DE3444877C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Bei einer solchen, durch die US-PS 41 77 777 bekannten Steuereinrichtung wird mittels eines Luftmengenmessers die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge gemessen und entsprechend dem Luftmengensignal und gegebenenfalls unter weiterer Abhängigkeit von anderen Betriebsparametern der Steuerdruck eines pneumatisch betätigbaren Abgasrückführventils geändert und damit die Menge des rückgeführten Abgases gesteuert.

Bei einer anderen, durch die DE-OS 31 45 527 bekannten Steuereinrichtung dieser Art erfolgt eine Steuerung der Abgasrückführmenge entsprechend der Abweichung der zugeführten Ist-Luftmenge von dem Wert der aus verschiedenen Parametern, u. a. der Last, gebildeten Soll-Luftmenge. Die Korrektur der Ist-Luftmenge erfolgt dabei über die Änderung der Abgasrückführmenge bei einer freisaugenden Dieselbrennkraftmaschine. Die Betätigung des Abgasrückführmengen-Steuerorgans erfolgt mit Hilfe eines pneumatischen Steuerdruckmittels, das von einer Druckwandlereinrichtung in den Steuerdruckraum des Stellmotors dieses Steuerorgans eingespeist wird. Die Druckwandlereinrichtung besteht bei der bekannten Steuereinrichtung aus zwei 2/2-Magnetventilen, über die der Steuerdruckraum entweder mit der Atmosphäre als Referenzdruckquelle oder mit einer Unterdruckquelle verbunden werden kann. Die Ansteuerung der Magnetventile kann dabei getaktet oder analog erfolgen.

Mit einer solchen Steuereinrichtung wird lediglich die Menge des rückgeführten Abgases genau eingestellt im Sinne einer optimalen Verbrennung mit möglichst hoher Abgasrückführrate zur Verminderung der NOx-Schadstoffemission. Dabei wird genau das Kraftstoff-Luft-Verhältnis über die mittels der Abgasrückführmenge gesteuerte Frischluftmenge bei gegebener Last bzw. Kraftstoffmenge eingehalten und somit auch der Anteil der Schadstoffe HC und CO sowie der Rußanteil im Abgas klein gehalten. Eine solche Einrichtung erfüllt aber die übrigen Anforderungen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine nicht. Insbesondere muß bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ohne besondere Maßnahmen mit vermehrter Rußemission im Abgas gerechnet werden und dafür Sorge getragen werden, daß dieser Ruß nicht in die freie Atmosphäre gelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zu schaffen, die insbesondere bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, bei denen man bei nicht angepaßter Steuerung mit hoher Rußemission rechnet, dafür sorgt, daß die Steuerung der Abgasrückführmenge und des Verhältnisses von in den Brennräumen der Brennkraftmaschine zur Verbrennung kommenden Kraftstoffs und der zugeführten Luft genauer erfolgt, um die Entstehung von Ruß zu vermindern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß mit Hilfe der gesteuerten Drosselklappe bei sehr geringem Aufwand die Menge der angesaugten Luft innerhalb von Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung nicht erfolgt, in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert werden kann. Dabei wird durch entsprechend gesteuerte Drosselung der Ansaugluftmenge die Geräusch­ emission der selbstzündenden Brennkraftmaschine im Leer­ lauf vermindert, der Leerlauf stabilisiert, die Abgastem­ peratur zwecks Abbrennen von in einem im Abgassystem an­ geordneten Rußfilter gesammelten Ruß erhöht und auf Wunsch die Brennkraftmaschine ganz zum Stillstand gebracht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 reduziert den Aufwand, der für die Betätigung des Drosselorgans im Ansaugsystem notwendig wird. Vorteilhaft wird eine einzige pneumatische Druckwandlereinrichtung vorgesehen, die wahl­ weise für die Ansteuerung des ersten Stellmotors oder des zweiten Stellmotors verwendet wird, wozu zusätzlich nur ein preisgünstiges Umschaltventil notwendig wird, das mit geringem Strombedarf arbeitet. Zusätzlich wird der Bedarf an Druckmediummenge klein gehalten.

