DE2611714B2

DE2611714B2 - gasrezirkulation einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2611714B2
Application number: DE2611714A
Authority: DE
Inventors: Shunji Susono Shizuoka Koganemaru (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-11-25
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1980-07-03
Also published as: US4024847A; DE2611714A1; DE2611714C3; JPS5264537A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrezirkulation einer Brennkraftmaschine, bei der von der Abgasleitung ein Teil des Abgases über eine Rezirkulationsleitung der Ansaugleitung der Zylinder zugeführt wird, mit einer Einrichtung in der Rezirkulationsrichuing. die die Menge des rückgeführtcn Abgases bestimmt und von einem Rechner in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine betätigt wird.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der PE-OS 23 63 079 bekannt Die die Menge des rückgeführten Abgases bestimmende Einrichtung wird durch eine Drosselklappe gebildet, deren Position in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerstange einer Einspritzpumpe von einem Rechner gesteuert wird. Dieser Rechner ist als Sollwert/Istwert-Vergleichsrechner ausgebildet und steuert über ein Steuerungsventil die Zufuhr bzw. den Abfluß von Druckluft zu einem Zylinder, dessen Kolben über ein Gestänge die genannte Drosselklappe verstellt Es handelt sich also, sofern die Drosselklappe als Einrichtung zur Bestimmung der Menge des rückgeführten Abgases betroffen ist um eine analoge Regelung zur Einstellung der Drosselklappe auf einen

is Sollwert Der Sollwert wird aus der Stellung der Steuerstange der Einspritzpumpe ermittelt Bei Ableitung des Steuersignals für das Steuerungsventil ist noch die Übertragungsfunktion f(a) des Sollwert/Istwert-Vergleichsrechners zu berücksichtigen. Dieser wird

durch einen Hall-Generator gebildet Die Übertragungsfunkticn des Haü-Gencrators kann durch ein Widerstandsnetzwerk, einen Operationsverstärker od. dgL derart verändert werden, daß weitere Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.

Die Schwierigkeit bei einer derartigen Vorrichtung liegt darin, die Abhängigkeit der Menge des rezirkulierenden Abgases vck; den Betriebsbedingungen genau und einfach zu realisieren, zumal der Zusammenhang zwischen der Stellung der Drosselklappe und der rezirkulierenden Abgasmenge nur sehr ungenau feststellbar ist Die Bestimmung dieser Abhängigkeit bei mehr als nur zwei Parametern bei einem Hall-Generator würde — sofern überhaupt realisierbar — einen erheblichen schaltungstechnischen Aufwand notwendig

J^r> machen.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die Einrichtung in der Rezirkulationsleitung derart auszubilden, daß möglichst exakt eine Steuerung der Menge

■to des rezirkulierenden Abgases in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen möglich ist, die in einem Rechner ausgewertet und in entsprechende Signale umgesetzt werden. Dabei soll insbesondere eine präzise und möglichst einfache Einstellung auf Zwi-

4^r> sehen werte möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Es handelt sich dabei also um eine binäre digitale Steuerung mehrerer parallel geschalteter Ventile mit

¹Mi Öffnungsquerschnitten, die sich wie 2°: 2¹: ... usw. verhalten und die in beliebiger Kombinatioi. betätigt wrden können. Die Abhängigkeit von der Kennlinie eines Analog-Rechners oder analog verstellter Stellmittel (wie der o. g. Drosselklappe bei der Entgegenhal-

y< tung) ist damit also eliminiert. Diese digitale Steuerung ist auch nicht durch die US-PS 30 23 745 nahe gelegt. Es handelt sich bei dieser Druckschrift um eine Bypass-Leitung, die in Abhängigkeit der Stellung der Drosselklappe verschieden stark geöffnet wird. Hierzu bewegt sich

bo ein Ventilschieber über eine Vielzahl von Öffnungen. Diese sind so angeordnet und werden so betätigt, daß — entsprechend ihrer räumlicheii Anordnung hintereinander in Richtung des Ventilschiebers — sich hier eine öffnung nach der andern schließt oder öffnet. Zur

^h'> Realisierung von /.. B. 15 Abstufungen bezüglich des sich insgesamt ergebenden Öffnungsquerschnittes sind auch 15 öffnungen mit verschiedenen Querschnitten erforderlich. Bei der Erfindung sind lediglich für dieselbe

Anzahl von Abstufungen 4 öffnungen mit 4 verschiedenen Querschnitten notwendig, und zwar dadurch, daß jeder Öffnung ein Ventil zugeordnet ist und daß die Ventile in beliebiger Kombination geöffnet oder geschlossen werden können. Die o. g, Aufgabenstellung im Sinne einer möglichst einfachen Dosierung, d.h. einer möglichst feinen Abstufung mit möglichst wenig unterschiedlichen öffnungsquerschnitten kann aufgrund von Anregungen, die dieser Druckschrift eventuell entnommen werden können, nicht gelöst werden.

