DE112011105087T5

DE112011105087T5 - Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112011105087T5
Application number: DE112011105087.9T
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Noguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2014-07-17
Also published as: WO2012127535A1; JP5304952B2; US20130019848A1; JPWO2012127535A1; CN102959225B; CN102959225A

Abstract

Es wird eine Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine geschaffen, die verhindern kann, dass kondensiertes Wasser in einer AGR-Leitung stromauf eines AGR-Kühlers erzeugt wird, und die verhindern kann, dass die AGR-Leitung korrodiert. Eine AGR-Vorrichtung 30 weist auf: eine AGR-Leitung 33, die mit einer AGR-Passage 34 ausgebildet ist, die in Kommunikation mit einer Abgaspassage 12 und einer Ansaugpassage 12 gehalten wird, ein AGR-Trennventil 35, das an der AGR-Leitung 33 nahe bei der Abgaspassage 12 vorgesehen ist und betrieben wird, wahlweise einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand anzunehmen, um in dem geschlossenen Zustand eine Unterbrechung des Fließens des AGR-Gases in die AGR-Passage 34 zu ermöglichen, ein AGR-Ventil 32, das an der AGR-Leitung 33 näher bei der Ansaugpassage 11 als das AGR-Trennventil 35 vorgesehen ist und betrieben wird, wahlweise einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand anzunehmen, um die Menge des AGR-Gases, das in die Ansaugpassage 11 fließt, einzustellen, einen AGR-Kühler 31, der an der AGR-Leitung 33 zwischen dem AGR-Trennventil 35 und dem AGR-Ventil 32 vorgesehen ist, um das AGR-Gas, das in die AGR-Passage 34 fließt, zu kühlen, und eine Heizleitung 45 zum Heizen der AGR-Leitung 33 von dem AGR-Trennventil 35 bis zu dem AGR-Kühler 31.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Bis jetzt wurde eine Abgasrückführungsvorrichtung zum Zurückführen von Abgas, das in einer Brennkammer verbrannt wird, zu einer Ansaugpassage als ein AGR-Gas vorgeschlagen, um den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu verringern (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Die Abgasrückführungsvorrichtung, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, weist eine AGR-Passage zum Ermöglichen, dass ein Teil des Abgases, das in einer Abgaspassage fließt, zu einer Ansaugpassage zurückgeführt wird, ein AGR-Ventil, das in der AGR-Passage vorgesehen ist, um die Fließmenge des AGR-Gases, das in eine Ansaugpassage zurückzuführen ist, einzustellen, und einen AGR-Kühler auf, der zwischen dem AGR-Ventil und der Abgaspassage vorgesehen ist, um das AGR-Gas durch Wärmeaustausch zwischen dem AGR-Gas und Kühlwasser, das für die Brennkraftmaschine verwendet wird, zu kühlen.
Die derart aufgebaute Abgasrückführungsvorrichtung kann eine Rückführung des AGR-Gases von der Abgaspassage zu der Ansaugpassage als Reaktion auf den Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch Einstellen der Fließmenge des AGR-Gases, das in der AGR-Passage zurückzuführen ist, mittels des AGR-Ventils realisieren.
In der zuvor genannten Abgasrückführungsvorrichtung fließt das Abgas aufgrund eines Pulsierens des Abgases sogar dann in die AGR-Passage, wenn das AGR-Ventil von seinem geöffneten Zustand in seinen geschlossenen Zustand gelangt. Um dieses Problem zu bewältigen, wurde eine andere Abgasrückführungsvorrichtung vorgeschlagen, die ein Trennventil bzw. Unterbrechungsventil aufweist, das vorgesehen ist, um zu verhindern, dass das AGR-Gas von der Abgaspassage in die AGR-Passage fließt (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
Die Abgasrückführungsvorrichtung, die in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, ist an einem Fahrzeug montiert, das mit einem Turbolader versehen ist, der eine Turbine aufweist, die in einer Abgaspassage angeordnet ist, und der einen Kompressor aufweist, der in einer Ansaugpassage angeordnet ist. Die Abgasrückführungsvorrichtung ist außerdem mit einer Niederdruck-AGR-Passage zum Zurückführen eines Teils des Abgases stromab der Turbine zu der Ansaugpassage stromauf des Kompressors versehen.
Die Abgasrückführungsvorrichtung, die in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, weist eine Niederdruck-AGR-Passage, die in Kommunikation mit der Ansaugpassage und der Abgaspassage gehalten wird, um einen Teil des Abgases von der Brennkraftmaschine zu der Ansaugpassage zurückzuführen, einen AGR-Kühler zum Kühlen des AGR-Gases auf dem Weg zu der Niederdruck-AGR-Passage, ein AGR-Ventil, das stromab des AGR-Kühlers vorgesehen ist, um die Fließmenge des AGR-Gases einzustellen, wenn das AGR-Gas, das von dem AGR-Kühler gekühlt wird, zu der Ansaugpassage zurückgeführt wird, eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen, ob kondensiertes Wasser, das von dem AGR-Gas, das von dem AGR-Kühler gekühlt wird, erzeugt wird, in dem AGR-Kühler zurückgehalten wird, und ein Trennventil zum Verhindern, dass das AGR-Gas in den AGR-Kühler fließt, wenn festgestellt wird, dass das kondensierte Wasser in dem AGR-Kühler gehalten und das AGR-Gas nicht zu der Ansaugpassage zurückgeführt wird, auf.
Hier ist das obige AGR-Ventil ausgelegt, den Passagenquerschnittsbereich der Niederdruck-AGR-Passage und dadurch die Fließmenge des AGR-Gases, das in der Niederdruck-AGR-Passage fließt, einzustellen. Außerdem unterscheidet sich das Trennventil von dem AGR-Ventil und ist ausgelegt, entweder den vollständig geöffneten Zustand oder den vollständig geschlossenen Zustand anzunehmen.
Die Abgasrückführungsvorrichtung, die in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, ist wie zuvor beschrieben aufgebaut und kann somit das Trennventil in den vollständig geschlossenen Zustand bringen, wenn das kondensierte Wasser, das in dem AGR-Kühler erzeugt wird, bei dem vollständig geschlossenen Zustand des AGR-Ventils gehalten bzw. zurückgehalten wird, wodurch es möglich wird, zu verhindern, dass das AGR-Gas in den AGR-Kühler fließt.
Daher kann die Abgasrückführungsvorrichtung verhindern, dass das kondensierte Wasser in dem AGR-Kühler verbleibt, und kann somit eine Korrosion des AGR-Kühlers verhindern.
Zitierungsliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-228530
PTL 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-303381

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die zuvor beschriebene herkömmliche Abgasrückführungsvorrichtung ist jedoch nicht ausgelegt, zu verhindern, dass das kondensierte Wasser in einer AGR-Leitung, die die Niederdruck-AGR-Passage stromauf des AGR-Kühlers ausbildet, erzeugt wird, und berücksichtigt somit nicht, eine Korrosion der AGR-Leitung zu verhindern.
Genauer gesagt ist die zuvor genannte herkömmliche Abgasrückführungsvorrichtung derart aufgebaut, dass das AGR-Ventil und ebenfalls das Trennventil vollständig geschlossenen sind, wenn sich die Brennkraftmaschine bei einer niedrigen Temperatur des Kühlwassers in dem Aufwärmzustand befindet, wodurch es unmöglich wird, zu bewirken, dass das AGR-Gas die Temperatur der AGR-Leitung erhöht. Wenn das AGR-Ventil bei diesen Bedingungen von dem vollständig geschlossenen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand gelangt, gelangt das Trennventil von dem vollständig geschlossenen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand, so dass die Möglichkeit besteht, dass das AGR-Gas, das von der Abgaspassage in die Niederdruck-AGR-Passage fließt, durch die AGR-Leitung gekühlt wird, wodurch kondensiertes Wasser in der Niederdruck-AGR-Passage erzeugt wird. Das kondensierte Wasser, das in der AGR-Leitung erzeugt wird, bewirkt möglicherweise eine Korrosion der AGR-Leitung, was davon herrührt, dass das obige kondensierte Wasser stark durch eine Schwefelkomponente in dem Kraftstoff oxidiert wird oder ansonsten eine CI-Komponente als Chlorion in dem Kraftstoff enthalten ist.
