DE3128239C2 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern von Abgas-Rückführmengen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Steuern von Abgas-Rückführmengen

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DE3128239C2
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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Steuern von Abgasrückführmengen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einer über eine Nockenwelle angetriebenen Kolben-Einspritzpumpe und einem Abgasmengen-Steuerglied in einer Abgasrückführleitung werden die im auslaßseitigen Druckstrang der Einspritzpumpe während des ein spritz wirksamen Förderhubes auftretenden Druckimpulse bezüglich ihrer Impulsdauer als Einspritzdauer (T ↓E) und ihrer Impulsabstände als Einspritzperiodendauer (T ↓P) direkt oder indirekt erfaßt. Jedem Wertepaar dieser Größen kann über eine bekannte Pumpenhubkurve ein bestimmter Einspritzhub bzw. eine bestimmte Einspritzmenge je Arbeitstakt pumpenspezifisch zugeordnet werden. Für eine von der Einspritzmenge abhängige Steuerung der Abgasrückführmenge werden in einem zumindest zweidimensionalen Kennfeld die Abhängigkeiten zwischen den Wertepaaren von (T ↓E, T ↓P) einerseits sowie Abgasrückführmengen-Steuergrößen andererseits ab ge speichert. Somit kann für jedes beim Betrieb festgestellte Wertepaar von (T ↓E, T ↓P) die zugehörige Abgasrückführmengen-Steuergröße abgefragt und zum Steuern des Abgasmengen-Steuergliedes benutzt werden. Während der Reziprokwert der Einspritzperiodendauer (T ↓P) bereits drehzahlproportional ist, können auch weitere Betriebsparameter, wie Drücke und/oder Temperaturen, bei der Bestimmung der jeweiligen Abgasrückführmengen-Steuergröße berücksichtigt werden.

Description

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durch einen an ein Einspritzsystem hinter dessen Einspritzpumpe (22) anzuschließenden Sensor (26) zum Erzeugen von den auslaßseitigen Kraftstoff-Druckimpulsen der Einspritzpumpe (22) direkt oder indirekt entsprechenden ersten Signalen, durch Mittel zum Erzeugen von zweiten Signalen, die den Variablen Einspritzdauer Tjrund Einspritzperiodendauer Tp je Arbeitstakt oder einer Zusammenfassung dieser Größen entsprechen, aus den ersten Signalen und durch ein die zweiten Signale verarbeitendes sowie das Abgasmengen-Steuerglied (52) beeinflussendes Steuergerät (46,50; 46,54) mit einem Kennfeldspeicher (48), in dem die abzufragenden Abgas-Rückführmcngen-Steuergrößen zumindest in Abhängigkeit von den zweiten Signalen abgespeichert sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät ein Mikroprozessor (46) mit einem ausgangsseitigen, an das Abgasmengen-Steucrglied (52) angeschlossenen Verstärker (50) oder Regler (54) ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder
10. dadurch gekennzeichnet, daß der Kennfeldspeicher als ein zumindest zweidimensionaler ROM-Spcichcr (58) ausgebildet ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis
11. gekennzeichnet durch zumindest einen zusätzlichen Bctricbsparameter-Eingap.g (A, B, C) des Mikroprozessors (46) und durch einen mehrdimensionalen ROM-Speicher (48), in dem die Abgas-Rückführmcngen-Steuergrößen in zusätzlicher Abhängigkeit von zumindest einem weiteren Betriebsparameicr. wie dem Druck und/oder der Temperatur, abgespeichert sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis
12. gekennzeichnet durch einen der auslaßseitigen Förderleitung (24) der Einspritzpumpe (22) verbundenen Drucksensor (26).
14. Einrichtung nach einem fcr Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch einen mit der auslaßseitigen Förderleitung (24) der Einspritzpumpe (22) verbundenen Dehnungsmeßstreifen.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12. gekennzeichnet durch einen Wegsensor zum Erfassen der Öffnungsbewegung eines in Schließrichtung vorgespannten Schlicßkörpcrs einer der Einspritzpumpe (22J nachgcschaltcten Einspritzdüse (30).
16. Einrichtung nach Anspruch 15. gekennzeichnet durch einen induktiv arbeitenden Wegsensor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern von Abgas-Rückführmengen einer selbstzündcndcn Brennkraftmaschine, die von einer Einspritzpumpe versorgt wird und ein einer Abgas-Rückführlciuing zugeordnetes Abgasmengen-Steuergiicd aufweist, welches in Abhängigkeit vom Kraftstoffdriick gesteuert wird.
Die DIvOS 30 20 W) beschreibt ein Dicsel-Moloronsysleni mit einer Abgasrückführung, die mittels einer in Abhängigkeit von dem Krafistoffdruck in der Kraftsioffpumpc arbeitenden Steuervorrichtung gesteuert wird. Bei Zunahme der Kraftstoffördcrung wird die zurückgeführte Abgasmenge reduziert. Die genannte Veröffentlichung enthalt keine Ausführungen über die gc-
iauc ArI der Erfassung sowie Auswertung des Krafl-.Ujffdrucks in der Pumpe und keine Einzelheiten über Jie Ausbildungsart der Pumpe selbst.
