DE3419069A1

DE3419069A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der abgasrueckfuehrung bei einem dieselmotor

Info

Publication number: DE3419069A1
Application number: DE19843419069
Authority: DE
Inventors: Ikeda Susono Shizuoka Shinji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-05-23
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1984-11-29
Also published as: JPS59215952A; DE3419069C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor und insbesondere auf ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung in einer Umgebung, in der sich der Atmosphärendruck mit einer Änderung in der Höhe über dem Meeresspiegel, in welcher der Motor arbeitet, ändert, und' sie bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Rückführung von Abgas zu den Zylindern eines Dieselmotors wird ein Teil des Abgases dem Abgassystem entnommen und für die Rückführung zum Ansaugsystem bezüglich' Temperatur, Zeitpunkt sowie Strömungsmenge geregelt, weshalb die Abgasrückführung für die Verminderung von NOx sehr wirksam

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ist. Wenn jedoch das Abgas in einer Umgebung mit niedrigem Druck, z.B. im Hochland, in der gleichen Weise wie im Tiefland zurückgeführt wird, dann führt das zwangsläufig zum Auftreten von weißem Rauch oder Qualm, während der Motor mit konstanter Last betrieben wird, und insbesondere im Leerlauf des Motors.

Um diesen Mißstand zu überwinden, wurde vorgeschlagen, einen Luftdruckfühler zu verwenden, dessen Ausgang in Abhängigkeit vom Atmosphärendruck geändert wird, womit die Menge oder Rate des rückgeführten Abgases auf einen verminderten Wert eingestellt wird, wenn der Dieselmotor im Hochland arbeitet.

Der Luftdruckfühler nach dem Stand der Technik ist jedoch insofern mit Nachteilen behaftet, als er ein relativ großes Volumen hat und deshalb viel Raum beansprucht, was darauf beruht, daß der Luftdruck durch Bestimmen einer mechanischen Verlagerung einer in dem Meßgerät verwendeten Membran od. dgl. gemessen wird, wobei' die mechanische Verlagerung auf einen Unterschied im Luftdruck zwischen . dem Inneren und Äußeren des Meßgeräts zurückzuführen ist. Ferner ist ein solches Meßgerät auch nicht genügend genau und korrekt, und seine mechanisch bewegbaren Teile sind für Störungen sowie Fehlfunktionen anfällig. Insofern besteht schon seit längerer Zeit ein Bedarf an einem einfachen Verfahren zum Messen des Luftdrucks, wobei mechanische Bewegungen nicht auszuführen sind, und es besteht Bedarf an einem Meßgerät, das zusätzlich noch eine weitere Funktion erfüllen kann, da für Kraftfahrzeuge die Forderung nach mehr und mehr kompakter Gestaltung sowie gesteigerter Gewichtsverminderung besteht.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor anzugeben» das ohne irgendeinen üblichen Luftdruckfühler, der mechanisch arbeitet, auszuführen ist, indem andere Parameter als der Atmosphärendruck gemessen und verwendet werden.

Hierbei ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor aufzuzeigen, wobei die Abgasrückführmenge entsprechend dem Licht der im Zylinder brennenden Flamme und auch in Übereinstimmung mit der Änderung im Atmosphärendruck, d.h. der Höhe über NN, in der der Motor arbeitet/ gesteuert wird.

Des weiteren liegt ein Ziel der Erfindung in einem Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor, wobei die Abgasrückführmenge ganz genau in Übereinstimmung mit dem Mittelwert der von einem Flammenfühler erfaßten Spitzenwerte des Lichts der brennenden Flamme (Zündflamme) ohne mechanischen Bewegungen von Bauteilen gesteuert wird, so daß eine Anpassung an die Höhe, in der der Motor arbeitet, erfolgt.

Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor zu schaffen, bei der ein elektronisches Steuergerät mit einem Mikroprozessor, einem ROM sowie einem RAM zur Anwendung kommt, um über Datenpläne, die im ROM gespeichert sind, entsprechend von verschiedenen Fühlern, z.B. einem Flammenfühler, einem Fahrpedal-Öffnungswinkelfühler, einem Motordrehzahlfühler usw., erfaßten Signalen die Abgasrückführmenge ganz genau zu steuern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor, wobei spezifische Steuerprogramme zur Regelung der Abgasrückführmenge vorbereitend und vorab im ROM gespeichert worden sind.

Eines der Merkmale der Erfindung liegt in einem Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor, das gekennzeichnet ist durch die Schritte: Erfassen der Motordrehzahl NE und der Motorlast LD, Ableiten einer Grund-Abgasrückführmenge E aus einem in einem Speicher in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl sowie -last gespeicherten Plan, Bestimmen, ob der öffnungswinkel eines Fahrpedals in einer vorbestimmten Stellung ist oder nicht, Bestimmen in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der ersten Bestimmung, ob ein Zähler über einem vorgegebenen Zählwert η liegt oder nicht, Erfassen der Intensität des Lichts der brennenden Kraftstofflamme mittels eines Flammenfühlers sowie des Spitzenwerts F(i) der η-ten brennenden Flamme und Berechnen der Summe (F ) der Spitzenwerte, Berechnen des mittleren Werts F = F /n und Ermitteln eines Korrekturfaktors K für die Abgasrückführmenge E_f (F ) in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der zweiten Bestimmung, Ermitteln einer End-Abgasrückführmenge (E,.) aus der Grund-Abgasrückführmenge (Eq) und dem Korrekturfaktor (K) durch Errechnen von E_f = E_Q χ K und Berechnen der Leistung eines ersten, an ein Unterdruck-Regelventil für die Steuerung der Abgasrückführmenge in Übereinstimmung mit der Funktion g(E.p) als Ergebnis der Berechnung zu legenden Steuersignals.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor, die gekennzeichnet ist durch eine mit einem Abgasrückf ührregelventil versehene, zwischen einem Ansaugkrümmer und einem Abgassammler geschaltete Abgasrückführ-

