DE3137390A1

DE3137390A1 - Steuereinrichtung zum regeln der abgasrueckfuehrrate bei einer brennkraftmaschine mit selbstzuendung

Info

Publication number: DE3137390A1
Application number: DE19813137390
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr. Eckert; Wolfgang 7000 Stuttgart Ripper; Wolfgang Ing.(grad.) 7141 Oberriexingen Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-19
Filing date: 1981-09-19
Publication date: 1983-04-07
Also published as: FR2513317A1; US4531499A; FR2513317B1; JPS5862349A

Description

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κ. 17337

31.7.1981 Mii/Le

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Steuereinrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate "bei einer Brennkraftmaschine mit Sel"bstzündung

Stand der Technik

Der Regelung der Abgasrückführrate bei selbst zündenden Brennkraftmaschinen kommt aus Abgasgründen eine große Bedeutung zu. Dies deshalb, weil je nach Abgasanteil an der Zylindergesamtfüllung die Verbrennung des Kraftstoffs unterschiedlich schnell erfolgt. Somit auch bezüglich der einzelnen Abgaskomponenten eine unterschiedliche Verteilung auftritt. Grob gesehen, verringert sich mit zunehmendem Abgasanteil die Verbrennungsgeschwindigkeit, was wiederum eine bessere Verbrennung bestimmter Schadstoffkomponenten mit sich bringt. Andererseits beeinträchtigt eine hohe Abgasbeimischung das Leistungsvermögen der Brennkraftmaschine.

Es wurden bereits verschiedene Abgasmengenregeleinrichtungen bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung bekannt, die je nach Last- und Drehzahlsignal den Abgasanteil an der Zylindergesamtfüllung bestimmen. Wenn diese bekannten Systeme auch im allgemeinen zufriedenstellend arbeiten,so vermögen sie doch nicht in allen

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Betriebsbereichen optimale Ergebnisse zu liefern. Dies deshalb, weil dort die Verbrennungsvorgänge als solche nicht unmittelbar beobachtet werden und somit auch keine entsprechende Reaktion eingeleitet werden kann.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate wird weitgehend das physikalische Verhalten der Verbrennungsvorgänge mit zur Regelung ausgenützt, so daß mit dieser Steuereinrichtung optimale Ergebnisse, erzielbar.-'sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 und 2 Signalbilder der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, Figur 3 ein Häufigkeitsdiagramm bestimmter Signale zur Erläuterung des Erfindungsgedankens und schließlich Figur k ein grobes Blockschaltbild der Steuereinrichtung selbst.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Steuereinrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung. Je nach Abgaszumischung bei der Zylindergesamtfüllung ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Verbrennungsgeschwindigkeiten unterschiedliche Druckschwankungen, deren abgeleitete Signale in Figur 1 und 2 aufgetragen sind. Dabei zeigt Figur 1a und 2a das Signalverhalten ohne Abgasrückführung und die Figuren 1b und 2b das entsprechende Signalverhalten mit Abgasrückführung. Erkennbar sind aus Figur 1 wesentlich

höhere maximale Amplituden im differenzierten Verbrennungsdrucksignal dann, wenn keine Abgasrückführung vorgenommen wird. Dies deshalb, weil dann die Flammenfront sehr schnell durch den Brennraum wandert und somit scharfe Druckanstiege nach sich zieht.

Nicht nur die maximalen Amplituden des differenzierten Verbrauchssignal sind je nach Abgasrückführrate unterschiedlich, sondern auch die Gleichförmigkeit der Verbrennungsvorgänge. Erkennbar ist dies aus Figur 2. Nach dieser Darstellung findet die Verbrennung ohne rückgeführtes Abgas wesentlich unruhiger statt, was in unterschiedlichen Maximalamplituden seinen Niederschlag findet. Demgegenüber liegt bei einer Abgas enthaltenden Zylindergesamtfuhrung eine ruhigere Verbrennung vor, wenn auch statistische Streuungen Ausreißer im Meßergebniss zeigen.

