DE3013685A1

DE3013685A1 - Abgasrezirkulations-steuereinrichtung

Info

Publication number: DE3013685A1
Application number: DE19803013685
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yamaguchi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-04-10
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1980-10-16
Also published as: FR2453980B1; US4318385A; GB2047440B; DE3013685C2; JPS55134747A; GB2047440A; FR2453980A1

Description

Be Schreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasrezirkulations-Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor.

Als Steuerung für ein Abgasrezirkulationssystem wurde eine in Fig. 1 dargestellte Einrichtung vorgeschlagen, um hinsichtlich eines Motor-Betriebszustands eine optimale Abgasrezirkulationsgeschwindigkeit zu erhalten.

Der in !ig. 1 gezeigte Motor 1 weist eine Ansaugleitung und eine Abgasleitung 3 auf. Die Leitungen sind durch eine Abgasrezirkulationsleitung 5 verbunden, um einen¹ Teil der Abgase an einer stromabwärts bezüglich einer Drosselklappe 4 gelegenen Stelle zurückzuführen.

Um die Kückführgeschwindigkeit der Abgase in Abhängigkeit von dem Motor-Betriebszustand zu steuern, ist die Bezirkulationsleitung 5 mit einem Steuerventil 6 ausgestattet, welches von einem negativen Betriebsdruck steuerbar ist, welcher mittels eines Solenoidventils 8 einstellbar ist. Das Solenoidventil 8 spricht auf von einer einen Mikrocomputer aufweisenden Steuerschaltung 7 kommende Signale an.

Ein Teil des negativen Ansaugdrucks stromabwärts bezüglich der Drosselklappe 4 wird in ein Konstantdruckventil 10 eingeführt, um dort einen negativen konstanten Druck zu erzeugen.

030042/0867

Der negative konstante Druck wird mit Umgebungsluft gemischt, welche durch das Solenoidventil eingeführt wird. Das Ventil 8 empfängt die Umgebungsluft in Abhängigkeit ihrer Öffnungsstellung, um einen negativen Steuerdruck zu erzeugen, der einem Membranantrieb 9 für das Steuerventil 6 zugeführt wird. Wächst der negative Steuerdruck an, so öffnet sich das Steuerventil 6 ein entsprechendes Stück, wodurch ebenfalls die Strömungsgeschwindigkeit des ruckgeführten Abgases steigt.

Die Steuerschaltung 7 enthält eine Schnittstelle, einen Mikroprozessor, einen Lese- oder Festspeicher (ROM) und einen Schreih/Lese-Speicher (EAM). Für die Betriebsbedingungen des Motors repräsentative Signale,die beispielsweise von einem Drehzahlmesser 11, einem Ansaugluftsensor 12 oder einem Drosselklappen-Öffnungsschalter 13 kommen, gelangen zu der Steuerschaltung 7» welche eine zuvor entsprechend dem Motorbetrxebs^ zustand eingestellte Abgas-Eezirkulationsgeschwindigkeit auf der Grundlage der empfangenen Signale auswählt, um ein Impulssignal zu erzeugen, das an das Solenoidventil 8 gegeben wird, damit die gewünschte Eezirkulationsgeschwindigkeit erhalten wird.

Mit dieser Einrichtung kann daher die Abgasrückführung mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, so daß sowohl das Betriebsverhalten des Motors als auch die Abgasqualität (Effekt der NOx-Herabsetzung) zufriedenstellend sind.

