gezeigte Ausführungsform stimmt, was die Funktionsweise betrifft, im wesentlichen mit der in 1 gezeigten Ausführungsform überein. Aufgrund des NOx-Sensors wird, wie es aus dem Flussdiagramm von 5 hervorgeht, der Betrieb des Systems im Hinblick auf eine Reduzierung der NOx-Abgabemenge, d.h. im Hinblick auf die der AGR zugrunde liegende Zielsetzung, feiner gesteuert.
  • Wie im Fall der in 2 gezeigten Steuerung wird in der in 5 gezeigten Steuerung, nachdem im Schritt S101 bestimmt wurde, dass momentan eine AGR durchzuführen ist, in dem anschließenden Schritt S102 auf der Basis des momentanen Betriebszustands der Brennkraftmaschine und des Fahrzeugs eine Soll-NOx-Menge im Abgas berechnet. Dann geht die Steuerung zum Schritt S103. Im Schritt S103 wird wie im Schritt S2 der in 2 gezeigten Steuerung bestimmt, ob der Abgasdruck Pti in der Abgasleitung 14 um den Wert a oder mehr über dem Ansaugdruck Psc in der Druckleitung 26 liegt oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S103 "JA" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S104. Im Schritt S104 werden die AGR-Ventile A und B geöffnet. Somit wird die Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung durchgeführt. Dabei werden die AGR-Ventile A und B nicht lediglich geöffnet, sondern in Abhängigkeit von der im Schritt S102 berechneten Soll-NOx-Menge unter Bezugnahme auf ein Kennfeld oder dergleichen variabel geöffnet. Die AGR-Ventile C und D sind vollständig geschlossen, so dass ein Betrieb der zweiten Abgasrückführungseinrichtung verhindert wird.
  • Dann geht die Steuerung zum Schritt S105. Im Schritt 5105 liest der NOx-Sensor 46 die NOx-Menge, die im Abgas enthalten ist. Anschließend geht die Steuerung zum Schritt S106. Im Schritt S106 wird bestimmt, ob die gemessene Ist-NOx-Menge über der zuvor berechneten Soll-NOx-Menge liegt oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S106 "JA" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S107. Im Schritt S107 wird das AGR-Ventil A oder B um eine Stufe geöffnet. Dieser Steuerungsprozess ist dafür konzipiert, die Abgasrückführungsmenge um eine Stufe zu erhöhen, um die NOx-Menge zu reduzieren. (Der Steuerungsprozess zum Öffnen des AGR-Ventils A oder B um eine Stufe schließt auch einen Steuerungsprozess zum Öffnen beider RGR-Ventile A und B um eine Stufe ein.) Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S106 andererseits "NEIN" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S108. Im Schritt S108 wird das AGR-Ventil A oder B um eine Stufe geschlossen. Dieser Steuerungsprozess ist dafür konzipiert, die Abgasrückführungsmenge um eine Stufe zu reduzieren, um die Beschränkung der NOx-Menge zu mindern. (Auch in diesem Fall schließt der Steuerungsprozess zum Schließen des AGR-Ventils A oder B um eine Stufe einen Steuerungsprozess zum Schließen beider AGR-Ventile A und B um eine Stufe ein.) In jedem Fall wird dadurch ein Steuerungszyklus beendet.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S103 "NEIN" lautet, geht die Steuerung zum Schritt S109. Im Schritt S109 werden die AGR-Ventile C und D geöffnet. Somit wird eine Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung durchgeführt. Auch dabei werden die AGR-Ventile C und D nicht lediglich geöffnet, sondern in Abhängigkeit von der im Schritt S102 berechneten Soll-NOx-Menge unter Bezugnahme auf ein Kennfeld oder dergleichen variabel geöffnet. Die AGR-Ventile A und B sind vollständig geschlossen, so dass ein Betrieb der ersten Abgasrückführungseinrichtung verhindert wird.