Der Vorteil, der dadurch erzielt wird, ist nicht nur ein baulicher, d. h, es ergibt sich eine geringere Anzahl von öffnungen, daher auch die einfachere Möglichkeit ihrer beliebigen Kombination, sondern es macht sich auch ferner in der Möglichkeit einer kompakteren Konstruktion und eines leichteren Gewichtes bemerkbar. Ferner ergibt sich dadurch auch die Verringerung der Summe derjenigen Fehler, die durch Leckagen an derartigen Ventilen entstehen, so daß damit auch gleichzeitig eine geringere Fehleranfälligkeit gegeben ist.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen, die in den Unteransprüchen definiert si.';d, wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel,

Fig.2 eine graphische Darstellung der Ventilöffnungskennlinien bei einer Brennkraftmaschine mit herkömmlicher Abgasrezirkulation,

Fig.3 eine graphische Darstellung der Rezirkulationsraie der Abgase in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugroiir bei einer Brennkraftmaschine mit herkömmlicher Rezirkulation,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Rezirkulationsrate des Abgases in Abhängigkeit von dem Unterdruck im Ansaugrohr gemäß vorliegender Erfindung.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist im Zylinder einer internen Brennkraftmaschine eine Rezirkulationsleitung 4 vorgesehen, das dazu dient, Abgase in die Ansaugleitung 2 einzuleiten. Die Rezirkulationsleitung 4

ist zwischen der Ansaugleitung 2 einerseits, und zwar an einer Stelle stromabwilrts des (nicht gezsigtßn) Vergasers und dem Auspuffrohr 3 andererseits angeordnet Die Rezirkulationsleitung 4 und die Ansaugleitung 2 verlaufen entlang eines bestimmten Bereiches nebeneinander her. In der Trennwand 5, die die Rezirkulationsleitung 4 und die Ansaugleitung 2 entlang dieses Bereiches trennt, sind mehrere Ventilöffnungen 6A, 60, 6Cund 6D vorgesehen; sie werden von Ventilen 7.4, TB, 7Cbzw. 7D geöffnet bzw. geschlossen. Die Ventile sind ihrerseits mit Stößeln 9Λ, 9B, 9Cbzw. 9JD verbunden, über die ihre Bewegung von Magnetspulen SA, SB, SC bzw. SD her veranlaßt wird.

Die Öffnungsquerschnitte der Ventilöffnungen 6-4, 6B, 6Cund %D sind so bemessen, daß sie sich zueinander im Verhältnis 2°, 2¹,2² bzw. 2³ verhalten. Bezeichnet man mit m die Anzahl der Bits im binären System, so folgt daraus, daß — im Dezimalsystem — der gesamte öffnungsquerschnin aller offenen Ventilöffnungen die Werte 0 bis (2^m—1) annehmen und ?:^;f diese eingestellt werden kann. Im Ausfühningsbeispitf! -st lediglich /n=4; der gesamte Öffnungsquerschnitt, der für rezirkulierendes Abgas vorliegt, kann also die Werte 0—15 annehmen, sofern man die Querschnittsfläche der kleinsten Ventilöffnung mit 1 annimmt.

Jeder Wert ist je nach Wunsch einstellbar und verfügbar. Eine exakte Steuerung des gesamten Öffnungsquerschnittes, abgestuft nach den Werten 0 bis 15, kann also dadurch herbeigeführt, werden, daß die 4 Ventilöffnungen 6A-6D entweder jeweils voll geöffnet oder ganz geschlossen werden. Geht man davon aus, daß der Öffnungsquerschnitt 6A eine Einheit, der der Ventilöffnung 65 zwei Einheiten, der der Ventilöffnung 6C vier Einheiten und der der Ventilöffnung 6£> acht" Einheiten betragen, so ergeben sich die oben angegebenen Werte 0 bis 15 für den gesamten Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit der Stellung der Ventile (0 = geschlossen, 1 = offen; Q= gesamter öffnun»squerschnitt) wie folgt:

6£>	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1
6C	0	0	0	I	I	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
SR	0	I	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
6A	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	I	0	1	0	I
Q	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

Die Steuerung der Ventile erfolgt über den digitalen Rechner 10. Die maßgebenden Faktoren bei der ßestiminung des gesamten Ventilöffnungsquerschnitts, wie er sLh aus der jeweiligen Einstellung der vier verschiedenen Ventilöffnungen ergibt, und die in die Berechnung durch den Rechner 10 einbezogen werden, sind: ein Temperatursignal, das man durch Messung der Temperatur in der Rezirkulationsleitung 4 mit einem Temperatur-Detektor IM und durch Umwandlung des Meßergebnisses in einem Tempcraturwandler llß gewinnt; ein Drucksignal, das man durch Messung des Druckes in der Rezirkulationsleitun& 4 mit einem Druck-Detektor HA und durch Umwandlung des Meßergebnisses in einem Druck-Wandler 12ßgewinnt; ferner ein Drucksignal, das man durch Messung des Druckes in der Ansaugleitung 2 mit einem Druck-Detektor 134 und durch Umwandlung des Meßergebnisses in einem Druck-Wandler 13/? gewinnt. Außerdem können noch, einzeln od r in Kombination, gemessen, in Signale umgewandelt und im Rechner berücksichtigt bzw. ausgewertet werden: die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, das Übersetzungsverhältnis, die Motordrehzahl, die Küiilwassertemperatur.die atmosphärischen Bedingungen, sowie ferner die Betriebsbedingungen (z. B. Vollast, Teillast etc.) des Kraftfahrzeuges. Die Auswertung im Rechner führt dann zu Signalen an die Ventile, aus deren entsprechender Einstellung sich dann der berechnete gesamte Öffnungsquerschnin ergibt.