Außerdem ist die zuvor genannte herkömmliche Abgasrückführungsvorrichtung derart aufgebaut, dass das Trennventil unabhängig von dem Aufwärmzustand in dem geschlossenen Zustand gehalten wird, wenn das AGR-Ventil von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand gelangt, so dass die Niederdruck-AGR-Passage in einen Zustand gelangt, bei das AGR-Gas darin fließt. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Möglichkeit, dass das kondensierte Wasser in der Niederdruck-AGR-Passage erzeugt wird, wenn die Temperatur der AGR-Leitung auf die Nähe der Taupunkttemperatur abfällt. Insbesondere wird bei einem Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor aufweist, der in einem intermittierenden wiederholten Modus betrieben wird, gelegentlich kondensiertes Wasser erzeugt, wenn der Verbrennungsmotor gestoppt wird. Wenn ein anderes Fahrzeug als ein Hybridfahrzeug von seinem gewöhnlichen Betriebszustand in seinen Leerlaufzustand gelangt, gelangt das AGR-Ventil in den vollständig geschlossenen Zustand, wodurch möglicherweise kondensiertes Wasser erzeugt wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen und eine Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die verhindern kann, dass kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung stromauf des AGR-Kühlers erzeugt wird, um zu verhindern, dass die AGR-Leitung korrodiert.
Lösung für das Problem
Um die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, weist die erfindungsgemäße Abgasrückführungsvorrichtung der Brennkraftmaschine zum Rückführen eines Teils eines Abgases, das in eine Abgaspassage ausgelassen wird, als ein AGR-Gas von einer Brennkraftmaschine zu einer Ansaugpassage auf: eine AGR-Leitung, die mit einer AGR-Passage ausgebildet ist, die in Kommunikation mit der Abgaspassage und der Ansaugpassage gehalten wird, ein erstes Ventil, das in der AGR-Leitung in der Nähe der Abgaspassage vorgesehen ist und betrieben wird, um einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand anzunehmen, wobei das erste Ventil betrieben wird, um einen Fluss des AGR-Gases in die AGR-Passage zu trennen bzw. unterbrechen, wenn das erste Ventil den geschlossenen Zustand annimmt, ein zweites Ventil, das in der AGR-Leitung an einer Position näher bei der Ansaugpassage als das erste Ventil vorgesehen ist und betrieben wird, um einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand anzunehmen, um die Menge des AGR-Gases, das in die Ansaugpassage fließt, einzustellen, einen AGR-Kühler, der in der AGR-Leitung zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil vorgesehen ist, um das AGR-Gas, das in die AGR-Passage fließt, zu kühlen, und eine Heizeinheit zum Heizen der AGR-Leitung von dem ersten Ventil bis zu dem AGR-Kühler.
Durch den obigen Aufbau kann die AGR-Leitung von dem ersten Ventil bis zu dem AGR-Kühler geheizt werden, so dass verhindert werden kann, dass die Temperatur der AGR-Leitung während des Betriebs des Verbrennungsmotors auf die Nähe der Taupunkttemperatur abfällt. Dieses macht es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung stromauf des AGR-Kühlers erzeugt wird, und somit zu verhindern, dass die AGR-Leitung korrodiert.
In der Abgasrückführungsvorrichtung der Brennkraftmaschine, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, kann die Heizeinheit ausgelegt sein, die AGR-Leitung durch Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine aufzuheizen.
Durch den obigen Aufbau ist die Abgasrückführungsvorrichtung ausgelegt, die AGR-Leitung durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlwassers der Brennkraftmaschine zu heizen, so dass die AGR-Leitung ohne jegliche weitere Heizquelle geheizt werden kann, wodurch es möglich wird, die Herstellungskosten der Abgasrückführungsvorrichtung im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung, die eine weitere Heizquelle benötigt, zu verringern. Außerdem kann das AGR-Gas durch das Kühlwasser, das der Heizeinheit nach dem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine zugeführt wird, gekühlt werden, so dass der Kühlbetrieb des AGR-Gases durch den AGR-Kühler von der Heizeinheit übernommen werden kann. Dieses bedeutet, dass der AGR-Kühler in seiner Konstruktion vereinfacht werden kann, wodurch es möglich wird, eine Verringerung der Herstellungskosten der Abgasrückführungsvorrichtung zu erzielen.
In der wie oben aufgebauten Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine kann die Heizeinheit außerhalb der AGR-Leitung angeordnet sein, so dass die Heizeinheit und die AGR-Leitung die Form einer Doppelrohrstruktur aufweisen.
Durch die obige Konstruktion kann die Heizeinheit mit einer einfachen Konstruktion realisiert werden, wodurch es möglich wird, die Herstellungskosten der Abgasrückführungsvorrichtung zu verringern und die Installation der Abgasrückführungsvorrichtung in dem Fahrzeug zu erleichtern.
Die oben beschriebene Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine kann außerdem einen Wassertemperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine und eine Steuereinheit zum Steuern des ersten Ventils derart, dass es den geöffneten Zustand von dem geschlossenen Zustand aus annimmt, und zum Steuern des Öffnungsgrads des zweiten Ventils, wenn die Temperatur des Kühlwassers, die von dem Wassertemperatursensor erfasst wird, nicht niedriger als ein Schwellenwert ist, aufweisen.
Durch den obigen Aufbau wird die Steuereinheit betrieben, um das erste Ventil derart zu steuern, dass es von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand übergeht, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht niedriger als ein Schwellenwert ist, und um den Öffnungsgrad des zweiten Ventils zu steuern, so dass die Steuerung der Abgasrückführungsmenge in geeigneter Weise als Reaktion auf den Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine ausgeführt werden kann. Außerdem kann das AGR-Gas in die AGR-Passage in dem Zustand eingeleitet werden, in dem der Aufwärmbetrieb beendet ist, wodurch es möglich wird, zu verhindern, dass die Temperatur des AGR-Gases auf eine Taupunkttemperatur oder weniger abfällt, und somit zu verhindern, dass kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung und dem AGR-Kühler erzeugt wird.
Die oben beschriebene Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine kann außerdem einen Außenlufttemperatursensor zum Erfassen einer Außenlufttemperatur aufweisen, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, den Schwellenwert als Antwort auf die Außenlufttemperatur, die von dem Außenlufttemperatursensor erfasst wird, einzustellen.
Durch den obigen Aufbau kann die Steuereinheit die Bedingungen derart einstellen, dass als Antwort auf die Temperatur der Außenluft das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand übergehen, wodurch es möglich wird, die Steuerungen des ersten Ventils und des zweiten Ventils als Antwort auf die Temperatur der Außenluft zu steuern. Daher ist es mit dem zweiten Ventil, das durch das AGR-Ventil ausgebildet wird, das AGR-Ventil als Antwort auf die Temperaturumgebung der AGR-Leitung zu steuern, wodurch es möglich wird, in geeigneter Weise die Erzeugung von kondensiertem Wasser zu verhindern.
In der obigen Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine kann die Heizeinheit durch einen Abgaskrümmer zum Einleiten des Abgases von der Brennkraftmaschine in die Abgaspassage aufgebaut sein, und die AGR-Leitung kann durch Abstrahlungswärme von der Heizeinheit geheizt werden.
Durch den obigen Aufbau kann die AGR-Leitung durch die Abstrahlungswärme des Abgaskrümmers geheizt werden, wodurch es möglich wird, eine Abgasrückführungsvorrichtung mit einem vereinfachten Aufbau zu realisieren und die Herstellungskosten der Abgasrückführungsvorrichtung zu verringern.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann verhindern, dass kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung stromauf des AGR-Kühlers erzeugt wird, wodurch es möglich wird, eine Korrosion der AGR-Leitung zu verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Konstruktionsansicht einer Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen AGR-Kühler und ein AGR-Ventil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Abgasrückführungsvorrichtung und deren periphere Bestandteile gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische Konstruktionsansicht, die die Konstruktion eines Kühlwasserkreises gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer AGR-Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Konstruktionsansicht einer Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Abgasrückführungsvorrichtung der Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand einer Abgasrückführungsvorrichtung erläutert, die für ein Fahrzeug verwendet wird, das einen Vierzylinder-Benzinmotor aufweist.