Durch die Weiterbildung der Steuereinrichtung gemäß Patentan­ spruch 4 wird erreicht, daß das Drosselorgan im Ansaug­ system auch in Betriebsbereichen, in denen eine Abgasrück­ führung erfolgt, zugeschaltet bleibt und so angesteuert wird, daß durch Drosselung der Ansaugluftmenge die Steue­ rung der Abgasrückführmenge stabilisiert wird. Mit Hilfe des Drosselorgans kann die fördernde Druckdifferenz am Abgasrückführ-Steuerorgan beeinflußt werden, und so eine exakte Abgasrückführrate eingestellt werden. In den Be­ triebsbereichen, in denen keine Abgasrückführung erfolgt, arbeitet die Einrichtung gemäß Patentanspruch 4 in gleicher Weise wie oben angegeben.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 hat den Vorteil, daß bei Stromausfall das Abgasrückführ-Steuerorgan die Abgas­ leitung verschließt, da der Stellmotor im Steuerdruckraum mit dem Referenzdruck, vorzugsweise mit dem Atmosphären­ druck beaufschlagt ist, der die Wirkung der auf die beweg­ liche Wand in Schließrichtung wirkenden Rückstellkraft unterstützt. Dies erfüllt eine Sicherheitsfunktion der Steuereinrichtung. Zugleich wird, wenn das elektrisch ge­ steuerte Ventil stromlos geschaltet ist, der Steuerdruckraum des zweiten Stellmotors mit der Druckwandlereinrichtung ver­ bunden und über diese mit der ersten Druckquelle verbunden, so daß in einem solchen Falle auch das Drosselorgan in dem Ansaugsystem in Schließstellung gebracht wird. Dies erfüllt eine Sicherheitsfunktion. Im gleichen Sinne ist eine Ausge­ staltung nach Patentanspruch 7 vorgesehen, bei der bei Stromausfall auch die Druckwandlereinrichtung im stromlosen Zustand den Steuerdruckraum mit der ersten Druckquelle verbindet und ein Schließen des Drosselorgans im Ansaugsystem bewirkt. Durch die weitere Ausgestaltung nach Patentanspruch 10 ist ge­ währleistet, daß bei Start das Drosselorgan in dem Ansaug­ system geöffnet ist, da bei noch nicht laufender Brenn­ kraftmaschine die erste Druckquelle noch nicht zur Verfü­ gung steht und der Steuerdruckraum des Stellmotors in Un­ terstützung der in Öffnungsrichtung des Drosselorgans wirkenden Rückstellkraft mit dem atmosphärischen Referenz­ druck beaufschlagt wird. Die Abgasrückführleitung ist in einem solchen Falle geschlossen.

Durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 8 ist eine Ausführungs­ variante verwirklicht, bei der sowohl dem ersten Stellmotor als auch dem zweiten Stellmotor je eine Druckwandlereinrich­ tung zugeordnet ist, die so ausgestaltet ist, daß sie im stromlosen Zustand den Steuerdruckraum der Stellmotoren mit dem Referenzdruck versorgt. Da mit dieser Ausgestaltung zum Abstellen der Brennkraftmaschine die Druckwandlerein­ richtungen unter Strom stehen müßten, wird der Steuer­ druckraum des zweiten Stellmotors, der das Drosselorgan in dem Ansaugsystem steuert, über eine unmittelbar mit der ersten Druckquelle verbundene Leitung verbunden, in der ein im stromlosen Zustand geöffnetes Ventil angeordnet ist. Damit wird wiederum die Sicherheitsfunktion erfüllt, indem im stromlosen Zustand die Brennkraftmaschine abstell­ bar ist. Der gleiche Erfolg tritt auch dann ein, wenn diese Maßnahme bei einer Steuereinrichtung verwendet wird, die mit nur einer Druckwandlereinrichtung arbeitet (Fig. 4), wobei die Druckwandlereinrichtung im stromlosen Zustand den Referenzdruck als Steuerdruck abgibt.

Durch die in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichneten Lösungen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung gegeben. Diese in Verbindung mit ihren Vor­ teilen sind in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit der Zeichnung näher dargestellt.

Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungs­ beispiel der Erfindung mit nur einer einzigen Druckwandler­ einrichtung in Verbindung mit einem elektrisch gesteuerten Ventil, Fig. 2 eine Steuereinrichtung mit zwei Druckwand­ lereinrichtungen, von denen eine dem ersten Stellmotor und eine dem zweiten Stellmotor der Drosselorgane zugeordnet sind, Fig. 3 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 zwei Druckwandlereinrichtungen, die im stromlosen Zustand als Steuerdruck den Referenzdruck abgeben und bei der die eine, den zweiten Stellmotor versorgenden Druck­ wandlereinrichtung durch eine von der ersten Druckquelle ab­ zweigende Bypassleitung umgangen wird, in der ein Magnet­ ventil angeordnet ist, das stromlos den Steller mit der Un­ terdruckquelle direkt verbindet, Fig. 4 ein viertes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung mit nur einer Druckwandler­ einrichtung, die im stromlosen Zustand den Referenzdruck weiterleitet und mit einer von der ersten Druckquelle abzweigenden Bypassleitung zu dieser Druckwandlereinrich­ tung, die stromlos über ein Umschaltventil den Drossel­ klappensteller direkt mit der Unterdruckquelle verbindet und Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einer Druckwandlereinrichtung, deren Ausgang stän­ dig mit dem Steuerdruckraum des zweiten Stellmotors ver­ bunden ist und mittels eines Umschaltventils zusätzlich mit dem Steuerdruckraum des ersten Stellmotors verbindbar ist, der in der anderen Stellung des Ventils mit dem Referenzdruck verbunden ist.