Während die Figuren 1 und 2 nur sehr grob die Verhältnisse beim differenzierten Verbrennungsdruck mit und ohne Abgasrückführung zeigen, ist in Figur 3 ein Meßdiagramm enthalten, in dem auf der Abszisse positive Amplitudenwerte des differenzierten Signals aufgetragen sind und die Ordinate die zeitbezogene Häufigkeit der jeweiligen positiven Amplituden zeigt. Betrachtet man bei dem speziellen Beispiel von Figur 3 bei der positiven Amplitude z.B. einen Schwellwert von 6,1 Volt dann erhöht sich die zeitbezogene Häufigkeit der auftretenden Amplituden entsprechend dem Abgasanteil. Besonders deutlich ändert sich die Häufigkeit im Bereich von etwa 50 bis 70 % Abgasanteil. Während bei einem hohem Abgasanteil die Verhältnisse relativ eindeutig sind, gibt es bei einem Abgasanteil unterhalb von 50 % Meßwertverfälschungen aufgrund besonderer physikatr. lischer Effekte. Erkennbar wird dies bei einem Schwellwert von z.B. 8 Volt, bei dem die zeitbezogene Häufigkeit für einen 39 $igen Abgasanteil geringer ist als für einen 0 #igen.

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Bei der speziellen Brennkraftmaschine, an der das in Figur dargestellte Diagramm abgenommen wurde, eignet sich somit die erfindungsgemäße Steuereinrichtung vor allem im Bereich einer Abgaszumessung oberhalb 50 %, sofern der Schwellwert bei etwa 6 Volt angenommen wird. Je nach Schwellwertlage und Interpretation des Meßergebnisses der Häufigkeit sind jedoch auch Bereiche unter 50 % beherrschbar. Die in Versuchen ermittelte optimale ARF-Rate liegt beim vorliegenden Betriebspunkt bei A-50 %.

Aufgrund der aus Figur 3 ersichtlichen Möglichkeit der genauen Zuordnung von Abgasanteil von zeitbezogener Häufigkeit entsprechender Amplituden ist es möglich, den Abgasanteil· über das Meßergebnis der Amplitudenhäufigkeit festzulegen bzw. zu regeln. Das Blockschaltbild einer entsprechenden Steuereinrichtung zeigt grobschematisch Figur k.

In Figur k ist mit 10 ein Abgasrückführungsregler für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine bezeichnet, dem eingangsseitig ein Sollwert-Istwert-Vergleichspunkt 11 vorgeschaltet ist. 12 und 13 kennzeichnen Sensoren für die Last und die Drehzahl, die ihr Ausgangssignal an ein mehrdimensionales Kennfeld 1^ weitergeben, in dem Sollwerte für die zeitbezogene Häufigkeit -entsprechend den Ordinatenwerten
von Figur 3 gespeichert sind. Ein spezieller Eingang 15 in das Kennfeld verdeutlicht z.B. eine temperaturabhängige
Beeinflussung der Kennfeldwerte, die letztlich den Sollwert für den Vergleichspunkt 11 liefern.

Ein Verbrennungsdrucksensor 16 steht mit einer Filter- und Differenzierstufe 17 in Verbindung, der ein Schwellwertschalter l8 und eine monostabile Kippstufe 19 nachfolgt.

Die Ausgangssignale dieser monostabilen Kippstufe 19 werden in einem Zähler 20 in einem durch eine Zeitstufe 21 vorgegebenen drehzahlabhängigen Zeitintervall gezählt und mn einem Speicher 2J zwischengespeichert. Das Speicherergehnis steht dann dem Vergleichspunkt 11 als Istwert zur Verfugung. 22 kennzeichnet schließlich eine Differenzbildungsstufe zwischen der Filter- und Differenzierstufe und dem Schwellwertschalter 18.. Sie kommt dann zum Tragen, wenn anstelle der Amplitudenwerte im differenzierten Signal die Amplitudendifferenzen zur Regelung der Abgasrückführrate ausgewertet werden sollen.