Die DE-AS 12 87 364 beschreibt eine Prüfeinrichtung unter anderem für Dieselmaschinen. Dabei wird die vertikale Ablenkung eines Oszillographen mittels vibrationsempfindlicher Einrichtungen von den Schwankungen im Druckstrang abhängig gemacht. Die horizontale Synchronisation erfolgt durch ein mit der Kurbelwelle synchron umlaufendes Teil. Demnach erfassen die vibrationsempfindlichen Einrichtungen nur die Impulsbzw. Einspritzdauer der Einspritzimpulse.
Ein in MTZ 41, Mai 1980, Seiten 203 und 204 sowie 209 bis 212, beschriebenes und für Ottomotoren dienendes Motronik-System beschreibt unter anderem ein gleichzeitiges Bearbeiten einer Größe in Abhängigkeit von zwei gemessenen Variablen unter Zuhilfenahme eines Mikro-Computers. Dabei wird in Abhängigkeit von den beiden Variablen Luftmasse und Drehzahl die Einspritzdauer bestimmt. Bei einem Ottomotor sind diese für die Einspriizdauer benötigten Variablen in einfacher Weise beispielsweise über den Luftmassenr esser und bei einer elektronischen Zündung über die Drehzahl zu erfassen, was bei einem Dieselmotor keine Aussage über die dem Zylinder pro Kolbenhub exakt zugemessene Brennstoffmenge ermöglicht. In der genannten Veröffentlichung ist auch allgemein die Abgasrückführ-Rate erwähnt, jedoch ohne Aussage darüber, welche Variablen in diesem Zusammenhang zu erfassen sind, wie eine Messung derselben zu erfolgen hat und wie sie miteinander in Beziehung zu setzen sind.
Im Zusammenhang mit einer Beeinflussung der Abgas-Rückführung ist es ferner bekannt, eine Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses vorzusehen, wobei als Führungsgröße die durch eine Drosselklappe veränderliche und mit einem Luftmengenmesser bestimmte Luftansaugmenge dient. Die Ausgangsgröße des Luftmengenmessers wird in einer Regeleinrichtung durch die an einer Kraftstoff-Einspritzpumpe gemessene Drehzahl dividiert. Der so erzielte Wert wird mit einer Steuergröße verglichen, die der Stellung des Mengenverstellorgans der Kraftstoff-Einspritzmenge darstellt. Entsprechend der Abweichung der beiden Steuergrößen wird die Stellung des Mengenverstellorgans der Kraftstoff-Einspritzpumpe durch ein Stellglied korrigiert. Die Drosselklappe beeinflußt dabei durch ihre Stellung auch die Menge von rückgeführtem Abgas, das bei gedrossel ter Ansaugluftmenge für die Restfüllung der Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Diese bekannte Methode ist sehr aufwendig und im Regelverhalten relativ langsam, da bei einer Änderung der Drossclklappenstellung erst nach der Totzeit der Regelstrecke die gewünschten Werte eingestellt sind. Vor allem besteht die Gefahr, daß infolge einer zu großen Abgas-Rückführmenge eine kurzzeitige starke Rußbildung auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der im Oberbegriff genannten Art so auszubilden, daß mit relativ einfachen und zuverlässigen Maßnahmen eine stets bedarfsgerechte Steuerung von Abgas-Rückführmengen erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die hinter der über eine Nokkenwelle angetriebenen Kolben-Einspritzpumpe in derem auslaßseitigen Druckstrang auftretenden Druckimpulse in an sich bekannter Weise direkt oder indirekt erfaßt sowie aus ihre/ Impulsdauer je Arbeitstakt die Finsnritzdauer 7V bestimmt werden, daß ferner aus der Impiilsperiodendaiier dieser Druckimpulse je Arbeitstakt die I-ünspritzperiodendauer Tr bestimmt wird und daß in einem Kennfeld wenigstens in Abhängigkeit von den so ermittelten Variablen Einspritzdauer Th: und Ein-■5 spriizperiodendauer 7). in an sich bekannter Weise zuvor abgespeicherte Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen entsprechend den jeweils bestimmten Variablen abgefragt sowie zum Steuern der Abgas-Rückführung benutzt werden.