Zunächst wird die Konstruktion dieser Ausführungsform erläutert.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Zylinderkopf 10 und einem nicht gezeigten Zylinderblock versehen, wobei der Zylinderkopf 10 und der Zylinderblock zusammen vier Zylinder 5 bilden. Diese Zylinder bilden jeweilige Brennkammern 7, die einen jeweiligen Kolben aufnehmen. Der Zylinderkopf 10 ist mit Ansaugports bzw. Ansaugöffnungen zum Einleiten von Luft in die Zylinder 5 und Abgasports bzw. Abgasöffnungen zum Auslassen von Abgas aus den Zylindern 5 ausgebildet.
Jeder der Ansaugports weist einen Einspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff auf, der mit Luft, die in die Brennkammer 7 einzuleiten ist, gemischt wird. Der Zylinderkopf 10 weist Zündkerzen 15 auf, die jeweils dazu dienen, das Kraftstoff/Luft-Gemisch, das in die jeweilige Brennkammer 7 eingeleitet wird, zu zünden. Die Zündkerzen 15 weisen jeweilige Zündzeitpunkte auf, die von einer elektronischen Steuereinheit (im Folgenden einfach als „ECU” bezeichnet) 100, die im Folgenden genauer beschrieben wird, gesteuert werden.
Die Einspritzer sind jeweils aus einem elektromagnetischen Ventil aufgebaut, das geöffnet werden kann, um den Kraftstoff in den Ansaugport jedes der Zylinder 5 einzuspritzen, wenn das elektromagnetische Ventil mit einem vorbestimmten elektrischen Druck von der ECU 100 erregt wird.
Der Verbrennungsmotor 1 weist außerdem einen Ansaugkrümmer 11a auf, der mit dem Zylinderkopf 10 verbunden ist und in dem ein Teil einer Ansaugpassage 11 ausgebildet ist. Die Ansaugpassage 11 ist teilweise in einer Ansaugleitung 14 ausgebildet, um darin einen Luftreiniger, der nicht gezeigt ist, und einen Luftflussmesser 22 in dieser Reihenfolge von der Stromaufseite zu der Stromabseite der Passage 11 unterzubringen. Die Ansaugpassage 11 weist außerdem ein Drosselventil (Drosselklappe) 18 auf, das stromauf des Ansaugkrümmers 11a angeordnet ist, um die Menge der Ansaugluft einzustellen. Der Ansaugkrümmer 11a ist mit einem Ansauglufttemperatursensor 23 und einem Drucksensor 24 versehen.
Das Drosselventil 18 wird durch ein elektronisch gesteuertes Öffnungs- und Schließventil ausgebildet, das seinen Öffnungsgrad stufenweise einstellen kann, und ist ausgelegt, den Passagenbereich bzw. Durchlassbereich der Ansaugluft zu drosseln, um die Zufuhrmenge der Ansaugluft bei der vorbestimmten Bedingung einzustellen. Die ECU 100 wird betrieben, um einen Drosselmotor, der an dem Drosselventil 18 montiert ist, zu steuern, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 18 einzustellen.
Der Verbrennungsmotor 1 weist außerdem einen Abgaskrümmer 12a auf, der mit dem Zylinderkopf 10 verbunden ist und einen Teil einer Abgaspassage 12 ausbildet. Die Abgaspassage 12 weist eine Katalysevorrichtung 13 auf, die beispielsweise durch einen Dreiwegekatalysator ausgebildet wird. Die Abgaspassage 12 stromauf der Katalysevorrichtung 13 weist einen L/K-Sensor 25 auf. Die Abgaspassage 12 stromab der Katalysevorrichtung 13 weist einen Abgastemperatursensor 26 auf. Der L/K-Sensor 25 und der Temperatursensor 26 werden betrieben, um jeweilige Signale auszugeben, die in die ECU 100 eingegeben werden.
Der Verbrennungsmotor 1 ist außerdem mit einer AGR-Vorrichtung 30 versehen. Die AGR-Vorrichtung 30 dient zum Zurückführen eines Teils des Abgases, das in der Abgaspassage 12 fließt, zu der Ansaugpassage 11, um das Abgas der Brennkammer 7 jedes der Zylinder 5 als ein AGR-Gas zuzuführen, so dass die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 7 und die Menge an erzeugtem NOx verringert werden kann. Außerdem kann der Pumpverlust verringert werden, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern.
Die AGR-Vorrichtung 30 ist derart aufgebaut, dass sie den Ansaugkrümmer 11a und die Abgasleitung 16 verbindet, und ist mit einer AGR-Leitung 33 versehen, in der eine AGR-Passage 34 ausgebildet ist. Die AGR-Leitung 33 ist mit einem AGR-Kühler 31 zum Kühlen des AGR-Gases, das die AGR-Passage 34 passiert, und einem AGR-Ventil 32 versehen.
Der Ansaugkrümmer 11a weist eine nicht gezeigte Ableitung auf, die aus rostfreiem Stahl besteht. Die Ableitung wird durch ein röhrenförmiges Element ausgebildet, das die AGR-Passage 34 und den Ansaugkrümmer 11a in Kommunikation miteinander hält.
Die AGR-Vorrichtung 30 weist außerdem eine Heizleitung 45 zum Heizen der AGR-Leitung 33 zwischen einem AGR-Trennventil 35 und dem AGR-Kühler 31 auf, wie es später näher wird. Die Heizleitung 45 besteht aus einem metallischen Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl und Ähnlichem. Die Heizleitung 45 ist außerhalb der AGR-Leitung 33 angeordnet, so dass die Heizleitung 45 und die AGR-Leitung 33 die Form einer Doppelrohrstruktur annehmen.
Die Außenumfangsfläche der AGR-Leitung 33 und die Innenumfangsfläche der Heizleitung 45 bilden zusammen eine Kühlwasserpassage 46. Die Kühlwasserpassage 46 bildet einen Teil einer dritten Passage 49 einer Kühlwasserschaltung 40, die ebenfalls im Folgenden beschrieben werden wird. Das Kühlwasser des Verbrennungsmotors 1, das von der Heizleitung 45 durch einen Auslassport 46b ausgelassen wird, wird der Heizleitung 45 durch einen Einlassport 46a zugeführt. Die obige Heizleitung 45 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet eine erfindungsgemäße Heizeinheit.
Der Teil der AGR-Leitung 33 in der Nähe der Abgasleitung 16 wird durch das Abgas, das auf einer hohen Temperatur gehalten wird und in der Abgaspassage 12 fließt, geheizt. Wenn die Heizleitung 45 außerhalb der AGR-Leitung 33 in der Nähe der Abgasleitung 16 angeordnet ist, wird der Heizprozess in dem Aufwärmbetrieb des Verbrennungsmotors 1 eher verzögert, da die Temperatur des Kühlwassers niedriger als diejenige des Abgases ist. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Heizleitung 45 an einer Position angeordnet ist, die eine größere Aufheizwirkung durch das Kühlwasser als durch das Abgas, das in der Abgaspassage 12 während des Aufwärmbetriebs des Verbrennungsmotors 1 fließt, aufweist. Aus diesem Grund ist der stromaufseitige Endabschnitt der Heizleitung 45 in einem vorbestimmten Abstand zu dem Verbindungsabschnitt der Abgasleitung 16 und der AGR-Leitung 33 angeordnet.
Der AGR-Kühler 31 ist hauptsächlich aus rostfreiem Stahl ausgebildet und weist ein Gehäuse 31a und eine Kühlwasserleitung, die um den Außenumfangsabschnitt der Passage des AGR-Gases in dem Gehäuse 31a gewunden ist, auf, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Das AGR-Gas, das von der AGR-Passage 34 zugeführt wird, wird durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser, das in der Kühlwasserleitung fließt, gekühlt, wenn das AGR-Gas durch die Passage des AGR-Gases in dem Gehäuse 31a fließt, und wird dann in die Stromabseite der AGR-Passage 34 eingeleitet. Der AGR-Kühler 31 ist mit einer Einlassleitung 31d zum Einleiten des Kühlwassers, das durch den Verbrennungsmotor 1 geflossen ist, und mit einer Auslassleitung 31e, die mit einer nicht gezeigten Einlassleitung des AGR-Ventils 32 verbunden ist, verbunden, so dass das Kühlwasser von der Einlassleitung 31d in die Kühlwasserleitung fließen und von der Auslassleitung 31e ausgelassen werden kann.