Anhand einer schematischen Darstellung wird das erste Aus­ führungsbeispiel durch Fig. 1 erläutert. Dort ist eine Brennkraftmaschine 1 gezeigt mit einem Ansaugsystem 2 und einem Abgassammelsystem 3. Von diesem führt eine Abgasrückführleitung 4 zurück zum Ansaugrohr 9 des An­ saugsystems 2. Von dem Ansaugsystem, das in der Regel aus dem Ansaugrohr 9 und sich diesem anschließenden Ansaugkrümmern besteht, ist stellvertretend nur ein ein­ ziges durchgehendes Rohr gezeigt. Die Brennkraftmaschine kann mit Aufladung arbeiten, z. B. mit einem Abgasturbo­ lader, wobei dann in das Abgassammelsystem eine Abgastur­ bine 6 eingesetzt ist und in das Ansaugsystem ein Luft­ verdichter 7 eingesetzt ist, der von der Abgasturbine an­ getrieben wird. Am Eintritt des Ansaugsystems, zumindest stromaufwärts der Einmündung der Abgasrückführleitung in das Ansaugrohr 9 ist ein Luftmengenmesser 8 vorgesehen. Dieser kann dem Luftverdichter vor- oder nachgeschaltet sein. Weiterhin ist im Ansaugrohr 9 des Ansaugsystems stromaufwärts der Einmündung der Abgasrückführleitung ein Drosselorgan 11, zum Beispiel in Form einer Drossel­ klappe, vorgesehen, durch das der Ansaugquerschnitt des Ansaugrohres und damit die der Brennkraftmaschine zugeführ­ te Luftmenge verändert werden kann.

Am Eintritt der Abgasrückführleitung in das Ansaugrohr 9 ist ein Abgasrückführ-Steuerorgan 12 vorgesehen, durch dessen Stellung der Durchtrittsquerschnitt der Abgasrück­ führleitung verändert werden kann. Das Abgasrückführ-Steuer­ organ ist in der Zeichnung symbolisch als Tellerventil ge­ zeigt, kann aber auch andere Formen haben. Es ist zu seiner Betätigung mit einem ersten Stellmotor 14 verbunden, der eine bewegliche Wand 15, hier als Stellmembran dargestellt, aufweist, die im Gehäuse des Stellmotors einen ersten Steuerdruckraum 16 einschließt, in dem auch eine die be­ wegliche Wand 15 belastende Rückstellfeder 17 eingespannt ist. Der auf der anderen Seite von der beweglichen Wand 15 begrenzte Druckraum 18 ist mit der Umgebungsluft verbunden, während vom ersten Steuerdruckraum eine Steuerdruckleitung 19 zu einem elektrisch gesteuerten Umschaltventil 21 führt.

Das Drosselorgan 11, das als Luftdrosselorgan zu bezeichnen ist, wird durch einen zweiten Stellmotor 23 betätigt, und ist dazu mechanisch mit einer beweglichen Wand 24 dieses Stellmotors verbunden. Diese bewegliche Wand schließt im Gehäuse des zweiten Stellmotors einen zweiten Steuerdruck­ raum 25 ein, in dem auch eine die bewegliche Wand 24 be­ lastende Rückstellfeder 26 eingespannt ist. Auf der an­ deren Seite der beweglichen Wand grenzt diese an einen Druckraum 27, der dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Die bewegliche Wand des zweiten Stellmotors ist dabei so mit dem Luftdrosselorgan 11 verbunden, daß dieses unter Einwirkung der Rückstellfeder 26 in Offenstellung ge­ bracht wird. Dagegen ist die bewegliche Wand 15 des ersten Stellmotors 14 so mit dem Abgasrückführmengen-Steuerorgan 12 verbunden, daß dieses unter Einwirkung der Rückstell­ feder 17 in eine die Abgasrückführleitung 4 schließende Stellung gebracht wird.