ίο Dieses Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß die Einspritzdauer Tf sowie die Einspritzperiodendauer Tp sehr einfach aus den im Druckstrang leicht zu erfassenden Kraftstoff-Druckimpulsen bestimmbar sind, so daß über das abgespeicherte Kennfeld die jeweils richtigen Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen schnell und betriebssicher zugeordnet werden können. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren ausgesprochen leicht sowie preiswert durchführbar ist und bei größter Einfachheit zu sehr guten Betriebsverhältnissen führt. Während die Kennfeidabspeicherung keinerlei Probleme aufwirft und den jeweiligen Bedürfnissen '.zusprechend mehr oder weniger differenziert durchgeführ-, werden kann, hat die Auswertung der Druckimpulse im Druckstrang der Einspritzpumpe den wesentlichen Vorteil, daß keinerlei Eingriff in diese selbst vorgenommen werden muß. D;e Druekimpulse können sehr leicht sowie zuverlässig erfaßt werden, wobei nur deren qualitative Auswertung bezüglich ihrer Impulsanfänge und -enden für die Bestimmung der Einspritzdauer T^ und Einspritzperiodendauer Tr von Bedeutung ist, wänrend die quantitative Impulshöhe für das vorliegende Verfahren belanglos ist. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, die erforderliche Abgas-Rückführung sehr genau zu steuern.
In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, die Druekimpulse in der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe direkt zu erfassen. Stattdessen können die Druekimpulse auch durch Bestimmen von Durchmesser- und/oder Längenänderungen der auslaßäeitigen Förderleitung der Einspritzpumpe oder durch Bestimmen der Öffnungsvorgänge einer der Einspritzpumpe nachgeschalteten, mit einem in Schließrichtung vorgespannten Schlicßkörper versehenen Einspritzdüse indirekt erfaßt werden. Da es nicht auf die absolute lmpulshöhe der Druckimpulse ankommt, sondern nur auf deren zeitlichen Verlauf, ist es an sich gleichgültig, wie die Erfassung der Druekimpulse vorgenommen wird. Daher kann die jeweilige Bestimmungsmethode so gewählt werden, wie es im jeweils vorliegenden Anwendungsfall am günstigsten ist.
Bei einer Ausfülirungsvariante ist es möglich, die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen in Abhängigkeit von einzelnen Werlepaaren der Variablen Einspritzdauer Tf und Einspritzperiodendauer Tpabzuspeichern und abzufragen. Dabei kann der Reziprokwert der Einspritzperiodendaucr Tp als Drehzahl berücksichtigt werden. Diesen Wertepaaren lassen sich die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen für alle Anwendungsfälle so zuordne ., daß sich ein optimales Betriebsverhalbo ten ergib'..
Ferner ist es auch möglich, daß die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen in Abhängigke't von dem zur Einspritzmenge pro Arbeitstakt proportionalen Quotienten Ti/Trder Variablen Einspritzdauer Tf und Einb5 spritzperiodcndau-cr Tr abgespeichert und abgefragt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, daß die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen in zusätzlicher Abhängigkeit von der Drehzahl bzw.
dem Reziprokwender Einspritzperiodendauer 7>abgespeichert und abgefragt werden. Mit dem genannten Quotienten und der Drehzahl können die Bctriebszustände der Brennkraftmaschine eindeutig bestimmt werden, die zur Bemessung der Abgasrückführung von wesentlicher Bedeutung sind. Auf diese Weise läßt sich die erforderliche Abgasrückführmengc schnell und mit sehr großer Genauigkeit einstellen.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Abgasrückführmenge-Sleuergrößen in zusätzlicher Abhängigkeit von zumindest einer weiteren Variablen, die dem Druck und/oder der Temperatur, abgespeichert und abgefragt werden. Hierdurch läßt sich die Wirksamkeit der Abgasrückführung optimieren und genauer an die jeweiligen Betriebsverhältnisse sowie -parameter anpassen.
Es kann vorteilhaft sein, die jeweilige Abgasrückführmengen-Steuergröße durch Interpolation /wischen den abgespeicherten Steuergrößen zu ermittein. Hierdurch kann die Größe des abgespeicherten Kcnnfcldes bei ausreichender Genauigkeit der Abgasrückführmcngen-Steuerung in vertretbaren Grenzen gehalten werden. Die Art der Interpolation ist an sich beliebig und kann den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend gewählt werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ferner eine Einrichtung der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß aus durch einen an ein Einspritzsystem hinter dessen Einspritzpumpe anzuschließenden Sensor zum Erzeugen von den auslaßscitigen Kraftstoff-Druckimpulsen der Einspritzpumpe direkt oder indirekt entsprechenden ersten Signalen, durch Mittel zum Erzeugen von zweiten Signalen, die den Variablen Einspritzdauer Te und Einspritzperiodendaucr Tr je Arbeitstakt oder einer Zusammenfassung dieser Größen entsprechen, aus den ersten Signalen und durch ein die zweiten Signäie verarbeitendes sowie das Abgasmengen-Steuerglied beeinflussendes