Das AGR-Ventil 32 ist mit einer AGR-Ventilansteuereinheit 32a und einer Welle 32c versehen. Die AGR-Ventilansteuereinheit 32a ist in dem AGR-Ventil 32 untergebracht, während die Welle 32c einen Basisendabschnitt, der gleitend in der AGR-Ventilansteuereinheit 32a aufgenommen wird, und einen vorderen Endabschnitt, der mit einer Ventilscheibe 32e zum Öffnen und Schließen der AGR-Passage 34 ausgebildet ist, aufweist. Die AGR-Ventilansteuereinheit 32a wird beispielsweise aus einem Schrittmotor oder einem DC-Motor ausgebildet. Die ECU 100 ist ausgelegt, die AGR-Ventilansteuereinheit 32a zu erregen und zu steuern, so dass die Welle 32c unter dem Einfluss der elektromagnetischen Kraft und einer nicht gezeigten Schraubenfeder axial hin- und herbewegt wird und die Ventilscheibe 32b die AGR-Passage 34 öffnet und schließt. Hier bildet das AGR-Ventil 32 ein zweites Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das AGR-Ventil 32 besteht hauptsächlich aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder anderen Metallmaterialien. Das AGR-Ventil 32 weist ein Gehäuse 32d auf, das mit einer AGR-Ventilpassage, die die Welle 32c umgibt, ausgebildet ist. Die AGR-Ventilpassage weist einen stromaufseitigen Endabschnitt auf, der mit einer Einlassleitung verbunden ist, durch die das Kühlwasser, das von Auslassleitung 31e des AGR-Kühlers 31 ausgelassen wird, in die AGR-Ventilpassage eingeleitet wird. Die Auslassleitung 32f ist mit einem stromabseitigen Endabschnitt der AGR-Ventilpassage verbunden. Die Welle 32c und die Ventilscheibe 32b, die dem Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt werden, werden durch das Kühlwasser, das in der AGR-Ventilpassage fließt, gekühlt, und die AGR-Ventilansteuereinheit 32a wird ebenfalls durch das Kühlwasser, das in der AGR-Ventilpassage fließt, gekühlt.
Die ECU 100 ist ausgelegt, den Öffnungsgrad der AGR-Ventilansteuereinheit 32a einzustellen und dadurch die Menge des AGR-Gases, d. h. die Rückführungsmenge des Abgases, das von dem Abgaskrümmer 12a in den Ansaugkrümmer 11a eingeleitet wird, einzustellen, was daraus resultiert, dass die Abgaspassage 12 und die Ansaugpassage 11 in Kommunikation miteinander gebracht werden.
Das Gehäuse 31a des AGR-Kühlers 31 besteht aus Metall, das ein Wärmeleitvermögen aufweist, und weist einen stromaufseitigen Endabschnitt und einen stromabseitigen Endabschnitt, die jeweils mit Befestigungsabschnitten 31b und 31c ausgebildet sind, auf. Das Gehäuse 32d des AGR-Ventils 32 besteht ebenfalls aus Metall, das ein Wärmeleitvermögen aufweist, und weist einen stromaufseitigen Endabschnitt auf, der mit einem Befestigungsabschnitt 32e ausgebildet ist.
Der AGR-Kühler 31 und das AGR-Ventil 32 sind, wie es in 2 gezeigt ist, durch die Befestigungsabschnitte 31c, 32e direkt miteinander verbunden, ohne dass eine AGR-Leitung zwischen dem AGR-Kühler 31 und dem AGR-Ventil 32 angeordnet ist. Die Befestigungsabschnitte 31c, 32e sind jeweils beispielsweise durch hermetisch abdichtende Flansche aufgebaut, die mittels Bolzen oder anderer Befestigungsvorrichtungen aneinander befestigt werden oder alternativ mittels eines bekannten Sicherungsverfahrens wie beispielsweise Schweißen und Ähnlichem aneinander gesichert werden. Die Wärme kann zwischen dem AGR-Kühler 31 und dem AGR-Ventil 32 mittels der Befestigungsabschnitte 31c, 32d geleitet werden.
Der Befestigungsabschnitt 31b des AGR-Kühlers 31 ist mit einem Befestigungsabschnitt 33a, der einen Teil der AGR-Leitung 33 bildet, verbunden. Die Befestigungsabschnitte 31b, 33a sind jeweils beispielsweise durch hermetisch abdichtende Flansche aufgebaut, die mittels Bolzen oder anderer Befestigungsvorrichtungen aneinander befestigt werden oder alternativ mittels eines bekannten Sicherungsverfahrens wie beispielsweise Schweißen und Ähnlichem aneinander gesichert werden.
Die AGR-Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist außerdem mit einem AGR-Trennventil 35 stromauf des AGR-Kühlers 31 versehen. Das AGR-Trennventil 35 besteht aus Metall wie beispielsweise Aluminium, rostfreiem Stahl und Ähnlichem und wird durch ein Membranventil oder ein elektromagnetisches Ventil oder Ähnlichem ausgebildet, und wird betrieben, um einen geöffneten Zustand anzunehmen, in dem es vollständig geöffnet ist, und einen geschlossenen Zustand anzunehmen, in dem es vollständig geschlossen ist. Das AGR-Trennventil 35 ist ausgelegt, die AGR-Passage 34 abzutrennen, um zu verhindern, dass Abgas, das zu dem Abgaskrümmer 12a ausgelassen wird, bei der vorbestimmten Betriebsbedingung in die AGR-Vorrichtung 30 fließt, wie es später beschrieben wird. Das AGR-Trennventil 35 kann durch ein Trennventil aufgebaut sein, das in der Lage ist, einen gewünschten Zustand aus dem vollständig geöffneten Zustand und dem vollständig geschlossenen Zustand anzunehmen. Hier bildet das obige AGR-Trennventil 35 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein erstes Ventil.
Wie es in den 1 und 3 gezeigt ist, weist der Verbrennungsmotor 1 verschiedene Abschnitte auf, bei denen ein Kühlwassertemperatursensor 21, ein Abgastemperatursensor 26, ein Beschleunigeröffnungsgradsensor 29, ein Drosselöffnungsgradsensor 27, ein Ventilöffnungsgradsensor 36 und ein Trennventilöffnungsgradsensor 39 vorgesehen sind, die weitere Sensoren zusätzlich zu den zuvor genannten Sensoren sind. Der Beschleunigeröffnungsgradsensor 29 ist ausgelegt, ein Erfassungssignal auszugeben, das den Betätigungsbetrag eines Gaspedals angibt, während der Drosselöffnungsgradsensor 27 ausgelegt ist, ein Erfassungssignal auszugeben, das den Öffnungsgrad des Drosselventils 18 angibt. Das Fahrzeug, das den Verbrennungsmotor 1 aufweist, ist mit einem Motordrehzahlsensor 37 und einem Außenlufttemperatursensor 38 versehen. Der Motordrehzahlsensor 37 ist ausgelegt, die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, das die Verbrennungsmotordrehzahl angibt.
Der Kühlwassertemperatursensor 21 ist an einem Kühlwassermantel, der in dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors 1 ausgebildet ist, montiert, um ein Erfassungssignal auszugeben, das eine Kühlwassertemperatur THW des Verbrennungsmotors 1 angibt. Der Luftflussmesser 22 ist stromauf des Drosselventils 18 der Ansaugpassage 11 angeordnet, um ein Erfassungssignal, das die Ansaugluftmenge der Luft, die in die Ansaugpassage 11 fließt, angibt, an die ECU 100 auszugeben. Der Ansauglufttemperatursensor 23 ist in dem Ansaugkrümmer 11a angeordnet, um ein Erfassungssignal, das die Temperatur der Ansaugluft in dem Ansaugkrümmer 11a angibt, an die ECU 100 auszugeben. Der Drucksensor 24 ist in dem Ansaugkrümmer 11a angeordnet, um ein Erfassungssignal, das den Druck der Ansaugluft in dem Ansaugkrümmer 11a angibt, an die ECU 100 auszugeben.