Vom zweiten Steuerdruckraum 25 führt eine zweite Steuer­ druckleitung 29 zu einem anderen Anschluß des elektrisch gesteuerten Umschaltventils 21. Dieses weist vier Anschlüsse auf, nämlich die bereits erwähnten Anschlüsse zu den Steuer­ druckleitungen 19 und 29 sowie einen Anschluß für eine Steuerdruckzuführleitung 30 und einen Anschluß 31, der mit einer Referenzdruckquelle, im ausgeführten Beispiel mit der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsluft, verbunden ist. Das elektrisch gesteuerte Umschaltventil weist ein Ven­ tilglied 32 auf, das durch eine Rückstellfeder 33 in eine erste Vorzugsstellung gebracht wird und bei Ansteuerung durch ein elektrisches Steuersignal in eine zweite Stellung gebracht wird. Die Betätigung des Ventilglieds kann dabei in üblicher Weise mit einem Elektromagneten 34 erfolgen oder auf andere elektrisch gesteuerte Weise, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Servomitteln. Das Ventilglied ist dabei so ausgestaltet, daß es in seiner gezeigten Ruhestellung bei nicht erregtem Elektromagnet 34 die Steuerdruckleitung 19 mit dem Anschluß 31 verbindet und die Steuerdruckleitung 29 mit der Steuerdruckzuführleitung 30 verbindet.

Die Steuerdruckzuführleitung 30 zweigt von einer elektrisch gesteuerten Druckwandlereinrichtung 36 ab, die hier symbolisch dargestellt ist. Diese kann zum Beispiel durch ein 3/2-Ventil verwirklicht werden oder durch zwei 2/2-Ventile oder ein proportional arbeitendes Ventil ausgeführt sein. Solche Wand­ ler sind allgemein bekannt, z. B. durch die DE-OS 31 45 527 oder die US-PS 41 77 777 und brauchen hier nicht näher be­ schrieben werden. Die elektrisch gesteuerte Druckwandler­ einrichtung, die auch als elektropneumatischer Wandler (EPW) im ausgeführten Beispiel bezeichnet werden kann, weist drei Anschlüsse auf, den bereits oben erwähnten Anschluß der Steuerdruckzuführleitung 30, einen Referenzdruckanschluß 37, der gegebenenfalls unter Verwendung einer Drossel 38 zur Umgebungsluft führt, und einen Druckmittelanschluß 39, der über eine zweite Drossel 40 zu einer ersten Druckmittelquelle 41 führt, was eine Unterdruckpumpe sein kann. Ein Betätigungsglied 42, z. B. eine Magnetspule der Druckwandlereinrichtung 36 ist mit einem Steuergerät 44 verbunden, das aus einer ausgewählten Anzahl von Motor­ parametersignalen wie Motordrehzahl, Kraftstoffmenge und Luftmenge mit entsprechender Bewertung Steuersignale an das Betätigungsglied 42 abgibt. Dieses kann z. B. getaktet mit variabler Impulsbreite angesteuert werden und dabei abwechselnd den Referenzdruckanschluß 37 oder den Druck­ mittelanschluß 39 mit der Steuerdruckzuführleitung 30 ver­ binden. In anderer Ausgestaltung kann jedoch diese Steue­ rung auch analog durch Veränderung der Querschnitte von Referenzdruckanschluß und Druckmittelanschluß durchge­ führt werden. In der Zeichnung ist auf der Druckwandler­ einrichtung das Funktionsdiagramm dieser Einrichtung dar­ gestellt, aus dem hervorgeht, daß bei fehlender Strombe­ aufschlagung des Betätigungsglieds 42 der vom Druckmittel­ anschluß 39 zugeführte Unterdruck p_u an die Steuerdruck­ zuführleitung 30 weitergegeben wird, während der Referenz­ druckanschluß verschlossen ist. Bei höchster Strombeauf­ schlagung ist umgekehrt der Referenzdruckanschluß ständig geöffnet und der Druckmittelanschluß 39 ständig verschlos­ sen. Durch die Drosseln 38 und 40 kann die Funktionscharak­ teristik angepaßt werden.