leitung, durch eine Kraftstoff-Einspritzpumpe mit einem Zeitsteuerventil zur Steuerung des Einspritzzeitpunkts der Einspritzpumpe, durch ein Unterdruck-Regelventil, das zwischen dem Abgasrückführregelventil sowie einer Vakuumpumpe angeordnet ist und den Durchtrittsquerschnitt des Abgasrückführregelventils in Übereinstimmung mit der Änderung im Unterdruck von dem Unterdruck-Regelventil regelt, durch eine Mehrzahl von Fühlern zum Erfassen der Motordrehzahl, der Motorbelastung, des öffnungswinkels eines Fahrpedals, des Lichts einer brennenden Kraftstofflamme usw. und durch ein elektronisches Steuergerät, das eine Zentraleinheit, die von den Fühlern verschiedene Signale sowie Daten empfängt, verschiedene Operationen sowie Berechnungen mit diesen Daten sowie den erfaßten Signalen ausführt und in Übereinstimmung mit Steuerprogrammen Steuersignale an das Abgasrückführregelventil, an das Zeitsteuerventil usw. abgibt, das ferner einen Festspeicher, der vorbereitend vorab verschiedene Datenpläne, wie durch die Motordrehzahl NE sowie Motor last LD bestimmte Abgasrückführmengen, und die Steuerprogramme zur Steuerung des Betriebs der Zentraleinheit speichert, und einen Speicher mit freiem Zugriff, der vorübergehend den von den Fühlern erfaßten Signalen entsprechende Daten speichert, umfaßt, so daß das Unterdruck- Regelventil zur Regelung der Abgasrückführmenge und auch das Zeitsteuerventil zur Regelung der Zeiteinstellung für die Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung.mit d.en von den Fühlern erfaßten Signalen, den Datenplänen und den Steuerprogrammen gesteuert werden.

Die oben genannten sowie weitere Ziele, die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von Ausführungsformen für diese deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des gesamten Systems eines Motors, bei dem der Erfindungsgegenstand zur Anwendung kommt;

Fig. 2 einen Schaltplan für das elektronische Steuergerät von·Fig. 1; . ■

Fig. 3 einen Teilschnitt bzw. eine Teilansicht des in Fig.l gezeigten Flammenfühlers;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil des Motors von Fig. 1 und des in diesen eingebauten Flammehfühlers;

Fig. 5 die grundsätzliche Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor;

Fig. 6 eine Anordnung im Detail zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Steuerung der Ab- ■ gasrückführung bei einem Dieselmotor in Ergänzung zu Fig. 5;

Fig. 7 einen Plan für die von der Motordrehzahl und -last bestimmte Grund-Abgasrückführmenge, der im ROM von Fig. 2 gespeichert ist;

Fig. 8 eine Kurve über die Beziehung zwischen dem Scheitel- oder Spitzenwert des Zündflammenlichts und dem Ansaugleitungsdruck;

Fig. 9 eine Kennkurve über die Beziehung zwischen dem Ansaugleitungsdruck und dem Korrekturfaktor K ;

Fig. 10 einen· Programmflußplan zur Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts unter dem Einfluß des in Fig. 1 gezeigten Zeitsteuerventils.

Im folgenden wird der Einfachheit halber das Wort "Abgasrückführung" durch "AR" in jeglicher Verbindung ersetzt.

— ι 9 —

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Dieselmotors 21 der AR-Bauart mit den diesem zugeordneten peripheren Einheiten. Der Dieselmotor 21 hat einen Zylinder 22, einen Zylinderkopf 24, einen mit dem Abgasaustritt 25 des Zylinderkopfs verbundenen Abgassammler 23 und einen mit der Ansaugöffnung 27 des Zylinderkopfs 24 verbundenen Ansaugkrümmer 26.

Mit dem Ansaugkrümmer 26 ist eine vom Abgassammler 23 abzweigende Abgasrückfuhrleitung 28 verbunden, in die ein ■ AR-Regelventil 29 der Membranbauart eingesetzt ist dessen Öffnungsquerschnitt oder -fläche entsprechend der Änderung im Unterdruck der über eine Leitung 30 angelegten Luft geändert werden kann, womit die AR-Menge vom Abgassammler 23 zum Ansaugkrümmer 26 geregelt wird.

Am Zylinderkopf 24 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil 31 befestigt, das von einer Kraftstoff-Einspritzpumpe 32 über eine Hochdruckleitung 32a zugeführten Kraftstoff in einen Hilfs-Brennraum 33 des Dieselmotors einspritzt. Dieser Hilfs-Brennraum 33 ist eine Vorkammer, eine Wirbel- oder eine Luftkammer. Ein Wassertemperaturfühler 34 erfaßt die Temperatur des Motor-Kühlwassers und erzeugt ein dafür kennzeichnendes Signal. Ferner erfaßt ein der (nicht gezeigten) Kurbelwelle zugeordneter Fühler 35 die Drehzahl des Motors 21 und erzeugt ein für diese kennzeichnendes Signal, und dieser Fühler 35 dient auch dazu, den oberen Totpunkt, der ein Lagebezugspunkt ist, im Zylinder zu erfassen. Im Hilfs-Brennraum 33 ist ein Flammenfühler 36 so angeordnet, daß er das Licht von der Zündungs- oder Brennflamme im Brennraum 36 aufnimmt und dieses über eine optische Faser 36a zu einer Lichterfassungsschaltung 36b überträgt, von welcher ein auf das Licht bezogenes elektrisches Signal abgegeben wird.