Der L/K-Sensor 25 ist in der Abgaspassage 12 stromauf der Katalysevorrichtung 13 angeordnet, um ein Erfassungssignal, das die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas (Abgas-L/K) der Abgaspassage 12 angibt, an die ECU 100 auszugeben. Der Abgastemperatursensor 26 ist in der Abgaspassage 12 stromab der Katalysevorrichtung 13 angeordnet, um ein Erfassungssignal, das die Temperatur des Abgases in der Abgaspassage 12 angibt, an die ECU 100 auszugeben. Der Ventilöffnungsgradsensor 36 ist ausgelegt, ein Erfassungssignal, das den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 32 angibt, an die ECU 100 auszugeben. Der Außenlufttemperatursensor 38 ist ausgelegt, ein Erfassungssignal, das die Temperatur der Außenluft angibt, an die ECU 100 auszugeben. Der Trennventilöffnungsgradsensor 39 ist ausgelegt, ein Erfassungssignal, das den Öffnungsgrad des AGR-Trennventils 35 angibt, an die ECU 100 auszugeben.
Die ECU 100 ist an dem Fahrzeug, das den Verbrennungsmotor 1 aufweist, montiert und weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (im Folgenden einfach als „CPU” bezeichnet) 101, einen Nur-Lese-Speicher (im Folgenden einfach als „ROM” bezeichnet) 102, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (im Folgenden einfach als „RAM” bezeichnet) 103 und einen Sicherungs-RAM 104 auf. Die ECU 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet einen Teil der Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der ROM 102 ist ausgelegt, verschiedene Arten von Programmen einschließlich eines Programms zum Ausführen der AGR-Steuerung zum Einstellen der Abgasrückführungsmenge und eines Steuerprogramms zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge in den Zylinder 5 und ein Kennlinienfeld, auf das zu dem Zeitpunkt der Ausführung der obigen Steuerprogramme Bezug genommen wird, zu speichern. Die CPU 101 ist ausgelegt, verschiedene Arten von arithmetischen Prozessen auf der Grundlage der verschiedenen Arten von Steuerprogrammen und des Kennlinienfelds, die in dem ROM 102 gespeichert sind, auszuführen. Außerdem ist der RAM 103 ausgelegt, zeitweilig die Ergebnisse der arithmetischen Prozesse und die Daten und Ähnliches, die von den obigen Sensoren eingegeben werden, zu speichern. Der Sicherungs-RAM 104 wird durch einen nichtflüchtigen Speicher ausgebildet, um die Daten und Ähnliches, die beispielsweise zu dem Zeitpunkt des Stoppens des Verbrennungsmotors 1 zu speichern sind, zu speichern.
Die CPU 101, der ROM 102, der RAM 103 und der Sicherungs-RAM 104 sind über einen Bus 107 miteinander verbunden und mit einer Eingangsschnittstelle 105 und einer Ausgangsschnittstelle 106 verbunden.
Die Eingangsschnittstelle 105 ist mit dem Kühlwassertemperatursensor 21, dem Luftflussmesser 22, dem Ansauglufttemperatursensor 23, dem Drucksensor 24, dem L/K-Sensor 25, der Abgastemperatursensor 26, dem Beschleunigeröffnungsgradsensor 29, dem Drosselöffnungsgradsensor 27, dem Ventilöffnungsgradsensor 36, dem Motordrehzahlsensor 37, dem Außenlufttemperatursensor 38 und dem Trennventilöffnungsgradsensor 39 verbunden. Wie zuvor beschrieben, ist der Beschleunigeröffnungsgradsensor 29 ausgelegt, ein Erfassungssignal auszugeben, das den Betätigungsbetrag des Gaspedals angibt, während der Drosselöffnungsgradsensor 27 ausgelegt ist, ein Erfassungssignal auszugeben, das den Öffnungsgrad des Drosselventils 18 angibt. Der Motordrehzahlsensor 37 ist ausgelegt, die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, das die Verbrennungsmotordrehzahl angibt.
Die Ausgangsschnittstelle 106 ist mit den Zündkerzen 15, dem Drosselventil 18, dem AGR-Ventil 32, dem AGR-Trennventil 35 und den nicht gezeigten Einspritzern verbunden.
Die ECU 100 ist ausgelegt, verschiedene Arten von Steuerungen des Verbrennungsmotors 1 einschließlich der AGR-Steuerung und der Kraftstoffeinspritzmengensteuerung auf der Grundlage der Signale, die von den obigen Sensoren ausgegeben werden, auszuführen.
4 ist eine schematische Konstruktionsansicht, die die Konstruktion eines Kühlwasserkreises 40 zum Zuführen des Kühlwassers zu der AGR-Vorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Kühlwasserkreis 40 weist eine erste Passage 47 und eine zweite Passage 48 auf. Die erste Passage 47 ist ausgelegt, das Kühlwasser, das von einer Wasserpumpe 44 ausgegeben wird, dem Verbrennungsmotor 1, einem Heizkern 41, dem AGR-Kühler 31, dem AGR-Ventil 32 und dem Drosselventil 18 in dieser Reihenfolge zuzuführen und das Kühlwasser zu der Wasserpumpe 44 zurückzuführen. Die zweite Passage 48 verzweigt sich von der ersten Passage 47 durch ein Drei-Wege-Ventil, das nicht gezeigt ist und an der Stromabseite des Zylinderkopfs 10 vorgesehen ist, der einen Teil des Verbrennungsmotors 1 bildet, um einen Teil des Kühlwassers, das aus dem Verbrennungsmotor 1 fließt, einem Radiator 42 zuzuführen und das Kühlwassers zu der Wasserpumpe 44 zurückzuführen.
Der Kühlwasserkreis 40 weist eine dritte Passage 49 auf, die von der ersten Passage 47 stromab des Heizkerns 41 abzweigt und sich mit der ersten Passage 47 stromab des Drosselventils 18 über die Heizleitung 45 vereinigt.
Das Kühlwasser, das durch die erste Passage 47 zurückgeführt wird, wird durch den Wärmeaustausch mit dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf 10, der einen Teil des Verbrennungsmotors 1 bildet, aufgeheizt. Ein Teil des Kühlwassers wird durch den Wärmeaustausch mit dem Heizkern 41 gekühlt und dann dem AGR-Kühler 31 zugeführt. Der verbleibende Teil des Kühlwassers wird mittels Wärmeaustausch mit dem Heizkern 41 aufgeheizt und fließt dann in die dritte Passage 49 und die Heizleitung 45, bei der das Kühlwasser mittels Wärmeaustausch mit der AGR-Leitung 33 aufgeheizt wird. Dieses Kühlwasser vereinigt sich mit dem Kühlwasser, das durch die erste Passage 47 stromauf des Drosselventils 18 zurückgeführt wird.
Andererseits wird das Kühlwasser, das durch die zweite Passage 48 zurückgeführt wird, dem Radiator 42 zugeführt, bei dem das Kühlwasser durch den Wärmeaustausch mit der Außenluft nach der Trennung von der ersten Passage 47 durch einen Thermostat, der nicht gezeigt und an der Stromabseite des Zylinderkopfs 10 vorgesehen ist, gekühlt wird.
Der Thermostat ist ausgelegt, die Passage zwischen dem Radiator 42 und der Wasserpumpe 44 zu unterbrechen, wenn die Temperatur THW des Kühlwassers des Verbrennungsmotors 1 zu dem Aufwärmbetriebszeitpunkt und dem Fahrzeitpunkt in kalten Gebieten niedriger als die Temperatur des Kühlwassers des Verbrennungsmotors 1 ist, der bei der gewöhnlichen Fahrzeit des Fahrzeugs betrieben wird. Außerdem ist der Thermostat ausgelegt, die Passage zwischen dem Radiator 42 und der Wasserpumpe 44 als Antwort auf die angestiegene Temperatur THW des Kühlwassers graduell zu öffnen, um den Anteil des Kühlwassers, das in die zweite Passage zurückgeführt wird, in Bezug auf den Anteil des Kühlwassers, das in die erste Passage 47 zurückgeführt wird, zu erhöhen.
Die ECU 100, die die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, wird auf der Grundlage des Signals, das von dem Kühlwassertemperatursensor 21 eingegeben wird, betrieben, um zu bewirken, dass das AGR-Trennventil 35 den geschlossenen Zustand einnimmt, wenn die ECU 100 bestimmt, dass die Temperatur THW des Kühlwassers kleiner als der vorbestimmte Wert THWth ist.