Die in Figur k dargestellte Steuereinrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate arbeitet nun wie folgt:

Die mit dem Verbrennungsdrucksensor 16 erfaßten Verbrennungsdrücke - entweder unmittelbar mittels eines Drucksensors im Brennraum oder einem entsprechend modifizierten Klopfsensor an der Brennkraftmaschine - werden gefiltert und differenziert, so daß am Ausgang der Filter- und Differenzierstufe 17 Signalbilder nach Figur 1 und 2 zur Verfügung stehen. Der nachfolgende Schwellwertschalter 18 fragt die differenzierten Signale auf Schwellwert ab und wird ein derartiger Schwellwert überschritten, dann wird die nachfolgende monostabile Kippstufe 19 getriggert und der Zähler 20 erhöht sein Zählergebnis um 1. Am Ende eines vom Zeitgeber 21 bestimmten drehzahlabhängigen Zeitintervalls wird der Zählerendwert in den Speicher 23 eingeschrieben und steht dann als Istwert für die Abgasregelung zur Verfügung. Die entsprechenden Sollwerte entstammen dem Kennfeld 1U, die meßtechnisch für den bestimmten Brennkraftmaschinentyp aufgenommen wurden.

Aufgrund des Auswertens der Häufigkeit bestimmter Amplitudenwerte im differenzierten Verbrennungsdrucksignal müssen für diesen Rege lungsvorgang zwangsläufig ein« bestimmte Aiuuüil.

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von Verbrennungsvorgängen erfaßt werden, bevor eine Auswertung des Meßergebnisses möglich, ist. Daher ist diese Art der Abgasrückführregelung relativ langsam, doch ermöglicht sie auf relativ einfache Art und Weise eine fortlaufende Eichung eines einfachen gesteuerten Abgasrückführsystems, wobei mittels der in Figur k dargestellten Anordnung Veränderungen bezüglich der Abgasrückführrate z.B. infolge von Drifterscheinungen ausgeschaltet werden können. In diesem Fall braucht diese Regelung auch nicht sehr schnell zu sein und sie kann auch lediglich in speziellen Betriebsbereichen erfolgen, die sich dafür besonders gut eignen (siehe hierzu die Darstellung von Figur 3) und/oder die besonders kritisch sind.

Die einzelnen Elemente des Blockschaltbildes von Figur k sind als solche bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Für den Fall, daß die Einrichtung nach Figur h lediglich bei bestimmten Betriebszuständen arbeiten soll, sind im Abgasrückführsteuergerät 10 entsprechende ebenfalls bekannte Schalteinrichtungen vorzusehen, die z.B. last- und drehzahlabhängig arbeiten.

Leerseite

Claims

31.?.1981 Mü/Le

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1.)Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, dadurch gekennzeichnet, daß Verbrennungsdrucksignale mittelbar und/oder unmittelbar auf Betriebskenngrößen abhängige Sollwerte geregelt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsdrucksignal differenziert und die Häufigkeit auftretender bestimmter Amplitudenwerte auf einen Sollwert geregelt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Verbrennungsdrucksignal differenziert und die Durchschnittsdifferenz der Amplitudenwerte des differenzierten Signals auf einen Sollwert regelbar ist.

h. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einem Verbrennungsdrucksensor (16) eine Filter- und Differenzierstufe (17) nachgeschaltet ist, deren Ausgangssignal über einen Schwellwertschalter (18) eine monostabile Kippstufe (19) triggert, die Kippstufensignale

/vorzugsweise

in einem Zähler (20) pro drehzahlabhängig^ Zeiteinheit gezählt werden und das Zählergebnis mit einem Istwert aus einem Speicher (1U) verglichen wird und abhängig vom Vergleichsergebnis die Abgasrückführeinriehtung steuerbar oder regelbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertschalter (18) eine Differenzenbildungsstufe (22) vorgeschaltet ist.

6. Einrichtung nach wenigstems einen der Ansprüche 1 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, daß sie nur zu bestimmten Betriebszuständen .einschaltbar ist.

T, Einrichtung nach weigstems einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des ■Verbrennungsdrucksignals ein Klopfsensor dient.