DE2611714C3

DE2611714C3 - Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrezirkulation einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2611714C3
Application number: DE2611714A
Authority: DE
Inventors: Shunji Susono Shizuoka Koganemaru
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-11-25
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1981-03-19
Also published as: JPS5264537A; DE2611714B2; DE2611714A1; US4024847A

Description

Die Krfindun^r betrifft eine Vorrichtung /ur Steuerung der Abgasrezirkiilation 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 Rezirkulntionsrichtung, die die Menge des rückgeführten Abgases bestimmt und von einem Rechner in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine betätigt wird.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-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/lstwert-Vergleichsrechner ausgebildet und steuert über ein Steuerungsventil die Zufuhr bzw. den Abfluß von Druckluft zu einem Zylinder, dessen fiolben

to 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 Übertragungsfunktion dea Hall-Generators 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 vot< den Betriebsbedingungen genau und einfach zu realisieren, zumal der Zusammenhang zwischen der Stellung der Drosselklappe und der

i'> 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'> machen.

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

•in 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-

■*'» schenwerte mögli« *i sein.

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

'·'■ Öffnungsquerschnitten, die sich wie 2° : 2' : ... usw. verhalten und die in beliebiger Kombination betätigt werden können. Die Abhängigkeit von der Kennlinie eines Analog-Rechnersoder analog verstellter Stellmittel (wie der o. g. Drosselklappe bei der F.ntgegenhal-

■>> 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-I.eitung. die in Abhängigkeit der Stellung der Drosselklappe verschieden stark geöffnet wird. Hierzu bewegt sich

w> ein Ventilschieber über eine Vielzahl von Öffnungen. Diese sind so angeordnet und werden m betätigt, daß — entsprechend ihrer räumlichen Anordnung hintereinander in Richtung des Ventilschicbers — sich hier eine Öffnung nach der andern schließt oder öffnet. Zur

^h· Realisierung von z. 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 sine¹, 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,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Rezirkulationsrate der Abgase in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr 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 da/u dient. Abgase in die Ansaugleitur j 2 einzuleiten. Die Rezirkulationsleitung 4 ist zwischen der Ansaugleitung 2 einerseits, und zwar an einer Stelle stromabwärts des (nicht gezeigten) 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 6.4,6fl, 6Cund 6D vorgesehen; sie werden von Ventilen 7A, 75,

lu 7Cbzw. 'ID geöffnet bzw. geschlossen. Die Ventile sind ihrerseits mit Stößeln 9/t, 95, %C bzw. 9£> verbunden, über die ihre Bewegung von Magnetspulen SA, SB, 8C bzw. 8D her veranlaßt wird.

Die Öffnungsquerschnitte der Ventilöffnungen 6A,

ι > 6ß, 6Cund 6D sind so bemessen, daß sie sich zueinander im Verhältnis 2°, 2', 2² bzw. 2^J verhaiien. Bezeichnet man mit m die Anzahl der Bits im binären System, so folgt daraus, daß — im Dezimalsystem — der gesamte Öffnungsquerschnitt aller offenen Ventilöffnungen die Werte 0 bis (2^m— 1) annehmen und ai^>f diese eingestellt werden kann. Im Ausführungsbeispiel im lediglich m = 4; der gesamte Ötfnungsquerschnitt, der für rezirkulierendes Abgas vorliegt, kann also die Werte 0-15 annehmen, sofern man die Querschnittsfläche der

Γι 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

ίο Ventilöffnungen 6A — bD 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

j, 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; <?=gesamter Öffnungsquerschnitt) wie fo'gt:

60	0	0	0	0	0	0	0	I	I	I	I	1	1	1
6C	0	0	0	I	1	1	1	0	0	0	0	I	1	I
6ß	0	1	I	0	0	1	1	0	0	I	1	0	0	I
6A	I	0	I	0	I	0	I	0	I	0	1	0	1	0
Q	!	2	3	4	5	6	7	8	9	IO	Il	12	13	14

Die Steuerung der Ventile erfolgt über den digitalen Rechner 10. Die maßgebenden Faktoren bei der Bestimmung des gesamten Ventilöffnungsquerschnitts, wie er sieb 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 WA und durch Umwandlung des Meßergebnisses in einem Temperaturwandler 11B gewinnt; ein Drucksignal, das man durch Messung des Druckes in der Re/irkulationsleitung 4 mit einem Drück-Deteklör 12/1 und durch Umwandlung des Meßergebnisses in einem Druck-Wandler 125gewinnt; ferner ein Drucksignal, das man durch Messung des Druckes in der Ansaugleitung 2 mit einem Druck-Detektor 13/4 und durch Umwandlung des Meßergebnisses in einem Druck-Wandler 135 gewinnt. Außerdem können noch, einzeln ode·· in Kombination, gemessen, in Signale umgewandelt und im Rechner berücksichtigt 15

bzw. ausgewertet werden: die Geschwindigkeit des

ι» Kraftfahrzeuges, das Übersetzungsverhältnis, die Motordrehzahl, die Kühl wassertemperatur, die atmosphärischen Bedingungen, sowie ferner die Betriebsbedinguiv gen (z. B. Vollast. Teillast etc.) des Kraftfahrzeuges. Die Auswertung im Rechner führt dann zu Signalen an die

ι") Ventile, aus deren entsprechender Einstellung sich dtnn der berechnete gesamte Öffnungsquerschnitt ergibt.

Die Brennkraftmaschine weist ferner ein Einlaßventil 14. ein Auslaßventil 15, einen Kolben 16 und eine Kurbelwelle 17 ;"if Man kann die Menge des

mi rezirkulierten Abgases aus der Summe der Öffnungsquerschnilte der offenen Ventile TA —TB und der Druckdifferenz vor und hinter den Veniil&ffnungen 6A — 6D, oder, alternativ hierzu, der Temperaturdifferenz vor und hinter den Ventilöffnungen 6,4-6D

h-'i schätzen. Die Dur:hflußmenge des rezirkulierten Abgases bei einem bestimmten Betriebszustand der laufenden Brennkraftmaschine kann aus dem Volumen der angesaugten Luft und anderen Betriebsparametern

abgeleitet werden.

Fig. 2 zeigt die Ventilöffntings-Kennlinie bei einer typischen bekannten Vorrichtung zur Steuerung der Rezirkulation des Abgases, bei der ein Ventil vorgesehen ist, dessen Schließung bzw. Öffnung über den Unterdruck in der Ansaugleitung erfolgt, F i g. 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. I, wie in F i g. 4 dargestellt, daß die Menge des rczirkiilicrtcn 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 einstellbar 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 in Einheiten. Gemäß der Erfindung ergibt sich eine gesamte Anordnung, die extrem vereinfacht ist. Die Steuerung ist leicht mit einem digitalen Rechner verwirklichbar. Kin Digital/Analog-Wandler wird unnötig-

liier/u Π Hliill /'cicliiiuiitzcii

Claims

26 Π 714 Patentansprüche:

1. 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 Rezirkulationsleitung, 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 (7/4 — TD) 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) abgegebenen 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 (HA) vorgesehen ist, von dem ein die Temperatur anzeigendes Signal abgeleitet und an den Rechner(lO) weite.gegebt/i wird.

4. Vorrichtung nach A.ispruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 in der Rezirku. lionsleitung (4) in Nähe der Ventilöffnungen (6A-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 I. dadurch gekennzeichnet daß in der Ansaugleitung (2) in Nähe der Ventilöffnungen (6A-6D) ein Druck-Detektor (13A) 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 !.dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile elektromagnetisch gesteuert sind