Von dem Steuergerät 44 wird weiterhin das elektrisch ge­ steuerte Umschaltventil 21 angesteuert. Das Steuergerät 44 unterscheidet aufgrund der ihm eingegebenen Steuersignale der Motorparameter zwischen zwei Betriebszuständen, einem ersten Betriebszustand, bei dem eine Abgasrückführung (ARF) vorgesehen ist, und einen zweiten Betriebszustand, bei dem eine Abgasrückführung unterbunden ist. Dieser zweite Be­ triebszustand entspricht unter anderem dem Leerlauf der Brennkraftmaschine ein Zustand bei dem ein Abbrennen des Rußfilters 45 oder ein Abstellen der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Diese Unterscheidung kann beispielsweise über ein Lastsignal bzw. über ein Signal der der Brenn­ kraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge oder andere re­ präsentativen Parameter wie Druckabfall am Rußfilter er­ folgen.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Umschaltventils 21 befindet sich die Brennkraftmaschine in dem genannten zwei­ ten Betriebszustand. Im ersten Betriebszustand ist das Ven­ tilglied 32 zur Feder 33 hin verschoben und es steht die Steuerdruckleitung 19 mit der Steuerdruckzuführleitung 30 in Verbindung, während der zweite Steuerdruckraum 25 über die zweite Steuerdruckleitung 29 und den Anschluß 31 be­ lüftet ist. In diesem Zustand herrscht im zweiten Steuer­ druckraum 25 atmosphärischen Druck und derselbe Druck wie im Druckraum 27, so daß die bewegliche Wand 24 unter Ein­ wirkung der Stellkraft der Feder 26 die Luftdrosselklappe 11 in ganz geöffnete Stellung bringt. Der erste Steuer­ druckraum 16 des ersten Stellmotors 14 hingegen ist mit dem variablen Steuerdruck beaufschlagt, der von der Druck­ wandlereinrichtung 36 abgegeben wird. Der jetzt frei sau­ genden Brennkraftmaschine wird sowohl Luft als auch Abgas in gesteuerter Menge zugeführt, wobei mit Hilfe der Abgas­ mengensteuerung der Luftanteil des in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingebrachten Gases verändert wird. Aus dem vom Luftmengenmesser 8 abgegebenen Luftmengensignal und dem Kraftstoffmengensignal wird mit Hilfe des Steuergeräts 44 ein bestimmtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis eingestellt durch Änderung der Abgasrückführrate. Die Brennkraftma­ schine arbeitet ständig mit kompletter Füllung, wobei maximale Mengen an rückgeführtem Abgas zugeführt werden können, da die Restfüllung der Brennräume mit Abgas er­ folgt. Bekannterweise wirkt sich die Rückführung von Ab­ gasen im Sinne einer Senkung der Brennraumspitzentemperaturen und somit im Sinne einer Reduzierung der Anteile der NO_x- Emission im Abgas aus. Mit Hilfe von gespeicherten Kenn­ feldern und den Zugangsparametern zu diesen Kennfeldern, wie die Drehzahl, die Kraftstoffmenge, die Temperatur und andere, kann für den gesamten Betriebsbereich mit Abgas­ rückführung die Menge exakt gesteuert werden. Der Tempera­ turfaktor berücksichtigt dabei insbesondere auch die kalte Brennkraftmaschine und die dabei notwendigen Kraftstoff- Luft-Verhältnisse für einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine.

In dem obenerwähnten zweiten Betriebszustand wird die Ab­ gasrückführung unterbrochen, da in bestimmten Bereichen der Brennkraftmaschine diese mit verminderter Füllung der Motorzylinder arbeiten soll. Insbesondere im Leerlaufbe­ trieb ist für einen ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine eine geringe Gasfüllung der Motorzylinder vorteilhaft. Außerdem steigt mit geringer Zylinderfüllung die Abgas­ temperatur, so daß der Rußfilter leichter abbrennt. In diesem zweiten Betriebszustand wird das elektrisch ge­ steuerte Umschaltventil 21 stromlos geschaltet und es nimmt das Ventilglied 32 die in Fig. 1 gezeigte Stellung ein. In dieser Stellung ist der erste Steuerdruckraum 16 mit der Umgebungsluft verbunden und befindet sich auf dem­ selben Druckniveau wie der Druckraum 18, so daß die beweg­ liche Wand 15 unter Einwirkung der Rückstellfeder 17 das Abgasrückführ-Steuerorgan 12 in dessen Schließstellung be­ wegt. Zugleich wird jedoch der von der Druckwandlereinrich­ tung 36 gebildete Steuerdruck dem zweiten Steuerdruckraum 25 zugeleitet und jetzt durch entsprechende Modulierung des Steuerdrucks mit Hilfe des Steuergeräts 44 die geforderte Position der Luftdrosselklappe 11 mit Hilfe dieses Steuer­ drucks eingestellt. Entsprechend den in das Steuergerät 44 eingegebenen Parametern wird die Ansaugluft zur Verminderung des Leerlaufgeräusches im Leerlaufbetriebsbereich der Brennkraftmaschine mehr oder weniger gedrosselt. Die Luft­ drosselung wirkt sich auf den erreichten Kompressionsend­ druck in den Brennräumen der Brennkraftmaschine aus und ergibt einen vibrationsärmeren Motorlauf. Die Brennkraft­ maschinendrehzahl kann als Rückmeldung in eine Regelschlei­ fe zur Steuerung der Luftdrosselklappe eingegeben werden.