Steuergerät mit einem Kennfeldspeicher aus. in dem die abzufragenden Abgasrückführmengen-Steuergrößen zumindest in Abhängigkeit von den zweiten Signalen abgespeichert sind. Eine solche Einrichtung ist relativ einfach und ermöglicht ohne Eingreifen in die Einspritzpumpe ein leichtes Erfassen des zeitlichen Verlaufes der Druckimpulsc. um hieraus die Einspritzdauer TP und die Einspritzperiodendauer Tp zuverlässig zu bestimmen. Mit Hilfe zumindest dieser Zeiten läßt sich aus dem Kennfeldspeicher die jeweils erforderliche Abgasrückführmcngen-Steuergröße schnell, zuverlässig und genau abfragen. Es ist von größter Wichtigkeit, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht die absolute Größe der Druckimpulse, sondern ausschließlich deren zeitlicher Verlauf erfaßt wird. Es ist lediglich festzustellen, wann Druckimpulse vorliegen bzw. eine bestimmte Druckschwelle übersteigen, was mit einfachen Mitteln sehr genau durchgeführt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt, daß das Steuergerät ein Mikroprozessor mit einem ausgangsseitigen, an das Abgasmengen-Steuerglied angeschlossenen Venstärker oder Regler ist. Während das Steuergerät im erstgenannten Fall über den Verstärker das Abgasmengen-Steuerglicd direkt beeinflußt, erzeugt das Steuergerät im zweiten Fall eine Führungsgrößc für den Regler, der seinerseits dafür sorgt, daß die Regelabweichung des Abgasmengen-Sieuergliedcs möglichst klein gehalten wird. Eine Ausbildung des Steuergerätes als Mikroprozessor ist ausgesprochen vorteilhaft, da dieses elektronische Bauteil bei sehr kleinem Platzbcdarf sowie Kostenaufwand verschiedenste Funktionen schnell und zuverlässig durchführen kann. Entsprechendes gilt auch dann, wenn der Kennfeldspeicher vorzugsweise als ein zumindest zweidimensionaler ROM-Speicher ausgebildet ist. Dieser hat eine große Speicherdichte und kann die zur Steuerung der Abgasrückführung erforderlichen Kenndaten in großer Menge sicher und leicht abrufbar speichern.
Ferner ist es bevorzugt, zumindest einen zusätzlichen ίο Betriebsparameter-Eingang des Mikroprozessors und einen mehrdimensionalen ROM-Speicher vorzusehen, in dem die Abgusrückführmengen-Steuergrößen in zusätzlicher Abhängigkeit von zumindest einem weiteren Betriebsparameter, wie dem Druck und/oder Temperais tür, abgespeichert sind. Durch Verwenden der elektronischen Bauteile ist es ohne weiteres möglich, solche weiteren Betriebsparameter zu berücksichtigen, die eine bessere Anpassung der tatsächlichen Abgasrückführ-ΓΓιδΠίξεΓί 3Π den für einen optimalen Betrieb erfnrderlichcn Bedarf ermöglichen.
An sich ist es gleichgültig, mit welchen Mitteln der zeitliche Verlauf der im Druckstrang der Einspritzpumpe auftretenden Druckimpulse erfaßt wird. Bei einer sehr einfachen Ausführungsform ist ein Drucksensor oder ein Dehnungsmeßstreifen mit der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe verbunden, wobei im letztgenannten Fall eine indirekte Bestimmung über druckbcjingtc Durchmesser- bzw. Längenänderungen der Förderleitung erfolgt. Stattdessen kann auch ein so Wegsensor benutzt werden, der die Öffnungsbewegung eines in Schließrich'ung vorgespannten Schließkörpers einer der Einspritzpumpe nachgtschalteten Einspritzdüse erfaßt. Dieser Wegsensor kann beispielsweise induktiv arbeiten. In allen Fällen ist kein Eingriff in die .15 Einspritzpumpe selbst erforderlich. Während die Anwendung eines Drucksensors oder eines Dehnungsmeßstreifens lediglich ein sehr einfaches Anbauen an der Förderleitung'crforderlich macht, setzt die Anwendung des geschilderten Wegsensors eine Veränderung der Einspritzdüse bzw. einen Eingriff in diese voraus, um deren Schlicßkörper -Bewegung erfassen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
ze'8l . . .
F i g. 1 in einer schematischen Gesamtansicht e-.ne
Ausführungsfcrm einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
F i g. 2 in einem Zeitdiagramm den zeitlichen Druckvcrlauf des Kraftstoffs im auslaßseitigen Druckstrang der Einspritzpumpe,
Fig.3 in einem Diagramm die Abhängigst der Hubkurve der Kolben-Einspritzpumpe von dem Drehwinkel der antreibenden Nockenwelle, und
Fig.4 in einem schematischen Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines'von der erfindungsgemäßen Einrichtung beeinflußten Abgasmengen-Steuergliedes.
Gemäß F i g. 1 ist ein Kraftstofftank 10 über eine Saugleitung 12 mit einer Vorförderpumpe 14 verbunden, deren auslaßseitige Druckleitung 16 über einen bo Kraftstoffilter 18 an eine Saugleitung 20 einer Einspritzpumpe 22 angeschlossen ist. Die auslaßseitige Druckbzw. Förderleitung 24 der Einspritzpumpe 22 ist mit einem Drucksensor 26 mit einer Signallcitung 28 versehen und führt zum Einlaß einer bekannten Einspritzdüse hr. 30, die ihrerseits den Kraftstoff während des wirksamen I-ordcrhubcs der Einspritzpumpe 22 in den Arbeitsraum einer selbst/.ündcndcn Brennkraftmaschine 34 einspritzt. Eine Krafistoff-Rücklaufleitung 36 verbindet die
Einspritzdüse 30 mit dem Kraftstofftank 10.