Der vorbestimmte Wert THWth wird auf eine Temperatur von beispielsweise 70°C eingestellt, bei der die AGR-Steuerung nach dem Ende des Aufwärmbetriebs des Verbrennungsmotors 1 startet. Hier ist die Taupunkttemperatur des Abgases 60°C oder kleiner. Es kann sogar dann verhindert werden, dass das kondensierte Wasser in dem AGR-Kühler 31 erzeugt wird, wenn der AGR-Vorrichtung 30 das Abgas zu dem Zeitpunkt zugeführt wird, zu dem die Temperatur THW des Kühlwassers 70°C oder größer ist. Es kann ebenfalls verhindert werden, dass das kondensierte Wasser in dem AGR-Ventil 32 erzeugt wird, da das Kühlwasser dem AGR-Ventil 32 zugeführt wird.
Die AGR-Vorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der herkömmlichen AGR-Vorrichtung und weist keine AGR-Leitung zwischen dem AGR-Kühler 31 und dem AGR-Ventil 32 auf, wobei eine derartige AGR-Leitung durch das Kühlwasser nicht aufgeheizt werden kann. Im Gegensatz dazu erzeugt die herkömmliche AGR-Vorrichtung gelegentlich kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung aufgrund der Tatsache, dass die AGR-Leitung nicht vollständig aufgeheizt wird, wenn die Temperatur THW des Kühlwassers den vorbestimmten Wert THWth erreicht und das AGR-Trennventil 35 seinen Zustand von dem vollständig geschlossenen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand ändert. Die AGR-Vorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ausgelegt, kein kondensiertes Wasser mit dem AGR-Gas, das zwischen dem AGR-Kühler 31 und dem AGR-Ventil 32 gekühlt wird, zu erzeugen, wenn der Aufwärmbetrieb beendet ist und das AGR-Trennventil 35 in den geöffneten Zustand übergeht.
Die ECU 100 wird betrieben, um keine AGR-Steuerung auszuführen und zu bewirken, dass das AGR-Trennventil 35 zu dem Zeitpunkt in den vollständig geschlossenen Zustand übergeht, zu dem das AGR-Ventil 32 seinen Zustand in den vollständig geschlossenen Zustand ändert, wodurch verhindert wird, dass pulsierendes Abgas an dem AGR-Ventil 32, das sich in dem vollständig geschlossenen Zustand befindet, in die AGR-Vorrichtung 30 fließt. Auf diese Weise nimmt, wenn das AGR-Ventil 32 den vollständig geschlossenen Zustand annimmt, das AGR-Trennventil 35 ebenfalls den vollständig geschlossenen Zustand an, während wenn das AGR-Ventil 32 den vollständig geöffneten Zustand, das heißt, einen anderen Zustand als den vollständig geschlossenen Zustand annimmt, das AGR-Trennventil 35 ausgelegt ist, den vollständig geöffneten Zustand anzunehmen.
Die ECU 100 wird betrieben, um den Zustand des AGR-Trennventils 35 in den vollständig geöffneten Zustand zu ändern und die AGR-Steuerung zu starten, wenn sie auf der Grundlage des Signals, das von dem Kühlwassertemperatursensor 21 eingegeben wird, feststellt, dass die Temperatur THW des Kühlwassers größer als 70°C ist.
Die ECU 100 wird betrieben, um die AGR-Steuerung auszuführen, um das AGR-Ventil 32 steuern und die Fließmenge des AGR-Gases einzustellen, wenn sie feststellt, dass der Aufwärmbetrieb beendet ist, so dass das AGR-Trennventil 35 seinen Zustand in den geöffneten Zustand ändert. Die ECU 100 wird betrieben, um für das AGR-Ventil 32 das Öffnungsgradkennlinienfeld in Bezug auf die Motordrehzahl und die Motorlast sowie dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils 32 zu speichern. Die ECU 100 ist ausgelegt, den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 32 mit Bezug auf das Öffnungskennlinienfeld, das in dem ROM 102 gespeichert ist, einzustellen, wenn sie die Informationen hinsichtlich der Motorlast erlangt, die anhand der Verbrennungsmotordrehzahl, die von dem Motordrehzahlsensor 37 erfasst wird, und der Menge der Ansaugluft, die von dem Luftflussmesser 22 erfasst wird, erhalten werden.
Die ECU 100 ist ausgelegt, in dem ROM 102 das Verbrennungsmotorlastkennlinienfeld in Bezug auf die Menge der Ansaugluft und die Verbrennungsmotorlast vorläufig zu speichern. Die Beziehung zwischen der Menge der Ansaugluft und der Verbrennungsmotorlast kann durch im Voraus ausgeführte experimentelle Messungen erhalten werden. Weiterhin kann die Verbrennungsmotorlast durch ein bekanntes Verfahren wie beispielsweise ein Rechenverfahren auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge in dem Verbrennungsmotor 1 anstelle der Ansaugluftmenge berechnet werden.
Im Folgenden wird der Betrieb der Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
5 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern der AGR-Steuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die folgende Verarbeitung wird mit einem vorbestimmten Zeitintervall von der CPU 101, die die ECU 100 bildet, ausgeführt und realisiert ein Programm, das von der CPU 101 verarbeitet werden kann.
Die ECU 100 wird betrieben, um auf der Grundlage des Signals, das von dem Kühlwassertemperatursensor 21 erhalten wird, festzustellen, ob die Temperatur THW des Kühlwassers kleiner als der vorbestimmte Wert THWth ist (Schritt S1).
Wenn die ECU 100 feststellt, dass die Temperatur THW des Kühlwassers nicht kleiner als der vorbestimmte Wert THWth ist („JA” in Schritt S1), geht das AGR-Trennventil 35 aufgrund der Tatsache, dass kein kondensiertes Wasser in dem AGR-Kühler 31 und dem AGR-Ventil 32 erzeugt wird, sogar dann, wenn das Abgas als das AGR-Gas in die AGR-Passage 34 fließt, von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand über (Schritt S2). Zu diesem Zeitpunkt gibt es kein kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung 33, da die AGR-Leitung 33 durch das Kühlwasser, das der Kühlwasserpassage 46 zugeführt wird, geheizt wird.
Wenn andererseits die ECU 100 feststellt, dass die Temperatur THW des Kühlwassers den vorbestimmten Wert THWth nicht erreicht („NEIN” in Schritt S1), geht das AGR-Trennventil 35 von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand über (Schritt S3), und dann schreitet sie zu „RÜCKKEHR”, um zu verhindern, dass das kondensierte Wasser in dem AGR-Kühler 31 oder dem AGR-Ventil 32 als Ergebnis des Abgases, das in die AGR-Passage 34 fließt und die Taupunkttemperatur oder weniger erreicht, erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlwasser, das von dem Verbrennungsmotor 1 geheizt wird, der Kühlpassage 46 zugeführt, so dass die AGR-Leitung 33 durch die Wärme des Kühlwassers in der Kühlpassage 46 sogar dann geheizt werden kann, wenn das Abgas, das auf einer hohen Temperatur gehalten wird, nicht in die AGR-Leitung 33 eingeleitet wird.
Wenn das AGR-Trennventil 35 in Schritt S3 in dem geschlossenen Zustand gehalten wird, wird die ECU 100 derart betrieben, dass das AGR-Trennventil 35 weiterhin den geschlossenen Zustand annimmt.
In Schritt S4 wird die ECU 100 betrieben, die Steuerung des AGR-Ventils 32 als Antwort auf den (in Abhängigkeit von dem) Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 1 auszuführen. Genauer gesagt wird die ECU 100 betrieben, um das Signal, das die Verbrennungsmotordrehzahl angibt, von dem Motordrehzahlsensor 37 zu beschaffen sowie die Verbrennungsmotorlast auf der Grundlage des Signals, das von dem Luftflussmesser 22 eingegeben wird, und des Verbrennungsmotorlastkennlinienfelds, das in dem ROM 102 gespeichert ist, zu berechnen. Die ECU 100 wird betrieben, den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 32 auf der Grundlage des Öffnungsgradkennlinienfelds, das in dem ROM 102 gespeichert ist, einzustellen.