Mit einem Gas- oder Fahrpedal 42 ist ein Beschleunigungshebel 32b der Kraftstoff-Einspritzpumpe 32 gekoppelt. Bei Drehung des Beschleunigungshebels 32b wird die dem Drehungsgrad des Hebels 32b entsprechende Kraftstoffmenge über die Hochdruckleitung 32a unter Druck dem Einspritzventil 31 zum Einspritzen zugeführt. Mit dem Fahrpedal 42 ist ein Fahrpedal- oder Öffnungsfühler 42a gekoppelt, der ein elektrisches Analogsignal erzeugt, das für das Durchtreten des Fahrpedals kennzeichnend ist. Ein Zeitsteuerventil 32c dient der Einstellung des Einspritzzeitpunkts seitens der Einspritzpumpe 32, wobei der Öffnungsquerschnitt durch ein Steuersignal 44 geregelt wird.

Ein elektromagnetisches Unterdruck-Regelventil 61 führt von einer Vakuumpumpe 62 über eine Leitung 6 3 und eine Unterdrucköffnung 64 Unterdruck sowie von einer Luftansaugleitung 66 Luft ein, womit der Unterdruck geregelt wird, und es legt den geregelten Unterdruck von einer Unterdruckregelöffnung 67 über die Leitung 30 an das AR-Ventil 29.

Ein elektronisches Steuergerät 70 verarbeitet die Signale vom Obertotpunkt/Motordrehzahlfühler 35, vom Flammenfühler 36 sowie vom Fahrpedal-Öffnungsfühler 42a, rechnet in Übereinstimmung mit einem Steuerprogramm und gibt ein Steuersignal 65 an das elektromagnetische Unterdruck-Regelventil 61 sowie ein Steuersignal 44 an das Zeitsteuerventil 32.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform für das elektronische Steuergerät 70 und die diesem zugeordneten Bauteile in Form eines Blockdiagramms.

Eine Zentraleinheit (ZE) 71 empfängt die Daten von den verschiedenen Fühlern, stellt entsprechend einem Steuerprogramm Berechnungen an und führt verschiedene Operationen sowie Verarbeitungen zur Steuerung des Betriebs der ver-

schiedenen Einheiten aus. In einem Festspeicher (ROM) 72 sind ein Steuerprogramm sowie Eingangsdaten gespeichert. Ein Speicher 73 mit freiem Zugriff (RAM) dient dem vorübergehenden Auslesen sowie Einschrieben von Daten für die Eingabe in das elektronische Steuergerät 70 bzw. von Daten, die für die Berechnugnen und die Steuerung notwendig sind. Ein Back-up-Speicher 74 mit freiem Zugriff (Back-up-RAM) ist ein nichtflüchtiger, energieunabhängiger Speicher, der von einer Batterie versorgt wird, um die Daten, die für einen nachfolgenden Betrieb des Motors erforderlich sind, auch dann festzuhalten, wenn der Zündschalter ausgeschaltet ist. Die Ausgangssignale der Fühler 34 und 42a werden Puffern 75 bzw. 76 zugeführt. Ein Multiplexer 79 dient der Ausgabe der Signale von den Fühlern zur ZE 71 in ausgewählter Weise. Ein A/D-Wandler 80 setzt Analogsignale in digitale Signale um. über einen Eingangs/Ausgangs-Kanal 81 werden die über die Puffer 75 und 76, über den Multiplexer 79 sowie den A/D-Wandler 80 zugeführten Signale an die ZE abgegeben und die Steuersignale von der ZE 71 dem Mulitplexer 79 sowie dem A/D-Wandler 80 zugeleitet'. Eine Extremoder Scheitelwert-Halteschaltung 82 hält den Extremwert eines Signals vom Flammenfühler 36 fest, und dieser Extremwert wird über den Multiplexer 79 dem A/D-Wandler 80 zugeführt, in dem er von analoger in digitale Form umgesetzt wird, worauf er als Eingang dem Eingangs/Ausgangs-Kanal zugeleitet wird. Der Spitzenwert wird mit einem bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel abgegebenen und von der ZE 71 . über den Kanal 81 zugeführten Signal aktualisiert. Wenn anstatt eines Scheitelwerts ein integrierter WErt von Impulsen zur Anwendung kommt, dann wird für die Extremwert-Halteschaltung 82 eine Integrierschaltung benutzt. Eine Impulsformerschaltung 84 formt die Wellenformen der Ausgangssignale vom OT/Motordrehzahlfühler 35 und Flammenfühler 36, und die Fühler-Ausgangssignale werden der ZE 71 von der Impulsformerschaltung über einen Eingangskanal unmittelbar zugeführt.

Treiberscha ltungen 88 und 90 treiben das Zeitsteuerventil 32c bzw. das elektromagnetische Unterdruck-Regelventil 61 mittels von der ZE 71 über den Ausgangskanal 91 bzw. 93 zugeführter Signale an. Eine Sammelleitung (Datenbus) 9.4 dient dem Durchgang der Signale und Daten. Ein Taktgeberkreis 95 gibt Taktsignale an die ZE 71, den.ROM 72 und den RAM 73 in vorbestimmten Intervallen, um die Steuerung zeitlich zu takten.