Die Brennkraftmaschine weist ferner ein Einlaßventil 14, ein Auslaßventil 15, einen Kolben 16 und eine Kurbelwelle Yi juf. Man kann die Menge des rezirkulierten Abgases aus der Summe der Öffnungsquerschnitte der offenen Ventile IA-TQ und der Druckdifferenz vor und hinter den V'.'ntilöffnungen 64-6D. oder, alternativ hierzu, der Temperaturdifferenz vor und hinter den Ventilöffnungen 6Λ-6Ο schätzen. Die Di.rchflußmen^e des rezirkiilierten Abgases bei einem bestimmten Betriebszustand der laufenden Brennkraftmaschine kann aus dem Volumen der angesaugten Luft und anderen Betriebsparnmetern

abgeleitet werden.

F i g. 2 zeigt die Ventilöffnungs-Kennlinie bei einer typischen bekannten Verrichtung zur Steuerung der Rezirkulation des Abgases, bei der ein Ventil vorgesehen ist, dessen Schließung bzw. Öffnung über den Unterdruck in der Ansaugleitung erfolgt. Fig. 3 zeigt hierfür die Rezirkulationsrate des Abgases. Bei leichter Last wird eine große Menge Abgas in die Zylinder eingeleitet, das führt unvermeidlich zu einem ernsthaften Leistungsabfall; bei schwerer Last hingegen ist keine ausreichende Zunahme der Menge des rezirkulierten Abgases möglich. Im Gegensatz dazu ergibt sich beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wie in Fig.4 dargestellt, daß die Menge des rezirkulierten Abgases bei leichter Last verringert und bei starker Last vermehrt werden kann. Daraus folgt eine Verbesserung der Durchfluß-Kennlinie, die — darüberhinaus — je nach Bedarf frei einstel'bar ist.

Gemäß der Erfindung kann die gesamte Querschnittsfläche nicht nur auf eine ganze Zahl von Einheiten, sondern auch auf einen Bruchteil davon eingestellt werden. Durch Hinzufügen eines weiteren einzelnen Ventils erhält man leicht eine Genauigkeit von bis zu 0,5 Einheiten. Gemäß der Erfindung ergibt sich eine gesamte Anordnung, die extrem vereinfacht ist. Die Steuerung ist leicht mit einem digitalen Rechner verwirklichbar. Ein Digital/Analog-Wandler wird unnötig-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrezirkulatio» einer Brennkraftmaschine, bei der von der Abgasleitung ein Teil des Abgases über eine Re;rirkulationsleitung der Ansaugleitung der Zylinder zugeführt wird, mit einer Einrichtung in der Re;rirkulationsleitung, die die Menge des rückgeführten Abgases bestimmt und von einem Rechner in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung als digitale binäre Ventilsteuerung ausgebildet ist und durch eine Vielzahl von parallel geschalteten Ventilen (7A- 7D) gebildet wird, deren Öffnungsquerschnitte sich wie 2°: 2¹:2² ... 2^m verhalten, wobei m die Anzahl der Ventile ist, und die in beliebiger Kombination durch die von dem Rechner (10) abgegebenem Signale geöffnet bzw. geschlossen gehalten werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilöffnung (6A—6D) in der Trennwand (5) zwischen der Ansaugleitung (2) und der Rezirkulationsleitung (4) vorgesehen sind, die entlang eines bestimmten Bereiches parallel zueinander verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rezirkulationsleitung (4) in Nähe der Ventilöffnungen (6A-6D) ein Temperatur-Detektor 'WA) vorgesehen ist, von dem ein die Temperatur anzeigendes Signal abgeleitet und an den Rechner (10) weitergegeben wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rezirkuiiaionsleitung (4) in Nähe der Ventilöffnungen (6/1 -6D) ein Druck-Detektor (12A) vorgesehen ist, von dem ein den Druck anzeigendes Signal abgeleitet und an den Rechner (10) weitergegeben wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ansaugleitung (2) in Nähe der Ventilöffnungen (6A- 6D) ein Druck-Detektor (\3A) vorgesehen ist, von dem ein den Druck anzeigendes Signal abgeleitet und an den Rechner (10) weitergegeben wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner (10), einzeln oder in Kombination, Signale zugeführt werden, die der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, der Motordrehzahl, der Kühlwassertemperatur, den atmosphärischen Bedingungen, sowie den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs entsprechen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile elektromagnetisch gesteuert sind.