Die oben erläuterte Einrichtung arbeitet mit einer solchen hohen Genauigkeit, wenn die Einrichtung neu ist. Allerdings lassen sich Probleme aufgrund von Alterungeerscheinungen nicht. ^ vermeiden. Die Genauigkeit des Solenoidventils 8 und des Konstantdruckventils 10 nimmt im Laufe der Zeit ab, wodurch ¥ehler bei

030042/0867

der Steuerung der Abgasrückführung hervorgerufen werden, welche das Aufrechterhalten eines stabilen Regelverhaltens schwierig machen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Abgasrezirkulations-Steuereinrichtung zu schaffen, welche nicht mit den Nachteilen der herkömmlichen Einrichtungen behaftet ist.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Steuereinrichtung für ein Abgasrezirkulationssystem zu schaffen, welche eine Druckdetektoreinrichtung aufweist, die auf pulsierende Abgasdruckschwankungen anspricht, um den Druck in einerAbgasrückführleitung zu erfassen. Der Druck steht in engem Zusammenhang mit der Strömungsgeschwindigkeit der zurückgeführten Abgase» und somit kann die Bezirkulations-Strömungsgeschwindigkeit mittels einer Rückführregelung derart geregelt werden, daß jegliche Abweichung des erfaßten Drucks von einem vorab festgelegten, gewünschten Wert vermieden wird.

Die Abgasrezirkulations-Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine in einer Abgasrezirkulationsleitung angeordnete Drossel einrichtung zum Rückführen eines feils der Abgase in die Ansaugluft für einen Motor, ein Steuerventil zum Steuern der Abgas-Rezirkulationsgeschwindigkeit, eine Detektoreinrichtung zum Erfassen des stromabwärts bezüglich der Drosseleinrichtung herrschenden Drucks, einen Betriebsbedingungsdetektor zum Erfassen der Betriebszustände des Motors* und eine Steuerschaltung zum Steuern des Steuerventils derart, daß der stromabwärts bezüglich der Drosselvorrichtung herrschende Druck auf einen Wert gebracht wird,

030042/0867

— ο —

der zuvor in Abhängigkeit des Betriebsztistandsdes Motors bestimmt wurde, um dadurch eine Rückführregelung für die Abgas-Bezirkulationsgeschwindigkeit zu erhalten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung der oben erläuterten .bekannten Abgasrezirkulations-Steuereinrichtung,

]?ig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 3 a und

3 b

Flußdiagramme zur Erläuterung der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Steuerschaltungen, und

Fig. 4· ein Zeitdiagramm, das die Beziehungen zwischen dem Drucksignal 7, dem Soll-Drucksignal V^ und dem Korrekturanteil D~ verdeutlicht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind gleiche Teile wie in Fig. Λ mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Teile sollen nicht noch einmal erläutert werden.

Erfindungsgemäß ist ein Druckdetektor zum Hessen der Abgas-Eezirkulationsgeschwindigkeit vorgesehen. Die von dem Druckdetektor 15 erfaßten Werte werden zu der Schaltung 7 geführt, um eine Steuerung durchzuführen, so daß jegliche Abweichung von den gewünschten Steuerwerten vermieden wird.

030042/0867

Der Druck Pr in einer Leitung zwischen dem Steuerventil 6 und einer Drosseleinrichtung oder Öffnung 16, die zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des in der Rezirkulationsleitung 5 strömenden Abgases dient, steht in engem Verhältnis zu der Abgas-Rezirkulationsgeschwindigkeit.

Anders ausgedrückt: Der stromaufwärts bezüglich der öffnung herrschende Druck ist mit einiger Konstanz im wesentlichen gleich dem Abgasdruck des Motors, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Öffnung 16 strömenden Abgases durch Erfassen des stromabwärts bezüglich der öffnung herrschenden Drucks Pr gemessen werden kann, indem man die bekannte Querschnittsfläche der Öffnung berücksichtigt.

Zu diesem Zweck weist der Druckdetektor 15 eine Membran 17 auf, wodurch eine Druckkammer 18 und eine mit der Umgebungsluft in Verbindung stehende Kammer 19 in dem Detektor gebildet werden. An der Membran 17 ist eine leitende Schaltplatte 20 befestigt, die von in die mit der Umgebungsluft in Verbindung stehende Kammer 19 hineinragenden Anschlußklemmen 21 A und 21 B beabstandet und mit diesen in Kontakt bringbar ist.