Die Fig. 3 zeigt beispielhaft den Aufbau des.Flammenfühlers 36. Ein zylindrischer Mantel 36c weist an seinem Außenumfang ein Gewindestück 36d sowie einen Sechskant 36e auf, so daß der Fühler in. den Zylinder 22 geschraubt werden kann. Im Mantel 36c ist ein mittiger Durchgang ausgebildet, der von einer aus Quarzglas gefertigten optischen Faser 36a durchsetzt wird, deren Ende 36f als Linse oder Objektiv ausgestaltet ist, um Licht leicht zu erfassen, und aus dem Mantel 36c herausragt. Das gegenüberliegende Ende ist mit einer-Lichtfühl-und -wnndlerschaltung 36b versehen, in der ein Phototransistor, eine Photodiode oder Solarzelle zur. Anwendung kommt, um das von der brennenden Kraftstoff- oder Zündflamme erfaßte Licht in ein elektrisches Signal umzuwandeln.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Flammenfühler 36 in der Weise im Zylinderkopf 24 befestigt, daß das Ende 36f der optischen Faser 36a im Hilfs-Brennraum 33 freiliegt. Die aus dem Mantel 36c nach außen .geführte optische Faser 36a ist, wie gesagt wurde, mit der Lichtfühl- und -wandlerschaltung 36b verbunden, die das von der Zündflamme im Brennraum 33 herrührende Licht in ein elektrisches Signal umsetzt, das dem Steuergerät 70 zugeführt wird. Das Kraftstoff-Einspritzventil 31 ist derart angeordnet, daß der aus dessen Düse austretende Kraftstoff auf oder nahezu auf das Ende 36f der optischen Faser 36a trifft. Durch diese Anordnung

wird das F.aserende 36f vom Kraftstoff bespült, so daß es nicht so leicht korrodiert.

Die optische Faser im Mantel 36c und diejenige, die zur Fühl- und Wandlerschaltung 36b führt, können ursprünglich voneinander getrennt sein, wobei sie bei Einbau des Flammenfühlers in den Motor 21 dann allerdings, eindeutig, z.B. durch Schweißen, verbunden werden müssen.

Die Fig. 5 zeigt die grundsätzliche Anordnung für das Verfahren zur Regelung oder Steuerung der Abgasrückführung gemäß der Erfindung, und dieses Verfahren umfaßt die fünf folgenden Hauptschritte:

Schritt 1, in dem die Motordrehzahl und die Motorlast erfaßt werden;. .

Schritt 2, in dem auf der Grundlage der im Schritt 1 erfaßten Motordrehzahl und -last eine Grund-Abgasrückführmenge bestimmt wird;

Schritt 3, in dem die Intensität des Lichts der im Motorzylinder brennenden Flamme erfaßt wird;

Schritt 4, in dem die im Schritt 2 bestimmte Grund-Abgasrückf ührmenge auf der Grundlage der im Schritt 3 erfaßten Lichtintensität korrigiert wird;

Schritt 5, in dem der Durchtritts- oder Öffnungsquerschnitt des Abgaskanals entsprechend der Rückführmenge nach der Korrektur im Schritt 4 geregelt wird.

Die Fig. 6 zeigt einen Programmflußplan für ein Unter- oder Teilprogramm Al zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Das Unterprogramm Al ist Teil der Operationen und Verarbeitungen, die vom elektronischen Steuergerät 70 geleistet werden und wird bei Ablauf einer vorbestimmten Zeit oder bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel durchgeführt.

Im Schritt 110 werden die Motordrehzahl NE und die Motorlast LD festgestellt, und zwar wird die Drehzahl vom Drehzahlfühler 35, die Motorlast vom Fahrpedal- oder Öffnungsfühler 42a erfaßt. Im Schritt 120 wird die Grund-Abgasrückführmenge E_n aus einem Plan auf der Grundlage von NE und LD entnommen oder herausgefunden. Dieser Plan entspricht dem in Fig. 7 gezeigten Liniendiagramm, und der von der Drehzahl NE sowie der Last LD abgeleitete Wert wird als der AbgasrUckführwert oder -faktor (AR-Rate) in % oder als das Verhältnis des in die Ansaugluft eingeführten Abgases angegeben. Im Schritt 130 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob der im Schritt 110 erfaßte öffnungs- oder Durchtrittswinkel des Fahrpedals in einem vorbestimmten Zustand ist, d.h., einen vorbestimmten Wert hat, oder nicht. Der als vorbestimmte Zustand typische Zustand ist beispielsweise der Leerlaufzustand oder der Vollgaszustand, in dem das Fahrpedal voll durchgetreten ist. Im Schritt 140 wird eine Entscheidung getroffen, ob der Zähler i einen Wert über einem vorgegebenen Zählwert η zählt oder nicht. Im Schritt 150 wird die Gesamtsumme der vom Flammenfühler η-mal erfaßten Spitzen- oder Extremwerte, der Lichtintensität der brennenden Flamme durch η dividiert, um einen Mittelwert F der Spitzenwerte zu berechnen.