Der Drucksensor 26, der auch durch cir.cn Dehnungsmeßstreifen ersciY.i werden könnte, liefert über seine Signalleitung 28 ein dem zeitlichen Druckvcrlauf der Druckimpulse entsprechendes Signal. Dieses muß so beschaffen sein, daß hieraus die zeilliche Lage und die zeitlich Lange der Druckimpulse ableitbar sind, so daß es genügt, wenn über die Signalleitung 28 Impulsspitzen übertragen werden, die das Auftreten der Impulsflanken der Druckimpulse in der Förderleitung 24 repräsentieren.
Die Einspritzdüse 30 enthält in nicht dargestellter Weise einen unter Federvorspannung stehenden, beweglichen Schließkörper, der während des wirksamen Förder- bzw. Einspritzhubes der Einspritzpumpe 22 eine kalibrierte Düsenöffnung frei gibt und die Rücklaufleitung 36 verschließt. Für den Fall, daß der bewegliche Schließkörner mit einem dessen öffnungsbcwegunK erfassenden Wegsensor beispielsweise induktiv gekoppelt ist, kann auf den Drucksensor 26 mit der Signallcitung 28 verzichtet werden. Stattdessen wird eine mit dem Wegsensor verbundene sowie in F i g. 1 gestrichelt dargestellte Signalleitung 32 benutzt, über die ebenfalls eine für das zeitliche Auftreten der Impulsflanken der Druckimpulse repräsentative Signalgabe erfolgt.
Der Arbeitsraum der selbstzündenden Brennkraftmaschine 34 ist einerseits mit einem Luftansaugrohr 38 und andererseits mit einer Abgassammelleitung 40 verbunden. Von der letzteren führt außerhalb des Arbeitsraumes "ine Abgasrückführleitung 42 zu dem Luftansaugrohr 38. Der freie Strömungsquerschnitt der Abgasrückführleitung 42 ist mittels eines beweglichen Schließkörpers 44 veränderbar, der sich im vorliegenden Fall an der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung 42 in das Luftansaugrohr 38 befindet und der von einem Abgasmengensteuerglied 52 verstellbar ist.
Die Signale von der Signalleitung 28 oder alternativ von der Signalleitung 32 gelangen zu einem Mikroprozessor 46 einer Rechner-Speichcr-Einhcil. Aus den erhaltenen Signalen werden die Einspritzdauer 7) je Arbeitstakt und die Einspritzperiodendauer Tp je Arbeitstakt als einzelne oder kombinierte Größen bestimmt, die als Abiragesignale D einem elektronischen ROM-Speicher 48 zugeleitet werden. In diesem sind in einem zumindest zweidimensionaler, Kennfcld die Abhängigkeiten zwischen der Einspritzdauer Ti: sowie der Einspritzperiodendauer Tp einerseits und der Abgasrückführmengen-Steuergrößen andererseits abgespeichert. Das diesen Steuergrößen entsprechende Signal E gelangt von dem ROM-Speicher 48 zu dem Mikroprozessor 46, der seinerseits das Abgasmengcnstcuerglied 52 über einen Verstärker 50 mit einem Ventilsteuerungssignal F beaufschlagt. Alternativ ist es möglich und in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, daß der Mikroprozessor 46 eine Führungsgröße zu einem Regler 54 leitet, der seinerseits das Abgasmengensteuerglied 52 mit einem Ventilregelungssignal H beaufschlagt Von dem Abgasmengensteuerglied 52 gelangt ein Ventilstellungssignal G zu dem Regler 54, wo ein Sollwert-Istwert-Vergleich durchgeführt wird.
Es können dem Mikroprozessor 46 weitere Eingangssignale A, B, Czugeführt werden, wie beispielsweise die Motortemperatur, die Umgebungstemperatur, der Druck und dergleichen mehr. Mit Hilfe dieser Signale können die Abgasrückführmengen-Steuergrößen E modifiziert werden. Stattdessen ist es auch möglich, einen mehrdimensionalen ROM-Speicher 48 zu benutzen, in dem die Abhängigkeiten der Abgasrückführmengen-Slcucrgrößen auch von den genannten sowie weiteren Liingangssignalcn abgespeichert sind. Im Zusammenhang mit einer Berücksichtigung der Drehzahl ist festzustellen, daß der Reziprokwert der dem Mikroprozes-ί sor 46 zugeleiteten liinsprit/.pcriodcndaucr T/-die Drehzahl ergibt.