Wird die Membran 17 gegen die Kraft einer Feder 22 angehoben, bis die Schaltplatte 20 mit den Klemmen 21 A und 21 B in Kontakt kommt, so werden die Anschlußklemmen kurzgeschlossen, so daß ein elektrischer Strom von der Stromquelle 23 zu einer Glättungsschaltung 24 fließt.

Der stromabwärts bezüglich der Öffnung herrschende Druck Pr, welcher in die Druckkammer 18 übertragen wird, pulsiert synchron mit den Umdrehungen des Motors, so daß die Membran 17 ebenfalls in Abhängigkeit von den Schwankungen des Drucks Pr vibriert.

0300A2/0867

Je höher der Druck Pr ist, desto höher liegt der Bezugspegel der Vibration, und daher steigt die Kurzschlußrate der Klemmen 21 A und 21B an.

Die Glättungsschaltung 24 dient zum Korrigieren dieser in Form von EIN-ATJS-Si gnal en vorliegenden Ausgangs signale, so daß ein Haupt-Ausgangswert erhalten wird. Wenn somit der stromabwärts bezüglich der Öffnung herrschende Druck Pr ansteigt, wird die Aus gangs spannung der Glättungsschaltung 24-größer.

In der Schaltung 7 wird auf der Grundlage der Ausgangsgrößen des Drehzahlsensors 11, des Ansaugluftstromsensors 12 oder des Drosselklappen-Öffnungsgradsensors 13 die gewünschte Abgasrezirkulationsgeschwindigkeit bestimmt, wie es bei der Einrichtung gem. Pig. 1 der Fall ist. Ton der Schaltung 7 werden an das Solenoidventil 8 gepulste Signale gegeben, deren Tastverhältnisse den bestimmten oder ausgewählten Werten entsprechen.

Der von dem Konstantdruckventil 10 abgenommene negative Druck wird mit der durch das Solenoidventil 8 strömenden Luft gemischt, wobei die durch das Ventil 8 strömende Luft im vresentlichen dessen Öffnungsgrad entspricht. Hierdurch wird ein gesteuerter negativer Druck erhalten. Wenn der gesteuerte negative Druck dem Steuerventil 6 zugeführt wird, so öffnet oder schließt sich dieses Ventil in Abhängigkeit von dem gesteuerten negativen Druck mehr oder weniger, wodurch wiederum der stromabwärts bezüglich der öffnung 16 herrschende Druck und infolgedessen "' schließlich die Eezirkulationsgeschwindigkeit gesteuert werden.

030042/0867

Der Druck Pr wird zu der Steuerschaltung 7 über den Druckdetektor 15 und die Glättungsschaltung 24 zurückgeführt, so daß eine Änderung des Drucks Pr unmittelbar erfaßt werden kann, wenn eine Ist-Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten Abgases von der Soll-Strömungsgeschwindigkeit abweicht, obgleich ein Signal zum Erhalten des Sollwertes an das Solenoidventil 8 gegeben wurde. Die Steuerschaltung 7 führt eine arithmetische Operation aus, um einen Korrekturwert für die Erfassung der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert zu erhalten, so daß ein korrigierter Wert an das Solenoidventil 8 gegeben wird, welcher sich zusammensetzt aus dem Sollwert plus dem Korrekturwert. Dann wird die aus dem korrigierten Wert resultierende Abgas-Eezirkulationsgeschwindigkeit erfaßt, um wiederholt eine Abweichung, soweit vorhanden, zu korrigieren. Auf diese Weise nähert sich die Abgas-Eezirkulationsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit deo. gewünschten oder Soll-Wert.

Nun soll anhand der in Fig. 3a und 3b gezeigten Plußdiagramme die unter Zuhilfenahme eines Eechners durchgeführte Steuerung der erläuterten Vorgänge beschrieben werden.