Innerhalb des zweiten Betriebszustandes, bei dem keine Abgasrückführung erfolgt, kann auch durch Drosselung mit der Luftdrosselklappe 11 die Abgastemperatur erhöht werden, was dazu ausgenutzt wird, ein im Abgassystem angeordnetes Rußfilter 45 freizubrennen. Bei dem im Abgas von selbst­ zündenden Brennkraftmaschinen vorhandenen hohen Rußanteil setzen sich die Poren von Filtern sehr schnell mit abgeson­ dertem Ruß zu, was den Rückdruck im Abgassystem erhöht. Solche Filter können entweder ausgetauscht werden oder es kann der sich darin gesammelte Ruß verbrannt werden, ohne daß ein Austausch notwendig ist. Die letztgenannte Methode hat dabei den erkennbaren Vorteil der einfacheren Wartung. Zur Entfernung des sich im Filter angesammelten Rußes kann nun innerhalb des zweiten Betriebsbereiches mit Hilfe der Drosselklappe 11 die Abgastemperatur so erhöht werden, daß der Ruß verbrannt wird. Vorteilhaft geschieht dies auch unter Einsatz von katalytisch wirksamen Teilen des Filters, um die Entzündungstemperatur herabzusetzen.

Als Steuerparameter kann ein Zeitfaktor in Verbindung mit dem Vorliegen des zweiten Betriebszustandes oder im selben Sinn die Rückdruckerhöhung bzw. der Druckabfall am Filter verwendet werden. Bedingung ist ferner, daß die Brennkraft­ maschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat.

Soll die Brennkraftmaschine abgestellt werden, so kann dies auch gemäß der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhaft durch die Luftdrosselklappe 11 geschehen, die dann in Schließ­ stellung gebracht wird. Dazu wird das elektrisch gesteuerte Umschaltventil 21 stromlos geschaltet, so daß die Steuer­ druckleitung 29 mit der Druckwandlereinrichtung 36 verbunden ist. Auch diese wird stromlos geschaltet, so daß der volle Unterdruck der Druckquelle 41 über das Umschaltventil 21 in den zweiten Steuerdruckraum 25 geleitet wird, was ein Schlie­ ßen der Luftdrosselklappe 11 zur Folge hat. Dasselbe geschieht auch bei stromlosem oder stromlos geschaltetem Steuergerät 44. Diese Eigenschaft gewährleistet ein sicheres Abstellen der Brennkraftmaschine auch bei Auftreten eines Schadensfalles. Beim Start der Brennkraftmaschine wird da­ durch, daß in diesem Zeitpunkt die Unterdruckpumpe 41 noch nicht betrieben ist, auch noch kein Unterdruck bereitge­ stellt, der ein Schließen der Drosselklappe bewirken könnte.

In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist bei der Lösung nach Fig. 2 für jeden der Stellmotoren ein ge­ sonderter elektrisch gesteuerter Druckwandler vorgesehen. Anstelle der Druckwandlereinrichtung 36 und des Umschalt­ ventils 21 in Fig. 1 treten eine erste Druckwandlereinrich­ tung 50, deren Steuerdruckzuführleitung 51 mit dem ersten Steuerdruckraum 16 verbunden ist, und eine zweite Druckwand­ lereinrichtung 52, deren Steuerdruckzuführleitung 53 mit dem zweiten Steuerdruckraum 25 verbunden ist. Beide Druck­ wandlereinrichtungen 50 und 52 werden von der selben Druck­ mittelquelle 41 mit Unterdruck versorgt, und zwar über die abkoppelnde zweite Drossel 40. Als Referenzdruckquelle steht die Umgebungsluft zur Verfügung. Die erste Druckwandlerein­ richtung 50 ist dabei so ausgestaltet, daß im stromlosen Zustand der Referenzdruck über die Steuerdruckzuführleitung an den ersten Steuerdruckraum 16 weitergeleitet wird, während bei höchster Strombeaufschlagung allein der Druck der Unter­ druckquelle in den ersten Steuerdruckraum 16 geleitet wird. Entsprechend wird bei stromlos geschalteter Druckwandler­ einrichtung 50 das Abgasrückführ-Steuerorgan in seine Schließstellung bewegt und die Abgasrückführung unterbun­ den.