Im Schritt 160 wird auf der Basis des F -Werts eine Funktion f.(F_D) berechnet, um einen Abgasrückführmengen-Korrek-

turfaktor K zu bestimmen. Die Funktion f(F ) hat den in e ρ

Fig. 8 gezeigten Verlauf, die ein Diagramm des Drucks in der Saugleitung gegenüber dem Spitzenwert im Zündflammenlicht darstellt, während Fig. 9 ein Diagramm des Saugleitungs-

drucks gegenüber dem Korrekturfaktor K zeigt. Auch der K - Wert kann aus den Kurven von Fig. 8 und 9 bestimmt werden. Da der Druck in der Saugleitung nahezu dem Atmosphärendruck gleich ist, wird bei dem in Rede stehenden Motor der Saugleitungsdruck als Parameter genommen. Im Schritt 170 wird im Zähler i die "1" gesetzt, um den Gesamtspitzenwert F zu löschen. Im Schritt 180 wird der Spitzenwert des i-ten Zündflammenlichts vom Flammenfühler 36 als F(i) erfaßt, und dieser F(i)-Wert kann ein integrierter Wert des Flammenlichts sein, er ist nicht auf den Spitzenwert beschränkt. Die Spitzenwerte werden im Schritt 190 addiert, um einen Gesamtwert F zu suchen oder zu bestimmen* Im Schritt 200 wird der Zähler i inkrementiert. Im Schritt wird die Grund-AR-Menge E_Q, die im Schritt 120 gesucht wurde, mit dem im Schritt 160 gesuchten Korrekturfaktor K multipliziert, um eine End-Abgasrückführmenge E_f zu finden. Eine Funktion g(E_f) wird auf der Basis von E_f (Schritt 210) im Schritt 220 berechnet, um die Impulsleistung des Steuersignals für das elektromagnetische Unterdruck-Regelventil 61 zu errechnen.

Wenn das Unterprogramm Al in der beschriebenen Anordnung zur Verarbeitung gestartet wird, dann wird der Schritt ausgeführt, womit die Drehzahl ME und die Last LD des Motors festgestellt werden. Hierauf wird im Schritt 120 die Grund-AR-Menge E_n aus dem Plan auf der Grundlage von NE und LD entnommen. Anschließend wird der Schritt 130 ausgeführt, worin entschieden wird, ob der Fahrpedal-Öffnungswinkel in einem vorbestimmten Zustand ist oder nicht. Lautet die Entscheidung JA, dann wird der nächste Schritt 140 ausgeführt, in dem entschieden wird, ob der Wert des Zählers i über dem vorgegebenen Wert η liegt oder nicht. Da jedoch das Verarbeiten soeben erst eingeleitet worden und das (nicht gezeigte) Hauptprogramm anfangs auf "1"

gesetzt worden ist, liegt der Zähler i unter dem vorgegebenem Wert n. Demzufolge wird das Ergebnis der Entscheidung NEIN sein, so daß der Betrieb nun zum Schritt 180 übergeht, der ausgeführt und in dem der Spitzenwert des Zündflammenlichts im Zylinder 22 vom Flammenfühler 36 erfaßt wird. Hierauf erfolgt der Übergang zum Schritt 190, in dem dieser Spitzenwert zu F addiert wird. Bei der Initialisierung des {nicht gezeigten) Hauptprogramms ist der Wert F im gelöschten Zustand. Anschließend wird im Schritt 200 der Zähler i inkrementiert. '

Die im Schritt 120 errechnete Grund-AR-Menge E wird im Schritt 210 mit dem Korrekturfaktor K multipliz.iert, um die End-Abgasrückführmenge E_f zu erhalten. Da der Schritt 160 noch nicht durchgeführt worden ist, wird der in der Initialisierung des Hauptprogramms eingesetzte Viert als der Korrekturfaktor K benutzt. Hierauf wird im Schritt

.220 die Leistung eines Steuersignals zur Steuerung des elektromagnetischen Unterdruck-Regelventils 61 durch die Funktion g(E.p) in Übereinstimmung mit dem im Schritt 210 ermittelten Wert E_f errechnet, und das Arbeiten des Unterprogramms Al endet.

Da das Unterprogramm Al wieder gestartet wird, werden die Schritte 110 sowie 120 ausgeführt, und der Vorgang geht dann zum nächsten Schritt 130 über, in dem die Entscheidung darüber getroffen wird, ob das Fahrpedal noch im konstanten oder im vorbestimmten Lagezustand ist, und die Entscheidung lautet JA im Schritt 130. Im nächsten Schritt 140 wird bestimmt, ob der Wert des Zählers i über η liegt oder nicht. Da der Zählerwert im Zähler i im vorherigen Vorgang auf "2" erhöht worden ist und, wenn beispielsweise der Wert η

gleich "100" ist, so lautet die Entscheidung NEIN, worauf der Schritt 180'durchgeführt wird, um den Spitzenwert im Flammenlicht zu erfassen. Der so erhaltene Wert wird im

Schritt 190 zu F addiert, und der Betrieb geht dann zum Schritt 200, in dem der Zähler i inkrementiert wird, d.h., der Zählerwert geht auf "3". Im nächsten Schritt 210 wird E₀ mit K multipliziert, worauf der Betrieb zum Schritt übergeht, iri dem die Leistung bestimmt wird. Dann endet die Verarbeitung im Unterprogramm Al. Solange der Fahrpedaloder der öffnungswinkel im vorbestimmten Zustand und der Wert η kleiner als i ist, ist das Ergebnis der Entscheidung im Schritt 140 NEIN, und es werden das Erfassen des Spitzenwerts des Flammenlichts, das Addieren des Spitzenwerts zu F und das Inkrementieren des Zählers i wiederholt ausgeführt.