  • Die Steuerungsprozesse in den folgenden Schritten S110 bis S113 entsprechen den Steuerungsprozessen der Schritte S105 bis S108, werden aber seitens der zweiten Abgasrückführungseinrichtung durchgeführt. Die Steuerungsprozesse in den Schritten S114 und S115 entsprechen im Wesentlichen den Steuerungsprozessen in den Schritten S5 und S6 in 2, werden aber in dem Fall durchgeführt, in dem die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung durchgeführt wird.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in der zwischen der vorstehend erläuterten ersten und zweiten Abgasrückführungseinrichtung in dem in dem in 1, 3 oder 4 gezeigten System in Abhängigkeit vom Betrieb der motorischen Hilfsantriebseinrichtung 30 des Turboladers gesteuert wird. Ebenso wie im Schritt 1 des Flussdiagramms von 2 oder im Schritt S101 des Flussdiagramms in 5 geht die Steuerung in diesem Fall, wenn im Schritt S201 bestimmt wird, dass eine AGR durchzuführen ist, zum Schritt S202. Im Schritt S202 wird bestimmt, ob ein Flag F den Wert 1 hat oder nicht. Flags dieser Art werden zu Beginn der Steuerung auf 0 zurückgesetzt und haben somit solange den Wert 0, bis ihnen der Wert 1 zugewiesen wird. Dementsprechend lautet das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S202 zu Beginn der Steuerung "NEIN". Anschließend geht die Steuerung zum Schritt S203. Im Schritt S203 werden die AGR-Ventile A und B geöffnet und die AGR-Ventile C und D geschlossen, so dass eine Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung eingeleitet wird. Anschließend geht die Steuerung zum Schritt S204. Im Schritt S204 wird bestimmt, ob die Antriebs- oder Ausgangsleistung (Antrieb, Antriebsgröße) Dma der motorischen Hilfsantriebseinrichtung des Turboladers auf oder über einer vorgegebenen Schwelle Ds1 liegt oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S204 "NEIN" lautet, d.h. wenn die motorische Hilfsantriebseinrichtung nicht besonders aktiv arbeitet, wird die Steuerung des momentanen Zyklus unmittelbar beendet. Somit wird, solange wie eine AGR erforderlich ist, eine Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungs einrichtung durchgeführt. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S204 andererseits "JA" lautet, d.h. wenn der Turbolader von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung merklich angetrieben wird, geht die Steuerung zum Schritt S205. Im Schritt S205 wird dem Flag F der Wert 1 zugewiesen.
  • Wenn das Flag F im Schritt S202 den Wert 1 hat, geht die Steuerung im nächsten Zyklus zum Schritt S206. Im Schritt S206 werden die AGR-Ventile A und B geschlossen und die AGR-Ventile C und D göffnet, so dass in die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung umgeschaltet wird.
  • Dann geht die Steuerung zum Schritt S207. Im Schritt S207 wird bestimmt, ob Dma über einer Schwelle Ds2 liegt, die etwas kleiner ist als Ds1. Solange das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S207 "JA" lautet, wird die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung fortgesetzt. Die Schritte 5208 und S209 sind im Wesentlichen zu demselben Zweck vorgesehen wie die Schritte S5 und S6 im Flussdiagramm von 2 oder die Schritte S114 und S115 im Flussdiagramm von 5.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S207 "NEIN" lautet als Folge einer Abnahme des Grads des Hilfsantriebs des Turboladers während der Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung, geht die Steuerung zum Schritt S210. Im Schritt S210 wird dem Flag F wieder der wert 0 zugewiesen. Im Ergebnis wird wieder in die Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung umgeschaltet. Der Grund dafür, dass die Schwelle Ds2 etwas kleiner ist als die Schwelle Ds1, ist dass, die Schaltsteuerung mit einer Hysterese einhergehen muß.
  • Wenngleich die Erfindung vorstehend bezüglich verschiedener Ausführungsformen im Detailbeschrieben wurde, liegt es auf der Hand, dass sich für den Fachmann verschiedenartige Abwandlungen zu diesen Ausführungsformen im Umfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung ergeben.

Claims (12)

  1. Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, mit: einer ersten Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromaufwärts einer Turbine (16) des Turboladers in einen Bereich stromabwärts eines Verdichters (20) des Turboladers; einer zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromabwärts der Turbine (16) des Turboladers in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters (20) des Turboladers; einer ersten Bestimmungseinrichtung (36) zum Bestimmen, ob die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) eine erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann oder nicht; und einer Schalteinrichtung (36) zum Schalten von der Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) in die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) , wenn die erste Bestimmungseinrichtung (36) bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann.