Wie es zuvor beschrieben wurde, kann die erfindungsgemäße Abgasrückführungsvorrichtung der Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform die AGR-Leitung 33 von dem AGR-Trennventil 35 bis zu dem AGR-Kühler 31 heizen, wodurch es möglich wird, zu verhindern, dass sich die Temperatur der AGR-Leitung 33 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 auf die Nähe der Taupunkttemperatur verringert. Es ist daher möglich, zu verhindern, dass das kondensierte Wasser in der AGR-Leitung 33 stromauf des AGR-Kühlers 31 erzeugt wird, und somit eine Korrosion der AGR-Leitung 33 zu verhindern.
Außerdem kann die AGR-Vorrichtung 30 die AGR-Leitung 33 durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser des Verbrennungsmotors 1 heizen, wodurch es möglich wird, das Heizen der AGR-Leitung 33 ohne andere Wärmequelle zu realisieren und somit die Herstellungskosten der Abgasrückführungsvorrichtung im Vergleich zu der herkömmlichen Abgasrückführungsvorrichtung, die eine weitere Heizquelle benötigt, zu verringern.
Nachdem der Aufwärmbetrieb des Verbrennungsmotors 1 beendet wurde, kann das AGR-Gas durch das Kühlwasser, das der Heizleitung 45 zugeführt wird, gekühlt werden, wodurch es möglich ist, dass die Heizleitung 45 das Kühlen des AGR-Gases durch den AGR-Kühler 31 übernimmt. Dieses macht es möglich, den AGR-Kühler 31 mit einer einfachen Konstruktion auszubilden und die Kosten der Abgasrückführungsvorrichtung zu verringern.
Die Heizleitung 45 und die AGR-Leitung 33, die in der Doppelrohrstruktur ausgebildet sind, machen es möglich, eine einfache Konstruktion der Heizleitung 45 zu realisieren und die Kosten der Abgasrückführungsvorrichtung zu verringern, wodurch es möglich wird, die Installation der AGR-Vorrichtung 30 in dem Fahrzeug zu erleichtern.
Die ECU 100 wird betrieben, das AGR-Trennventil 35 zu steuern, um dieses von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand zu bringen, und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 32 zu steuern, wenn die Temperatur des Kühlwassers größer als der Schwellenwert ist, so dass die Rückführungsmenge des Abgases angemessen als Antwort auf den (in Abhängigkeit von dem) Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 1 gesteuert werden. Das AGR-Gas kann in die AGR-Passage 34 in dem Zustand eingeleitet werden, in dem der Aufwärmbetrieb des Verbrennungsmotors 1 beendet ist, so dass die Temperatur des AGR-Gases auf keinen Fall auf die Taupunkttemperatur oder weniger verringert wird, wodurch verhindert wird, dass kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung 33 und dem AGR-Kühler 31 erzeugt wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, bei dem die ECU 100 betrieben wird, die AGR-Steuerung auszuführen, wenn die Temperatur THW des Kühlwassers nicht kleiner als der vorbestimmte Wert THWth ist. Die Temperatur der AGR-Leitung 33 stromauf der Heizleitung 45 ändert sich jedoch in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur. Aus diesem Grund kann die ECU 100 betrieben werden, den vorbestimmten Wert THWth als Antwort auf die (in Abhängigkeit von der) Außenlufttemperatur zu korrigieren.
Wenn die Außenlufttemperatur beispielsweise relativ hoch ist, erhöht sich die Temperatur der AGR-Leitung 33 stromauf der Heizleitung 45. Aus diesem Grund wird sogar dann, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedriger als der vorbestimmte Wert THWth ist, die Temperatur der AGR-Leitung 33 größer als die Taupunkttemperatur des AGR-Gases. Wenn andererseits die Außenlufttemperatur relativ niedrig ist, verringert sich die Temperatur der AGR-Leitung 33 stromauf der Heizleitung 45. Aus diesem Grund ist es, um die Temperatur der AGR-Leitung 33 zu erhöhen, notwendig, die Temperatur des Kühlwassers auf den vorbestimmten Wert THWth oder größer zu erhöhen.
Daher wird die ECU 100 betrieben, den vorbestimmten Wert THWth auf der Grundlage des Signals, das von dem Außenlufttemperatursensor 38 eingegeben wird, als Antwort auf eine höhere Außenlufttemperatur auf einen größeren Wert zu korrigieren und den vorbestimmten Wert THWth als Antwort auf eine niedrigere Außenlufttmperatur auf einen niedrigeren Wert zu korrigieren. Außerdem wird die ECU 100 betrieben, den vorbestimmten Wert THWth auf den Bereich zu korrigieren, der größer als die Taupunkttemperatur des AGR-Gases nach der Korrektur des vorbestimmten Werts THWth ist. Die ECU 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet eine Steuereinheit der vorliegenden Erfindung.
Die ECU 100 kann daher die Bedingung, bei der das AGR-Ventil 32 und das AGR-Trennventil 35 als Antwort auf die Außenlufttemperatur von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand übergehen, einstellen, so dass die Steuerung des AGR-Ventils 32 und des AGR-Trennventils 35 als Antwort auf die Außenlufttemperatur ausgeführt werden kann. Daher kann die ECU 100 das AGR-Ventil 32 als Antwort auf die Temperaturumgebung der AGR-Leitung 33 steuern und in geeigneter Weise verhindern, dass kondensiertes Wasser erzeugt wird.
Die obige Beschreibung betrifft einen Fall, bei dem das Kühlwasser, das der Heizleitung 45 zuzuführen ist, von dem Heizkern 41 zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann für einen Fall verwendet werden, bei dem das Kühlwasser der Heizleitung 45 von dem Verbrennungsmotor 1, ohne den Heizkern 41 zu durchlaufen, zugeführt wird. In diesem Fall wird das Kühlwasser der Heizleitung 45 zugeführt, ohne dass die Temperatur des Kühlwassers durch den Wärmeaustausch in dem Heizkern 41 verringert wird, wodurch es möglich wird, die Heizleitung 45 innerhalb einer kürzeren Zeit aufzuheizen.
Während die obige Beschreibung einen Fall betrifft, bei dem die AGR-Leitung 33 durch die Heizleitung 45 aufgeheizt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann für einen Fall verwendet werden, bei dem die AGR-Leitung 33 durch Wärmeleitung oder Wärmeabstrahlung von dem Abgaskrümmer 12a aufgeheizt wird.
Die Abgasrückführungsvorrichtung der Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben.
Die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden erläutert, wobei dieselben Bestandteile und Elemente wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und nur die unterschiedlichen Aspekte genauer beschrieben werden.
Die AGR-Vorrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine AGR-Leitung 61 auf, die stromauf des AGR-Kühlers 31 und in der Nähe des Abgaskrümmers 12a angeordnet ist. Der Abstand zwischen der AGR-Leitung 61 und dem Abgaskrümmer 12a wird derart eingestellt, dass die Abstrahlungswärme des Abgaskrümmers 12a die AGR-Leitung 61 erreicht und die AGR-Leitung 61 während der Aufwärmzeit des Verbrennungsmotors heizen kann. Der Abgaskrümmer 12a der vorliegenden Ausführungsform bildet die Heizeinheit der vorliegenden Erfindung.
Durch die obige Konstruktion kann die AGR-Leitung 61 durch die Abstrahlungswärme des Abgaskrümmers 12a sogar dann geheizt werden, wenn das AGR-Trennventil 35 den vollständig geschlossenen Zustand annimmt, so dass das Abgas hoher Temperatur nicht in die AGR-Passage 62, die in der AGR-Leitung 61 ausgebildet ist, fließt. Die Temperatur des Abgases ist größer als die Taupunkttemperatur, wodurch es möglich wird, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser erzeugt wird, wenn der Aufwärmbetrieb des Verbrennungsmotors 1 beendet ist und das AGR-Trennventil 35 in den vollständig geöffneten Zustand übergeht.
Hier wird die Nähe des stromaufseitigen Endes der AGR-Leitung 61 durch das Abgas hoher Temperatur, das durch die Abgaspassage 12 gelangt, auf dieselbe Weise wie bei der AGR-Vorrichtung 30 gemäß der ersten Ausführungsform geheizt. Dieses bedeutet, dass die AGR-Leitung 61 einen Abschnitt aufweisen muss, der durch das Abgas, das in der Nähe des Abgaskrümmers 12a angeordnet ist, wenig aufgeheizt wird.
