-
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.
-
2. Stand der Technik
-
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.
-
Die
EP 0 849 453 A2 ,
die als nächstkommender
Stand der Technik angesehen wird, gegenüber dem die unabhängigen Ansprüche abgegrenzt
sind, offenbart ein Abgasrückführungssystem
für eine Brennkraftmaschine
mit einem Turbolader und zwei Abgasrückführwegen, die das Abgas entweder
aus einem Bereich stromauf einer Turbine des Turboladers in ein
Gebiet stromab des Kompressors des Turboladers oder aus einem Gebiet
stromab der Turbine in ein Gebiet stromauf des Kompressors zurückführen. Eine
ECU bzw. elektronische Steuereinheit legt auf der Grundlage der
Temperatur der rückgeführten Abgase,
einer Menge an Einlassluft, eines Öffnungswinkels eines Drosselventils
und der Drehzahl der Brennkraftmaschine fest, ob vom ersten zum
zweiten Abgasrückführweg umgeschaltet
wird oder nicht.
-
Die
EP 1 024 263 A1 lehrt
eine Abgasrückführung speziell
für turbogeladene
Selbstzünder. Nach
der Lehre dieser Druckschrift wird unter anderem der Massenstrom
am Kompressor und der Abgasdruck gemessen und auf dieser Basis der
gewünschte
Abgas- und Ansaugdruck abhängig
von der vom Fahrzeugführer
gewünschten
Motordrehzahl und Motorlast geregelt.
-
Die
DE 101 26 580 A1 befasst
sich unter anderem damit, eine Abgasrückführung so zu regeln, dass ein
gemessener NOx-Wert im Abgas abhängig von
einer Motorlast und Motordrehzahl auf einen Zielwert eingestellt
wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
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.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
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
AGR-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 S5 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 S105 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
AGR-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 S208 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 Detail beschrieben 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.