  2. Abgasrückführungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Bestimmungseinrichtung (36) bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, sofern der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine (16) des Turboladers nicht um einen vorgegebenen Wert oder mehr über dem Ansaugdruck stromabwärts des Verdichters (20) des Turboladers liegt.
  3. Abgasrückführungssystem nach Anspruch 2, wobei die erste Bestimmungseinrichtung (36) eine Einrichtung zum Schätzen des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine (16) des Turboladers aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine aufweist.
  4. Abgasrückführungssystem nach Anspruch 1, wobei: der Turbolader mit einer motorischen Hilfsantriebseinrichtung (30) versehen ist; und die erste Bestimmungseinrichtung (36) bestimmt, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, wenn die von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung (30) geforderte Antriebsgröße über einer vorgegebenen Schwelle liegt.
  5. Abgasrückführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit: einer Einrichtung (36) zum Berechnen einer Soll-NOx-Menge im Abgas auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine; einer Einrichtung (46) zum Erfassen der NOx-Menge im Abgas; und einer Steuerungseinrichtung (36) zum Steuern der Abgasrückführungsmenge in wenigstens einer der ersten Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) und der zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) auf der Grundlage der Differenz zwischen der erfassten NOx-Menge und der Soll-Menge.
  6. Abgasrückführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit: einer zweiten Bestimmungseinrichtung (36) zum Bestimmen, ob die zweite Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) eine erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann oder nicht; und einer Einrichtung (36, E) zum Beschränken der Einführung von Frischluft in den Turbolader, wenn die zweite Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die zweite Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann.
  7. Abgasrückführungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit: einem Turbolader, einer ersten Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromaufwärts einer Turbine (16) des Turboladers in einen Bereich stromabwärts eines Verdichters (20) des Turboladers; und einer zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32 , D, 34 ; M, N) zum Rückführen von Abgas aus einem Bereich stromabwärts der Turbine (16) des Turboladers in einen Bereich stromaufwärts des Verdichters (20) des Turboladers, mit folgenden Schritten: Bestimmen, ob die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) eine erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann oder nicht; und Schalten von der Abgasrückführung auf der Basis der ersten Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) in die Abgasrückführung auf der Basis der zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N), wenn bestimmt wird, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann.
  8. Abgasrückführungsverfahren nach Anspruch 7, wobei bestimmt wird, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) die erwünschte Abgasrück führungsmenge nicht bereitstellen kann, sofern der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine (16) des Turboladers nicht um einen vorgegebenen Wert oder mehr über dem Ansaugdruck stromabwärts des Verdichters (20) des Turboladers liegt.
  9. Abgasrückführungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine (16) des Turboladers aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geschätzt wird.
  10. Abgasrückführungssystem nach Anspruch 7, wobei: der Turbolader mit einer motorischen Hilfsantriebseinrichtung (30) versehen ist; und bestimmt wird, dass die erste Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann, wenn die von der motorischen Hilfsantriebseinrichtung (30) geforderte Antriebsgröße über einer vorgegebenen Schwelle liegt.
  11. Abgasrückführungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, mit den Schritten: Berechnen einer Soll-NOx-Menge im Abgas auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine; Erfassen der NOx-Menge im Abgas; und Steuern der Abgasrückführungsmenge in wenigstens einer der ersten Abgasrückführungseinrichtung (14, A, 32, B, 26; M, N) und der zweiten Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) auf der Grundlage der Differenz zwischen der erfassten NOx-Menge und der Soll-Menge.
  12. Abgasrückführungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit den Schritten: Bestimmen, ob die zweite Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge bereitstellen kann oder nicht; und Beschränken der Einführung von Frischluft in den Turbolader, wenn bestimmt wird, dass die zweite Abgasrückführungseinrichtung (18, C, 32, D, 34; M, N) die erwünschte Abgasrückführungsmenge nicht bereitstellen kann.
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