Das Abgasinengen-Sicuei glied 52. welches beispielsweise so ausgebildet werden kann, wie es in F i g. 4 dargestellt ist und noch näher beschrieben wird, sorgt mit seinem Schlicßkörper 44 dafür, daß der freie Strömungsqucrschnitt der Abgasrückführleitung 42 durch eine entsprechende Stellung des Schließkörpers 44 dem jeweiligen Rückführmengenbedarf angepaßt wird. Die Ansteuerung des Abgasmengen-Stcucrgliedes 52, welches beispielsweise als Elektromagnetventil ausgebildet ist. kann auf verschiedene Art erfolgen. Beispielsweise wird ein der jeweiligen Steuergröße entsprechender Stromfluß durch eine Magnetwicklung geleitet, oder es erfolgt eine intermittierende Betätigung des Ventils mit einem geeigneten Tastverhältnis. Abgesehen hiervon können auch andere Anstcuerungsarten vorgesehen werden.
Im vorliegenden Fall ist die Einspritzpumpe 22 beispielhaft als Reiheneinspritzpumpe dargestellt. Es sind jedoch auch andere Arten von Einspritzpumpen, beispielsweise Verteilereinspritzpumpen oder dergleichen, cinsetzbar.
Die über eine Nockenwelle von der Brennkraftmaschine angetriebene Kolben-Einspritzpumpe 22 hat in bekannter Weise einen stets konstanten Kolbenhub und einen von der jeweiligen Kolbendrehposition abhängigen wirksamen Förderhub. Diese Drehposition bzw. der Förderhub ist mittels eines Mengenverstellorgans in Form einer Rcgelstange veränderbar, die entsprechend j5 der Last bzw. des Drehmomentenwunsches z. B. durch einen Hebel verstellbar ist. Die Steuerung kann hierbei durch einen üblichen Regler oder auch mit Hilfe eines elektrischen Reglers erfolgen, der Steuergrößen, wie /.. B. die angesaugte Luftmenge, die Drehzahl oder der-4» gleichen, berücksichtigt. Jc nach Lage der Steuerkante eines Pumpcnkolbens der Einspritzpumpe fällt der Beginn oder das Ende des Förderhubes mit einer bestimmten Stellung der antreibenden Nockenwelle zusammen, während das Ende bzw. der Anfang des Förderhubes entsprechend der Stellung der Regelstange variabel ist. Beim Drehen der Nockenwelle einer Kolben-Einspritzpumpe, also beim zeillichen Verändern ihres Nokkenwellen-Winkels φ. ändert sich der tatsächliche Hub h des Pumpenkolbens beispielsweise gemäß der in F i g. 3 dargestellten Hubkurve zwischen nicht näher bezeichneten Minimal- sowie Maximalwerten. Der eigentliche Rjrdcrhub beginnt im Falle einer Einspritzpumpe mit einer unten liegenden Steuerkante ihres Pumpenkolbens stets bei einem bestimmten Nockenwellen-Winkel g>a und endet je nach gewünschter Leistungsabgabe des Motors, z. B. in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrpedalstellung, bei einem variablen Nockenwellen-Winkel q>\. Demnach erfolgt die wirksame Kraftstofförderung im Bereich des Einspritzwinkels φε. Je nach Drehbo position des Pumpenkolbens ist der wirksame Einspritzwinkel gif: kleiner oder größer. Während des Einspritzwinkels g>E ist der Kraftstoff-Rücklauf der Einspritzpumpe geschlossen. Im Falle einer Einspritzpumpe mit oben liegender Steuerkante des Pumpenkolbens treten umgekehrte Verhältnisse auf. so daß der Kraftstoff-Rücklauf der Einspritzpumpe in Abhängigkeit von der Kolbendrehung ab einem variablen φ^ geschlossen und ab einem festen g>\ wieder geöffnet wird.
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AlL
Wie es aus F i g. 3 ersichtlich ist, führt der Pumpenkolben während des Einspritzwinkels φε einen wirksamen Förderhub H? aus, der sich aus der Differenz zwischen dem variablen maximalen Hub H\ am Einspritzende und dem festen minimalen Hub Mi am Einspritzanfang ergibt. Ein solcher Finspritzhub Hf. tritt während jeder Periode ψρ des Nockenwellen-Winkels einmal auf. Dieser Winkel g>pv/\. J zwischen zwei festen Anfangs- oder Endpunkten der aufeinanderfolgenden Förderhubphasen gemessen, im vorliegenden Fall jeweils zwischen den Anfängen zweier aufeinanderfolgender Förderhubphasen.
Während der Förderhubphasen der Einspritzpumpe ist der Kraftstoffrücklauf geschlossen, so daß der Kraftstoff in die auslaßseitigc Förderleitung 24 gelangt, um aus dieser über eine kalibrierte Einspritzdüse des Einspritzventils 30 eingespritzt zu werden. Deshalb baut sich in der Förderleitung während der wirksamen Förderhubphasen ein Überdruck auf. wie es in F i g. 1 darbestimmte Einspritzmenge pro Arbeitstakt zuzuordnen. Gleichzeitig kann aus der ermittelten Einspritzperiodendauer Tr durch Bilden des Reziprokwertes die Drehzahl π bestimmt werden.