Die AGR-Leitung 61 kann durch die Leitungswärme von dem Abgaskrümmer 12a anstelle der Abstrahlungswärme durch den Abgaskrümmer 12a aufgeheizt werden. In dem Fall, in dem die AGR-Leitung 61 durch die Leitungswärme von dem Abgaskrümmer 12a aufgeheizt wird, ist die AGR-Leitung 61 auf der Stromaufseite des AGR-Kühlers 31 kürzer als die herkömmliche AGR-Leitung, so dass der gesamte Teil der AGR-Leitung 61 stromauf des AGR-Kühlers 31 durch die Leitungswärme aufgeheizt werden kann. Die AGR-Leitung 61 kann durch die Abstrahlungswärme und die Leitungswärme des Abgaskrümmers 12a aufgeheizt werden.
Wie es anhand der obigen Beschreibung ersichtlich ist, kann die AGR-Leitung 33 gemäß der Abgasrückführungsvorrichtung der Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Abstrahlungswärme und die Leitungswärme des Abgaskrümmers 12a aufgeheizt werden, und somit kann eine Verringerung der Kosten der Abgasrückführungsvorrichtung mit einer einfachen Konstruktion erzielt werden.
Auch wenn die obige Beschreibung einen Fall betrifft, bei dem die AGR-Vorrichtungen 30, 50 für den Verbrennungsmotor 1, der nicht mit einer Turboeinheit versehen ist, verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann für einen Fall verwendet werden, bei dem die AGR-Vorrichtungen 30, 50 für einen Verbrennungsmotor 1, der eine Turboeinheit aufweist, verwendet werden.
In diesem Fall können die AGR-Vorrichtungen 30, 50 durch eine sogenannte Hochdruckschleife „HPL” aufgebaut sein, bei der das Abgas von der Stromaufseite des Turbinenrads geholt wird und dann als ein AGR-Gas zu der Stromabseite des Kompressorrads zirkuliert. Außerdem können die AGR-Vorrichtungen 30, 50 durch eine sogenannte Niederdruckschleife „LPL” aufgebaut sein, bei der das Abgas von der Stromabseite des Turbinenrads geholt wird und dann als ein AGR-Gas zu der Stromaufseite des Kompressorrads zirkuliert.
Auch wenn die obige Beschreibung einen Fall betrifft, bei dem die AGR-Leitungen 33, 61 von der Abgasleitung 16 stromab der Katalysevorrichtung 13 verzweigen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann für einen Fall verwendet werden, bei dem die AGR-Leitungen 33, 61 von der Abgasleitung 16 auf der Stromaufseite der Katalysevorrichtung 13 oder von dem Abgaskrümmer 12a abzweigen. In dem Fall, in dem die AGR-Leitungen 33, 61 von dem Abgaskrümmer 12a abzweigen, können die AGR-Leitungen 33, 61 einstückig mit dem Abgaskrümmer 12a ausgebildet sein, oder ansonsten können die AGR-Leitungen 33, 61 und der Abgaskrümmer 12a durch einen Flansch und Ähnliches zur Erzielung einer hermetischen Dichtung zwischen diesen miteinander verbunden sein.
Außerdem betrifft die obige Beschreibung einen Fall, bei dem der AGR-Kühler 31 und das AGR-Ventil 32 durch getrennte Teile ausgebildet sind. Der AGR-Kühler 31 und das AGR-Ventil 32 können jedoch erfindungsgemäß auch in einem Gehäuse untergebracht sein.
Auch wenn die obige Beschreibung einen Fall betrifft, bei dem die AGR-Vorrichtungen 30, 50 für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1 verwendet werden, der ein Benzinmotor ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern die AGR-Vorrichtungen 30, 50 können erfindungsgemäß an einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine wie beispielsweise einem Dieselmotor und Ähnlichem montiert sein.
Während oben ein Fall beschrieben wurde, bei dem AGR-Vorrichtungen 30, 50 für einen Verbrennungsmotor mit Porteinspritzung verwendet werden, der ausgelegt ist, den Kraftstoff in Ansaugports einzuspritzen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern die AGR-Vorrichtungen 30, 50 können für einen Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung verwendet werden, der ausgelegt ist, den Kraftstoff direkt in jede der Brennkammern 7 einzuspritzen. Die AGR-Vorrichtungen 30, 50 können für einen Verbrennungsmotor verwendet werden, bei dem sowohl eine Porteinspritzung als auch eine Zylindereinspritzung durchgeführt werden.
Die AGR-Vorrichtungen 30, 50 können nicht nur für ein Fahrzeug, das nur durch den Verbrennungsmotor 1, wie es oben beschrieben wurde, angetrieben wird, sondern ebenfalls für ein Hybridfahrzeug, das durch einen Verbrennungsmotor und einen Rotationselektromotor angetrieben wird, verwendet werden.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verhindern kann, dass kondensiertes Wasser in der AGR-Leitung stromauf des AGR-Kühlers erzeugt wird, und somit verhindern kann, dass die AGR-Leitung korrodiert. Demzufolge ist die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Abgasrückführungsvorrichtung nützlich.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
5: Zylinder
7: Brennkammer
11: Ansaugpassage
11a: Ansaugkrümmer
12: Abgaspassage
12a: Abgaskrümmer
13: Katalysevorrichtung
16: Abgasleitung
18: Drosselventil
21: Kühlwassertemperatursensor
22: Luftflussmesser
23: Ansauglufttemperatursensor
24: Drucksensor
26: Abgastemperatursensor
30: AGR-Vorrichtung
31: AGR-Kühler
32: AGR-Ventil
32a: lineares Solenoid (AGR-Ventilansteuereinheit)
33: AGR-Leitung
34: AGR-Passage
35: AGR-Trennventil
36: Ventilöffnungssensor
37: Motordrehzahlsensor
38: Außenlufttemperatursensor
39: Trennventilöffnungsgradsensor
40: Kühlwasserkreis
45: Heizleitung
46: Kühlwasserpassage
50: AGR-Vorrichtung
61: AGR-Leitung
100: ECU

Claims

Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine zum Zurückführen eines Teils eines Abgases, das von einer Brennkraftmaschine in eine Abgaspassage ausgelassen wird, als ein AGR-Gas zu einer Ansaugpassage, eine AGR-Leitung, in der eine AGR-Passage ausgebildet ist, die in Kommunikation mit der Abgaspassage und der Ansaugpassage gehalten wird, ein erstes Ventil, das in der AGR-Leitung in der Nähe der Abgaspassage vorgesehen ist und betrieben wird, einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand anzunehmen, wobei das erste Ventil betrieben wird, ein Fließen des AGR-Gases in die AGR-Passage zu unterbrechen, wenn das erste Ventil den geschlossenen Zustand annimmt, ein zweites Ventil, das in der AGR-Leitung an einer Position näher bei der Ansaugpassage als das erste Ventil vorgesehen ist und betrieben wird, einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand anzunehmen, um die Menge des AGR-Gases, das in die Ansaugpassage fließt, einzustellen, einen AGR-Kühler, der in der AGR-Leitung zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil vorgesehen ist, um das AGR-Gas, das in die AGR-Passage fließt, zu kühlen, und eine Heizeinheit zum Heizen der AGR-Leitung von dem ersten Ventil bis zu dem AGR-Kühler.
Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Heizeinheit ausgelegt ist, die AGR-Leitung durch einen Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine zu heizen.
Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizeinheit außerhalb der AGR-Leitung derart angeordnet ist, dass die Heizeinheit und die AGR-Leitung eine Doppelrohrstruktur bilden.
Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die außerdem aufweist: einen Wassertemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine, und eine Steuereinheit zum Steuern des ersten Ventils derart, dass das erste Ventil den geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand ändert, und zum Steuern des Öffnungsgrads des zweiten Ventils, wenn die Temperatur des Kühlwassers, die von dem Wassertemperatursensor erfasst wird, nicht kleiner als ein Schwellenwert ist.
Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, die außerdem einen Außenlufttemperatursensor zum Erfassen einer Außenlufttemperatur aufweist, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, den Schwellenwert als Antwort auf die Außenlufttemperatur, die von dem Außenlufttemperaturtemperatursensor erfasst wird, einzustellen.
Abgasrückführungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Heizeinheit durch einen Abgaskrümmer zum Einleiten des Abgases von der Brennkraftmaschine in die Abgaspassage aufgebaut ist und die AGR-Leitung durch Abstrahlungswärme von der Heizeinheit geheizt wird.