Wenn nach Wiederholung der obigen Vorgänge der Wert des Zählers i den Wert η übersteigt, dann fällt im Schritt 140 die Entscheidung JA, worauf der Schritt 150 im Unterprogramm ausgeführt wird. Hier wird.der vorher im Schritt 190 berechente Wert F durch η dividiert, um den Mittelwert F der Spitzenwerte für das Flammenlicht zu errechnen. Hierauf wird im Schritt 160 auf der Grundlage von F ■ die

Funktion f(F ) errechnet, um den Korrekturfaktor K zu ρ e

bestimmen. Dann wird im Schritt 170 im Zähler i die "1" gesetzt, die Gesamtsumme F der Spitzenwerte wird gelöscht. Wenn der Schritt 210 ausgeführt wird, dann wird die Grund-AR-Menge E , die im Schritt 120 errechnet wurde, mit dem im Schritt 160 erhaltenen Korrekturfaktor K mul-

tipliziert, um die End-AR-Menge E_f zu suchen bzw. zu erhalten, und auf der Basis dieses E_f wird im Schritt 220 anschließend die Leistung berechnet, worauf das Unterprogramm Al beendet wird.

Wenn andererseits der Fahrpedal- oder öffnungswinkel verändert wird, so fällt im Schritt 130 des Unterprogramms Al die Entscheidung NEIN, so daß der Spitzenwert des Flammenlichts nicht vom Flammenfühler 36 erfaßt wird. Im Schritt

210 wird nun auf der Basis des vorher im Schritt 160 berechneten und gesetzten Korrekturfaktors K die End-Abgasrückführmenge E, bestimmt, worauf·im Schritt 220 auf der Grundlage des E_f- Werts die Leistung berechnet wird. Diese Vorgänge werden wiederholt.

Mit der oben erläuterten Anordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, die AR-Menge entsprechend dem Flammenlicht im Zylinder 22 und auch in Übereinstimmung mit einer Änderung im Luftdruck zu steuern. Da der Scheitel- oder Spitzenwert oder der integrierte Wert des Lichts der brennenden Flamme (Zündflamme) in Wechselbeziehung mit dem Atmosphärendruck, in diesem Fall also mit dem Druck.in der Ansaugleitung, steht, kann die Abgasrückführmenge in Abhängigkeit vom Atmosphärendruck, d.h. der Höhe über NN, in der der Motor arbeitet, gesteuert werden.

Ferner ermöglicht die Berechnung eines Korrekturfaktors für die AR-Menge auf der Grundlage des Mittelwerts der Spitzenwerte des Flammenlichts eine genaue Steuerung der Abgasrückführung.

Gemäß der zweiten Ausführungsform, die die Erfindung vorsieht, kann das Unterprogramm Al der ersten Ausführungs-, form in Kombination mit einem Verfahren zur Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts herangezogen werden, indem Angaben (Daten) über den Zeitpunkt, wann das Flammenlicht vom Flammenfühler 36 erfaßt wird, verwendet werden.

Die Fig. 10 zeigt einen Ablaufplan für ein Unterprogramm B zur Steueerung der Kraftstoffeinspritzung in Verbindung mit der ersten Ausführungsform. Im Schritt 310 wird hierbei aus dem auf NE und LD basierenden, im Schritt 110 des Unterprogramms Al errechneten Plan ein vorgegebener Zündzeitpunkt T herausgeholt. Im Schritt 320 wird der tatsäch*·

el

liehe Zündzeitpunkt T vom oberen Totpunkt im Zylinder bis

zur Zündung eingelesen. Im Schritt 330 wird der T - Wert vom T -Wert subtrahiert, um die Differenz δ Τ zu erhalten. Hierauf wird im Schritt 340 eine Funktion j (J.T) auf der Grundlage des Werts Δ Τ errechnet, wobei ein Proportionalglied DP der Rückkopplungs- oder Rückführungsregelung festgesetzt und ferner ein integrierter WErt DI der Rückführungsregelung durch Berechnen einer Funktion k(^T) auf der Grundlage des Werts ΔΤ errechnet werden. Im Schritt 350 wird der Wert Λ T zum integrierten· Wert TDI addiert, um die Leistung für das Steuersignal zum Zeitsteuerventil 32c zu berechnen. Schließlich wird im Schritt 360 das Zeitsteuerventil 32c auf der Basis der Leistung angetrieben, Um den Zeitgeber in eine Stellung für einen vorgegebenen Einspritzzeitpunkt zu bringen.

Mit der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform kann die Abgasrückführmenge gesteuert werden, indem der Atmosphärendruck aus einem Spitzenwert des vom Flammenfühler wie in der ersten Ausführungsform erfaßten Lichts der brennenden Flam me oder aus einem integrierten Wert berechnet wird, wobei der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt rück-, gekoppelt geregelt werden kann, indem die Zeit, wann vom Flammenfühler 36 auf Grund der Brennflamme ein Signal erzeugt wird, gemäß dem Unterprogramm B gemessen vrird.

In der erläuterten Weise können sowohl der Atmosphärendruck wie auch der Zündzeitpunkt durch nur einen Fühler erfaßt werden, was eine Vereinfachung des Steuergeräts und seines Ärbeitens ermöglicht, wie auch das Gewicht des Steuergeräts vermindert werden kann.