Demnach ist es möglich, jeder Kraftstoffeinspritzmenge eine bestimmte Abgasrückführmenge zuzuordnen, indem im ROM-Speicher 48 in Zuordnung zu jedem Wertepaar von Ti; und Tp eine bestimmte Abgasrückführmengc-Stcuergröße abgespeichert und bei Bedarf abgefragt wird. Da.« Speicherkennfeld des ROM-Speichers 48 kann zwei- oder mehrdimensional aufgebaut sein und auch andere Parameter, wie z. B.Temperaturen, Drücke oder zur reziproken Einspritzperiodendauer proportionale Drehzahlen, berücksichtigen. Somit kann durch Bestimmen der jeweiligen Wertepaare von Ti- und Tr jeder Kraftstoffeinspritzmenge, ggf. unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter, eine bestimmte Abgasrückführmenge zugeordnet und durch entsprechendes Verstellen des Schließkörpers 44 bzw.
gestellt ist. Der Druckverlauf ρ (t) zeigt immer dann 20 des freien Strömungsquerschnitts der Äbgasrück'ühr-
über einen Schwelldruck ps ansteigende Druckimpulsc, wenn die wirksame Förderhubphase der Einspritzpumpe 22 vorliegt. Gemäß F i g. 2 erfolgt der Beginn des Druckimpulses zum Zeilpunkt in, und der Druckimpuls endet nach einer variablen Einspritzdauer Ti-- zum Zeitpunkt f|. Demnach fallen die Zeiten ro und fi mit dem Auftreten der Nockenwellen-Winkel g\> und q>\ zusammen. Entsprechend der periodischen Hubkurve aus F i g. 3 mit dem periodischen Nockenwellen-Winkel g>r treten die Druckimpulse ebenfalls periodisch mit der Periodendauer 7>auf. Diese wird bei Verwendung einer Einspritzpumpe mit jeweils festliegendem Einspritzbeginn bei g\> zwischen den anfänglichen bzw. ansteigenden Impulsflanken zweier aufeinanderfolgender Druckimpulse gemessen. Bei Verwendung einer Einspritzpumpe mit festliegendem Einspritzende bei g>\ erfolgt die Messung der Einspritzperiodendaucr Tr zwischen den endseitigen bzw. abfallenden Flanken aufeinanderfolgender Druckimpulse, wie es in Fig. 1 durch einen gestrichelten Doppelpfeil dargestellt ist.
Die pro Arbeitstakt der Einspritzpumpe eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt veh aus dem Produkt der Pumpenkolbenfläche und dem wirksamen Förder- bzw. Einspritzhub He- Dieses gilt für alle Kolben-Einspritzpumpen mit unten oder oben liegender Stcuerkantc des Pumpenkolbens.
Zwischen der aus den Druckimpulsen bestimmten Einspritzdauer Te sowie Einspritzperiodendauer Tp einerseits und den Nockenwellen-Winkeln andererseits besteht folgender Zusammenhang:
ψρ
Ψε
Hieraus ergibt sich der Einspritzwinkel zu
Ψε "9p
.Il
Da der periodische Nockenwellen-Winkel ?y bekannt ist und beispielsweise 360" beträgt, kann mit dem Quotienten 7V7>der Einspritzwinkel ?γ-ermittelt werden. Da andererseits der Einspritzbeginn bei φα festliegt, ergibt sich aus der pumpenspezifischen Hubkurvc h mit dem ermittelten gir ein bestimmter Einspritzhub Hr. dem über eine bestimmte Pumpenkolbenfläche eine bestimmte Einspritzmenge pro Arbeitstakt zugeordnet ist. Es ist demnach möglich, jedem Verhältnis TiITp eine leitung 42 eingestellt werden.
Gemäß Fig.4 kann das Abgasmengen-Steuerglied 52 beispielhaft in Form einer elektromagnetisch gesteuerten, pneumatischen Membrandose ausgebildet sein.