Vorab werden Versuche durchgeführt, um Tastverhältnisse oder Werte D. von Treibersignalen für das Solenoidventil 8 zu bestimmen, damit optimale Abgasrezirkulations-Geschwindigkeitsmuster entsprechend den Betriebsbedingungen eines Motors erhalten werden. Ferner werden Ausgangsspannungen V_x. des Druckdetektors 15 entsprechend dem unter den genannten Bedingungen stromabwärts bezüglich der Öffnung herrschenden Druck Pr bestimmt. Die Bedingungen des Motorbetriebs hängen ab von den Motorumdrehungen N und der Ansaugluftmenge oder -geschwindigkeit TP pro Umdrehung. Die Tastverhältnisse D_x. der Signale und die Ausgangsspannungen werden in zwei zweidimensionalen

030042/0867

Tabellen, die die Parameter von IT und TP enthalten, gespeichert .

Wenn "beim Anlassen des Motors im Hinblick darauf, daß die Kühlmitteltemperatur unter einem Vorgabewert liegt, oder unter Berücksichtigung von Ausgangssignalen des Anlassers und Signalen von einem Drosselklappen-Öffnungsgradschalter entschieden wird, daß keine Abgasrückführung stattfinden soll, so wird dem Solenoidventil· 8 ein Stellwert zugeführt, um das Steuerventil 6 vollständig zu schließen. Wenn die Kühlmitteltemperatur über dem Vorgabewert liegt, sollte dennoch keine Abgasrückführung stattfinden, falls der Anlasser betätigt wird oder die Drosselklappe geschlossen ist, solange der Anlasser betätigt wird.

Dann werden die tatsächliche Umdrehungszahl Bi des Motors und die Ansaugluftgeschwindigkeit erfaßt, um mittels einer arithmetischen Operation die Ansaugluftgeschwindigkeit pro Motorumdrehung, TP, zu erhalten, und durch Tabellenlesen werden ein Tastverhältnis D_x. des Signals für den Solenoid 8 und eine Auεgangsspannung V. des Druckdetektors 5 ermittelt.

Dann wird das Ausgangssignal V mit dem Ist-Ausgangssignal des Druckdetektors 15 verglichen (genauer gesagt, mit dem Ausgangssignal der Glattungsschaltung 24-), und das Ergebnis dieses Vergleichs wird in einem Flag angezeigt.

Das Flag ist für stark schwankende Korrektur-Tastverhältnisse Dp des Treibersignals für das Solenoidventil 8 mittels eines Wertes P vorgesehen und zxirar nur· dann, wenn die Größen von V und V. umgekehrt sind, damit das Ansprechen des Solenoidventils 8 verbessert wird. (Die beiden jeweils unten in Fig. 3a und

030042/0867

oben in Fig. 3b dargestellten Dreiecke dienen lediglich zur Verbindung der beiden Figuren.)

Ist die Spannung V größer oder gleich V_x., so zeigt das Flag eine "0"' an. Ist V kleiner als V., so zeigt das Flag eine "1" an. Indert sich beispielsweise die Beziehung zwischen Y und V_x. von V ^ V_x. auf V< V_x. (entsprechend den Punkten A und C in Fig. 4), so zeigt das Flag eine "0" an, selbst wenn die Beziehung V < V_x. vorliegt, so daß eine Information darüber verfügbar ist, daß die Werte V und V_x. "entweder gewechselt haben oder unmittelbar vor dem entscheidenden Zeitpunkt den gleichen V/ert bekommen haben.

Zeigt das Flag, wenn V > V_x. ist, den Wert "1" an, so bedeutet ■dies, daß sich die Werte von V und V_x, entweder gekreuzt haben oder unmittelbar vor dem entscheidenen Zeitpunkt gleich geworden sind (entsprechend den Punkten B und D in Fig. 4). Um den Wert V kleiner zu machen, so daß er dicht bei V_x. liegt, d. h., um die Abgas-Rezirkulationsgeschwindigkeit zum Vermindern des Drucks Pr anzuheben, wird das Korrektur-Tastverhältnis D₂ des Treibersignals für das Solenoidventil 8 stark vermindert auf Dp-P und dann auf den gelesenen Wert von D_x, addiert. Die Summe wird ausgegeben, und das Flag zeigt den Wert "0" an. .