Wie vorstehend erläutert wurde, ist gemäß der Erfindung das Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor und zur Regelung der zu den Motorzylindern rückgeführten Abgasmenge durch Einstellen des Durchtritts-

querschnitts einer zwischen die Abgas- sowie Ansaugseite geschalteten Abgasleitung auf der Grundlage der Motordrehzahl sowie der Motorlast gekennzeichnet durch·die Schritte des Erfassens der Motordrehzahl NE und der Motorlast LD, des Ableitens einer Grund-Abgasrückführmenge E aus einem in einem'Speicher in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl sowie.-last gespeicherten Plan, des Bestimmens, ob der öffnungswinkel eines Fahrpedals in einer vorbestimmten Stellung ist oder nicht, des Bestimmens in Übereinstimmung ■mit dem Ergebnis der ersten Bestimmung, ob ein Zähler über einem vorgegebenen Zählerwert η liegt oder nicht, des Erfassens der Intensität des Lichts der brennenden Kraftstoffflamme mittels eines Flammenfühlers sowie des Spitzenwerts F(i) des Lichts der ersten brennenden Flamme und Berechnens der Summe F der Spitzenwerte, des Berechnens des mittleren Werts F = -F /n und. Ermitteins eines Korrekturfaktors K für die Abgasrückführmenge E_f(F ) in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der zweiten Bestimmung, des Ermitteins einer End-Abgasrückführmenge E_f aus der Grund-Abgasrückführmenge

E_. und dem Korrekturfaktor K durch Errechnen von O e

Ε, = E_n x K und des Berechnens der Leistung eines ersten, an ein Unterdruck-Regelventil für die Steuerung der Abgasrückführmenge in Übereinstimmung mit der Funktion g(E_f) als Ergebnis der Berechnung zu legenden Steuersignals.

Demzufolge kann die Abgasrückführmenge genau gesteuert werden, so daß eine Anpassung an die Höhenlage eines jeden Orts, an dem der Motor arbeitet, erfolgen kann, wobei keinerlei mechanische Tätigkeiten oder Vorgänge notwendig sind, indem die Intensität des Lichts der brennenden Flamme (Zündflamme) sowie andere Parameter erfaßt werden.

Darüber hinaus können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren noch weitere Wirkungen erreicht werden, indem Daten, wie z.B. das Zündflammenlicht, als Daten für die Steuerung des

Zündzeitpunkts erfaßt werden können, so daß für diesen Zweck ein System gemeinsam zur Anwendung kommen kann.

Ferner umfaßt die Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem pieselmotor gemäß der Erfindung eine mit einem Abgasrückführregelventil versehene, zwischen einen Ansaugkrümmer und einen Abgassammler geschaltete Abgasrückführleitung, eine Kraftstoff-Einspritzpumpe mit einem Zeitsteuerventil zur Steuerung des Einspritzzeitpunkts der Einspritzpumpe, ein ünterdruck-Regelventil, das zwischen dem Abgasrückführregelventil sowie einer Vakuumpumpe angeordnet ist und den Durchtrittsquerschnitt des Abgasrückführregelventils in Übereinstimmung mit der Änderung im Unterdruck von dem Unterdruck-Regelventil regelt, eine Mehrzahl von Fühlern zum Er'fassen der Motordrehzahl, der Motorbelastung, des öffnungswinkels eines Fahrpedals, des Lichts einer brennenden Kraftstofflamme usw. und ein elektronisches Steuergerät, das mit einer Zentraleinheit, die von den Fühlern verschiedene Signale.sowie Daten empfängt, verschiedene Operationen sowie Berechnungen mit diesen Daten sowie Signalen ausführt und in Übereinstimmung mit Steuerprogrammen Steuersignale an das Abgasrückführregelventil, an das Zeitsteuerventil usw. abgibt, mit einem Festspeicher, der vorbereitend verschiedene Datenpläne, wie durch die Motordrehzahl NE sowie Motorlast LD bestimmte Abgasrückführmengen, und die Steuerprogramjne zur Steuerung des Betriebs der Zentraleinheit speichert, und mit einem Speicher mit freiem Zugriff, der vorübergehend den von den Fühlern erfaßten Signalen entsprechende Daten speichert, ausgestattet ist, so daß die Abgasrückführmenge durch die Zentraleinheit genau in Übereinstimmung mit den Daten, den Datenplänen und den Steuerprogrammen, die alle im Festspeicher gespeichert worden sind, und auch in Übereinstimmung mitä3i\cn den verschiedenen Fühlern erfaßten Signalen ganz genau geregelt werden kann.

Das Verfarhen und die Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung gemäß der Erfindung können folglich einen großen Beitrag zur Vereinfachung des elektronischen Steuergeräts und zu dessen Ausbildung mit geringem Gewicht leisten.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, vielmehr sind verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne den durch die Patentansprüche abgesteckten Rahmen zu verlassen.

Claims

Patentansprüche

J Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor zur Regelung der zu den Motorzylindern rückgeführten Abgasmenge durch Einstellen des Durchtrittsquerschnitts einer zwischen die Abgas- sowie . Ansaugseite geschalteten Abgasleitung auf der Grundlage der Motordrehzahl sowie der Motorlast, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Erfassen der Intensität des Lichts der im Zylinder brennenden Kraftstofflamme und

- Vermehren oder Vermindern der Abgasrückführmenge in Übereinstimmung mit der Intensität des Lichts der Kraftstofflamme.

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2. Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Erfassen der Motordrehzahl (NE) und der Motorlast (LD) ,

b) Ableiten einer Grund-Abgasrückführmenge (E_Q) aus einem in einem Speicher in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl sowie -last gespeicherten Plan,

c) Bestimmen, ob der öffnungswinkel eines Fahrpedals in einer vorbestimmten Stellung ist oder nicht,

d) Bestimmen, ob in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der ersten Bestimmung ein Zähler über einem vorgegegebenen Zählwert (n) liegt oder nicht,

e) Erfassen der Intensität des Lichts der brennenden Kraftstofflamme mittels eines Flammenfühlers sowie des Spitzenwerts (F(i)) der η-ten brennenden Flamme und Berechnen der Summe (F' ) der Spitzenwerte,

f) Berechnen des mittleren Werts F = F /n und Ermitteln

P eines Korrekturfaktors (K ) für die Abgasruckführmenge aus einer Funktion (f(F )) in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der zweiten Bestimmung,