deren beweglicher, kegeliger Schließkörper 44 einem entsprechend kegeligen Ventilsitz 56 an der Einmündungsstcllc der Abgasrückführleiiung 42 in das Luftansaugrohr 38 zugeordnet ist. Die Membrandose enthält eine bewegliche Membran 58. die mit dem SchlieBkör-
jo per 44 mechanisch verbunden ist und den Innenraum der Membrandose in einen belüfteten Membranraum 60 sowie einen Steuerdruckraum 62 unterteilt. Die Membran 58 ein hiermit verbundener Membranteller wird durch eine gestrichelte, nicht näher bezeichnete Membranfcder in Schlicßrichtung des Schließkörpers 44 vorgespannt. Der Stcucrdruckraum 62 kann mit einem variablen Steuerdruck beaufschlagt werden. Beispielsweise ist es möglich, den Steucrdruckraurri 62 über ein Magnetventil 64 mit einem Unterdruck pu, wie aus dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, und/oder über ein Magnetventil 66 mit dem Umgebungsdruck PA zu beaufschlagen. )c nach der Stellung der Magnt .ventile 64, 66 läßt sich somit im Steuerdruckraum 62 ein zwischen dem Unterdruck P11 und dem Umgebungsdruck ρ* variabler Steuerdruck einstellen. Beispielsweise können die Magnetventile 64,66 von dem Regler 54 aus F i g. 1 mit Vcntilregelungssignalen Hi. H-< angesteuert werden, um den Schließkörper 44 in eine der jeweiligen Abgasrückführmengen-Steuergröße entsprechenden Stellung zu bringen. In der Membrandose befindet sich ferner ein mit der Membran 58 mechanisch gekoppelter Stellungsmelder 68, der ein Ventilstellungssignal G erzeugt und zu dem Regler 54 leitet. Dieser Stellungsmelder kann beispielsweise ein stromdurchflossenes Potentiometer aufweisen, dessen der Membranstellung entsprechend verstellter Abgriff das Ventilstellungssignal G als stellungsvariablcs Spannungssignai beinhaltet. Das in F i g. 4 dargestellte Abgasmengen-Steuerglied 52 ist lediglich beispielhaft und kann in vielfältiger Weise abge-
bo wandelt werden. Dieses wäre beispielsweise dann der Fall, wenn auf den Regler 54 aus F i g. 1 verzichtet werden soll und lediglich eine Ansteuerung über den Verstärker 50 erfolgt, also ein Ventilstellungssignal C enthält.
··' Das Verfahren und die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung lassen vielfältige Abwandlungen zu. Wichtig ist dabei jedoch, daß die Abgasrückführmengen in Abhängigkeit von der Einspritzdauer Tr sowie der
11
Einspritzperiodendauer Tp und entsprechend weiterer Parameter der jeweiligen Kraftstoffeinspritzmenge in sehr einfacher Weise gesteuert werden, in dem in einem Kennfeld zumindest in Abhängigkeit von Ti. Tp abgespeicherte Abgasrückführmengen-Steuergrößen abge- ■> fragt werden, nachdem die jeweils vorliegenden Wertepaare von Te und Tp in sehr einfacher Weise aus den Druckimpulsen im Druckstrang der Einspritzpumpe bestimmt worden sind.
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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
30
35
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60
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Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Steuern von Abgas-Rückführmengen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. die von einer Einspritzpumpe versorgt wird und ein einer Abgas-Rückführleitung zugeordnetes Abgasmengen-Steuerglied aufweist, welches in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der über eine Nockenwelle angetriebenen Kolben-Einspritzpumpe in derem auslaßseitigen Druckstrang auftretenden Druckimpulse in an sich bekannter Weise direkt oder indirekt erfaßt sowie aus ihrer Impulsdauer je Arbeitstakt die Einspritzdauer bestimmt werden, daß ferner aus der Impulsperiodendauer dieser Druckimpulse je Arbeitstakt die Einsprilzperiodendauer 7> bestimmt wird und daß in einem Kennfeld wenigstens in Abhängigkeit von den so ermittelten Variablen Eirspritzdauer 7/ und Einspritzperiodendauer 7>in an sich bekannter Weise zuvor abgespeicherte Abgas-Rückführmengen-Sieuergrößcn entsprechend den jeweils bestimmten Variablen abgefragt sowie zum Steuern der Abgas-Rückführung benutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckimpulse in der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe direkt erfaßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daii die Druckimpulse durch Bestimmen von Durchmesser- und'oder L?ngenänderungcn der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe oder durch Bestimmen der Offn «ngsvorgänge einer der Einspritzpumpe nachgeschaiteten. mit einem in Schließrichtung vorgespannten Schließkörpcr versehenen Einspritzdüse indirekt erfaßt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen in Abhängigkeit von einzclnen Wertepaaren der Variablen Einsprii/daucr T1 und Einspritzperiodendauer Tp abgespeichert ur.d abgefragt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen in Abhängigkeit von dem zur Einspritzmenge pro Arbeitstakt proportionalen Quotienten TtITr der Variablen Einspritzdaucr Ti und Einspritzperiodendaucr Tr abgespeichert und abgefragt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Rückführmengen-Stcuergrößen in zusätzlicher Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. dem Reziprokwert der Einspritzperiodctidauer 7>abgespeichert und abgefragt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Rückführmengen-Steuergrößen in zusätzlicher Abhängigkeit von zumindest einer weiteren Variablen, die dem Druck und/oder der Temperatur, abgespeichert und abgefragt werden.
8. Verfahren mich einem der Ansprüche I bis dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Abgus-Rückführmcngen-Stcucrgrößc durch Interpolation zwischen den abgespeicherten Steuergrößen ermittelt wird.
9. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8. gekennzeichnet
io
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