Zeigt das Flag den Wert "0" an, falls V > V_x. (zwischen den Punkten B und C), so wird das Tastverhältnis Dp in konstanten Zeiträumen P um I erhöht (siehe Fig. 4) und ausgegeben.

Wenn das Flag "0" anzeigt, falls V<V_X] (Punkte A und C in Fig. 4), so wird das Tastverhältnis D₂ um P auf D₂+P erhöht. Das erhöhte Tastverhältnis wird auf D_x. addiert und die Summe wird ausgegeben, um die Anzeige des Flags auf "1" zu ändern.

030042/0867

Zeigt das Plag "1" an, falls V <V. (zwischen den Punkten A und B und zwischen den Punkten C und D), so wird das Tastverhältnis Β* während jeder Periode I uil erhöht, und der Wert D_x.+Dp wird ausgegeben.

Anders ausgedrückt: Mit Hilfe der Rückführregelung wird der Korrekturwert Dp stark geändert, um die Übergangs-Ansprechempfindlichkeit des Systems zu verbessern, wenn sich die Vierte \on V und V„ gekreuzt haben (der Wert von V-V„ hat sich

ι ι -

von plus auf minus geändert oder umgekehrt), oder aber der Korrekturwert D₂ wird - unter den genannten anderen Bedingungen schrittweise bei jeweils einer konstanten Zeitperiode geändert, um ein stabiles System zu "erhalten und Schwingungen beim Betrieb zu unterdrücken.

Aus der obigen Erläuterung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Abgasrezirkulations-Steuersystem die Rückführung der Abgase mit hoher Genauigkeit und mit hoher Stabilität über lange Zeit hin steuert, da die Korrektur mittels der Rückführoperation vorgenommen wird, und zwar sind die genannten Vorteile auch dann gegeben, wenn ein Solenoidventil oder ein Konstantdruckventil bereits ein hohes Alter aufweisen.

030042/0867

Claims

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku

Yokohama City Japan

W. STOCKMAtR

DR..!Nd-A»e ICALl ECH)

K. SCHUMANN P. H. JAKOB

DlPL-ING.

8 MÜNCHEN 22

MAXlMlLlANSTnASSE 43

09. April 1930 P 14 946 - 5!

Abgasrezirkulations-Steuereinrichtung

Pat entansprüche

Abgasrezirkulations-Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch eine in einer Abgasrezirkulationsleitung (5) angeordnete Drosselvorrichtung (6, 16) zum Rückführen eines Teils der Abgase in die Ansaugluft für einen Motor (1), ein Steuerventil (19) zum Steuern der Abgasrezirkulationsgeschwindigkeitj eine Druckdetektoreinrichtung (18) zum Erfassen des stromabwärts bezüglich der Drosselvorrichtung (6_ti6) herrschenden Drucks, einen Betrieb sbedingungsdetekt or (11) zum Erfassen der Betriebszustand e des Motors (1) und eine Steuerschaltung (7) zum Steuern des Steuerventils (9) derart, daß der stromabwärts bezüglich

TELEFON (OSO) 33 9882

030042/0867

TELEKOPIERER

der Drosselvorrichtung (6,16) herrschende Druck auf einen Wert gebracht wird, der zuvor in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Motors (1) bestimmt wurde, um dadurch eine Bückführregelung für die Abgasrezirkulationsgeschwindigkeit zu erhalten.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Steuerventil ein auf negativen Druck ansprechendes Ventil (9) verwendet wird, um die Abgasrezirkulationsgeschwindigkeit zu steuern, und daß ein Solenoidventil (8) vorgesehen ist, um einen Teil des negativen Ansaugdrucks des Motors durch Mischen mit Umgebungsluft zu steuern, um dadurch für das Steuerventil (9) einen negativen Betriebsdruck zur Verfügung zu stellen.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet _y daß zum Feststellen des stromabwärts bezüglich der Drosselvorrichtung (6,16) herrschenden Drucks eine Druckdetektoreinrichtung (18) vom pulsierenden Detektortyp vorgesehen ist.

030042/0867