g) Ermitteln einer End-Abgasrückführmenge (E_f) aus

der Grund-Abgasrückführmenge (E ) und dem Korrekturfaktor (K ) durch Errechnen von E_c = E~ χ Κ und e r O e

h) Berechnen der Leistung eines ersten, an ein Unterdruck-Regelventil für die Steuerung der Abgasrückführmenge zu legenden Steuersignals in Übereinstimmung mit der Funktion (giE^)) als Ergebnis der Berechnung.
3. Verfahren nach Anspruch 2,.gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Vergrößerung des Zählerinhalts um Eins in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der zweiten Bestimmung.
4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte des Einsteilens des Zählers auf Eins und Löschen der Gesamtsumme (F ) der Spitzenwerte in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der zweiten Bestimmung.
5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Ermitteins eines vorbestimmten Zündzeitpunkts (T ) entsprechend einem Diagrammplan, in dem die Motordrehzahl gegen die Motor last aufgetragen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln des vorbestimmten Zündzeitpunkts die Schritte umfaßt:

a) Erfassen des Ist-Zündzeitpunkts (T ),

b) Berechnen der Differenz (ώΤ) zwischen dem vorbestimmten Zündzeitpuntk (T ) und dem Ist-Zündzeit-

el

punkt (T ),

c) Festsetzen eines Proportionalglieds (DP)' einer Rückführregelungsf unktion und Ermitteln eines integrierten Werts (DI) der Rückführregelungsfunktion aus den beiden Funktionen (j ( δ τ) ) und (k(aT)j in Übereinstimmung mit der Differenz (ΔΤ) und

d) Berechnen der Leistung eines zweiten Steuersignals zur Steuerung eines Zeitsteuerventils einer Kraftstoff-Einspritzpumpe in Übereinstimmung mit der Summe des Proportionalglieds (DP) und des integrierten Werts (EDI) der Rückführregelungsfunktion sowie Treiben des Zeitsteuerventils in die Zeiteinstellung zur Durchführung der Kraftstoffeinspritzung.
7. Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einem Dieselmotor, gekennzeichnet

a) durch eine mit einem Abgasrückführregelventil (29) versehene, zwischen einen Ansaugkrümmer (26) und einen Abgassammler (23) geschaltete Abgasrückführleitung (28),

b) durch eine Kraftstoff-Einspritzpumpe (32) mit einem Zeitsteuerventil (32c) zur Steuerung des Einspritzzeitpunkts der Einspritzpumpe

c) durch ein Unterdruck-Regelventil (61), das zwischen dem Abgasrückführregelventil (29) sowie einer Vakuumpumpe (62) angeordnet ist und den Durchtrittsquerschnitt des Abgasrückführregelventils in Übereinstimmung mit einer Änderung im Unterdruck von dem Unterdruck-Regelventil regelt,

d) durch eine Mehrzahl von Fühlern (25, 34, 42a, 36) zum Erfassen der Motordrehzahl, der Motorbelastung, des öffnungswinkels eines Fahrpedals, des Lichts einer brennenden Kraftstofflamme usw. und

e) durch ein elektronisches Steuergerät (70), das umfaßt:

i) eine Zentraleinheit (71), die von den Fühlern verschiedene Signale sowie Daten empfängt, verschiedene Operationen sowie Berechnungen mit diesen Daten sowie Signalen ausführt und in Übereinstimmung mit Steuerprogrammen Steuersignale an das Abgasrückführregelventil (29) an das Zeitsteuerventil (32c) usw. abgibt, ii) einen Festspeicher (72), der vorbereitend vorab verschiedene Datenpläne, wie durch die Motordrehzahl (NE) sowie Motorlast (LD) bestimmte Abgasrückführmengen, und die Steuerprogramme zur Steuerung der Betriebs der Zentraleinheit (71) speichert, und

iii) einen Speicher (73) mit freiem Zugriff, der vorübergehend den von den Fühlern erfaßten Signalen entsprechende Daten speichert, so daß das Unterdruck-Regelventil zur Regelung der Abgasrückführmenge und auch das Zeitsteuerventil zur Regelung der Zeiteinstellung für die

Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit den von den Fühlern erfaßten Signalen, den Datenplänen und den Steuerprogrammen gesteuert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Festspeicher (72) vorab gespeicherten Datenpläne die den Einflußgrößen von Kennkurven, wie die Motordrehzahl (NE) zur Motorlast (LD), der Saugleitungsdruck zu den Spitzenwerten des Lichts der brennenden Flamme, der Saugleitungsdruck zum Korrekturfaktor (K ) usw_v entsprechenden Daten sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schritten des Verfahrens gemäß Anspruch 2 entsprechenden Daten vorab im Festspeicher (72) des elektronischen Steuergeräts (70) als ein Steuerprogramm (Routine A oder Al) zur Regelung der Abgasrückführmenge des Abgasrückführregelventils (29) mittels des Unterdruck-Regelventils (61) gespeichert sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schritten des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5 entsprechenden Daten vorab im Festspeicher (72) des elektronischen Steuergeräts (70) als das Steuerprogramm (Routine B) zur Regelung der Abgasrückführmenge des Abgasrückführregelventils (29) mittels des Unterdruck-Regelventils (61) gespeichert sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schritten des Verfahrens gemäß Anspruch entsprechenden Daten vorab im Festspeicher (72) des elektronischen Steuergeräts (70) als ein weiteres Steuerprogramm zur Regelung des Zeitsteuerventils (32c) zur Steuerung der Zeiteinstellung für die Durchführung der Kraftstoffeinspritzung gespeichert sind.