Die zweite Druckwandlereinrichtung 52 ist so ausgebildet, daß im stromlosen Zustand der Unterdruck der Druckmittel­ quelle 41 in den zweiten Steuerdruckraum 25 weitergeleitet wird und bei höchster Strombeaufschlagung der Referenzdruck allein in dem zweiten Steuerdruckraum 25 wirksam ist. Dem­ entsprechend bewirkt der Unterdruck im ersten Steuerdruck­ raum 25 bei stromlos geschalteter zweiter Druckwandlerein­ richtung ein Schließen der Luftdrosselklappe 11 unter Ein­ wirkung der Rückstellfeder 26. Damit ist die Sicherheits­ funktion erfüllt, daß die Brennkraftmaschine bei stromlos geschaltetem Steuergerät oder bei stromlos geschalteter Druckwandlereinrichtung abgestellt wird. Mit der solcher­ maßen ausgestalteten Lösung können auf das genaueste die notwendigen Positionen von Luftdrosselklappe 11 und Abgas­ rückführ-Steuerorgan 12 eingestellt werden, um das ge­ wünschte Laufverhalten, Leistungsverhalten und Emissions­ verhalten der Brennkraftmaschine zu steuern.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gezeigt, wobei ebenfalls zwei Druckwandlereinrichtungen vorgesehen sind, die erste Druckwandlereinrichtung 50, die den ersten Stellmotor 14 ansteuert, und eine zweite Druckwandlereinrichtung 55, die den zweiten Stellmotor 23 ansteuert. Beide Druckwandlerein­ richtungen werden wie bei Fig. 2 beschrieben von einer Unterdruckquelle 41 über die zweite Drossel 40 mit Druck­ mittel versorgt und stehen zudem in Verbindung mit der Um­ gebungsluft. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist nun jedoch die zweite Druckwandlereinrichtung 55 in ihrer Wirkungsweise identisch mit der ersten Druckwandlereinrich­ tung 50, das heißt bei stromlos geschalteter Druckwandler­ einrichtung wird über die Steuerdruckzuführleitung 53 der Referenzdruck an den zweiten Steuerdruckraum 25 des zweiten Stellmotors 23 weitergegeben. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Drucksteuereinrichtungen gleichsinnig angesteuert werden können. Da bei dieser Ausgestaltung zum Abstellen der Brennkraftmaschine die zweite Druckwandlereinrichtung 55 mit dem maximalen Strom bzw. mit einem Dauerimpuls beauf­ schlagt werden muß, kann zur Vereinfachung und für einen geringeren Leistungsbedarf parallel zur zweiten Druckwand­ lereinrichtung eine Umgehungsleitung 56 vorgesehen werden, die den Steuerdruckraum 25 direkt über ein in die Steuer­ druckzuführleitung 53 eingesetztes 3/2-Ventil 57 in dessen stromlosen Zustand mit der Druckmittelquelle 41 verbindet und die im stromführenden Zustand des 3/2-Magnetventils 57 verschlossen ist. Zum Abschalten der Brennkraftmaschine wird somit mit dem Stromlosschalten der ersten Druckwand­ lereinrichtung 50 zugleich auch das 3/2-Magnetventil strom­ los geschaltet, so daß der Unterdruck der Druckquelle 41 in Schließrichtung an der Luftdrosselklappe 11 wirksam wird. Statt dieser Lösung kann auch ein 3/2-Ventil an den Referenzdruckanschluß 37 und Druckmittelanschluß 39 ange­ schlossen werden, wodurch beide Druckmittelanschlüsse der zweiten Druckwandlereinrichtung bei stromlosem 3/2-Ventil ausschließlich mit der ersten Druckmittelquelle 41 verbun­ den sind.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 mit einer Druckwandlereinrichtung 36a, die im strom­ losen Zustand den Referenzdruck direkt an die Steuerdruck­ zuführleitung 30 weitergibt und den Zugang zur Druckmittel­ quelle 41 schließt. In der gezeigten stromlosen Stellung des Umschaltventils 21 wird dann der Umgebungsdruck über die zweite Steuerdruckleitung 29 in den zweiten Steuer­ druckraum 25 eingeleitet. Bei höchster Strombeaufschlagung der Druckwandlereinrichtung 36a dagegen, herrscht bei der gegebenen Stellung des Umschaltventils 21 der volle Unterdruck der Druckmittelquelle 41 im zweiten Steuerdruck­ raum 25. Da zur Abstellung der Brennkraftmaschine das Um­ schaltventil 21 stromlos geschaltet werden muß, um die ge­ zeigte Stellung Fig. 4 zu erreichen, bei stromloser Druck­ wandlereinrichtung 36a jedoch der zum Abstellen der Brenn­ kraftmaschine notwendige Unterdruck am zweiten Stellmotor nicht wirksam wäre, ist parallel zur Druckwandlereinrichtung 36a eine Umgehungsleitung 56 vorgesehen, die den Steuerdruck­ raum 25 direkt über ein in die Steuerdruckzuführleitung eingesetztes 3/2-Ventil 57 in dessen stromlosem Zustand mit der Druckmittelquelle 41 statt mit der Druckwandler­ einrichtung verbindet und die im stromführenden Zustand des 3/2-Magnetventils 57 verschlossen ist. Bei stromlos geschalteter Steuerschaltung kann somit der Unterdruck über die Umgehungsleitung 56 in den zweiten Steuerdruck­ raum 25 geleitet werden und die Luftdrosselklappe 11 in Schließstellung bewegt werden.

In einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5, eine Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, ist eben­ falls nur eine Druckwandlereinrichtung 36a vorgesehen, die von einer Unterdruckpumpe 41 als Druckmittelquelle gespeist wird und andererseits mit der Umgebungsluft verbunden ist. Im stromlosen Zustand steuert die Druckwandlereinrichtung den Referenzdruck (=die Umgebungsluft) in die Steuerdruckzu­ führleitung 30. Diese nun führt abweichend vom Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 über einen ersten Ast 30a in den zweiten Steuerdruckraum 25, mit dem sie somit ständig ver­ bunden ist und über einen zweiten Leitungsast 30b in den ersten Steuerdruckraum 16. In dem zweiten Leitungsast 30b ist ein symbolisch gezeigtes elektrisch gesteuertes und betätigtes Umschaltventil 61 eingesetzt, das als 3/2-Ventil ausgeführt ist und in der gezeigten stromlos geschalteten Stellung den stellmotorseitigen Teil des Leitungszweiges 30b mit der Umgebungsluft verbindet und den druckwandlerein­ richtungsseitigen Teil des Leitungszweiges 30b sperrt. Bei eingeschaltetem Ventil wird umgekehrt die Verbindung zwischen den Teilen des Leitungszweiges 30b hergestellt.

Mit dieser Ausgestaltung steht das Umschaltventil 61 beim ersten Betriebszustand unter Strom und es wird der im ersten Stellmotor wirksame Steuerdruck, der von der Druck­ wandlereinrichtung 36a eingestellt wird, auch im zweiten Steuerdruckraum des zweiten Stellmotors 23 wirksam. Das be­ deutet, daß mit zunehmender Öffnung des Abgasrückführlei­ tungsquerschnitts durch das Abgasrückführ-Steuerorgan 12 der freie Querschnitt des Ansaugrohres 9 geschlossen wird. Damit kann erreicht werden, daß das Druckgefälle am Abgasrückführ- Steuerorgan stabilisiert wird und konstante Bedingungen für die Abgasrückführung erreicht werden können. Aufgrund der stabilisierten Druckverhältnisse am Abgasrückführ-Steuerorgan vereinfacht sich die Steuerung der Abgasrückführmengen, auch wird schnell bei einem Lastwechsel die Zufuhr von Frischluft bewirkt, da gleichzeitig mit dem Reduzieren der Abgasrück­ führmenge die Luftdrosselklappe geöffnet wird. Dies vermei­ det im Beschleunigungsfalle einen Luftmangel beim im Brenn­ raum zur Verbrennung kommenden Kraftstoff-Luft-Gemisch und damit einen Ruß- oder Rauchstoß. Diese Einrichtung läßt sich mit einer Druckwandlereinrichtung üblicher Bauart und mit einem einfachen und preiswerten 3/2-Ventil verwirklichen.

Die Druckwandlereinrichtung 36a ist in einer ersten Aus­ führungsform so ausgebildet wie die Druckwandlereinrich­ tung 36a von Fig. 4. Zum Abstellen der Brennkraftmaschine ist dann hier ebenfalls zusätzlich eine in der Zeichnung gestrichelt wiedergegebene Umgehungsleitung 56 vorgesehen, die den Steuerdruckraum 25 direkt über ein in dem Steuer­ druckzuführleitungsast 30 bzw. 30a eingesetztes elektrisch betätigbares 3/2-Ventil 57 in dessen stromlosen Zustand mit der Druckmittelquelle 41 statt mit der Druckwandlereinrich­ tung verbindet. Im stromführenden Zustand ist die Umgehungs­ leitung verschlossen und die Druckwandlereinrichtung mit dem Steuerdruckraum verbunden. In Abwandlung dazu kann aber auch die Druckwandlereinrichtung so ausgestaltet werden wie die von Fig. 1, die im stromlosen Zustand den Steuer­ druckraum 25 des zweiten Stellmotors mit dem Druck der ersten Druckmittelquelle 41 versorgt.

Die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele sind so ausgelegt, daß sie mit Unterdruck als erstes Druckmittel betätigt werden und mit Atmosphärendruck als Referenzdruckmittel. Durch ent­ sprechend geänderte Stellmotoren bzw. andere Anordnung von Steuerdruckraum und Lage der Rückstellfeder bzw. andere Übertragungsmechanik zwischen Stellmotor und Drosselorgan lassen sich die beschriebenen Einrichtungen in gleicher Weise auch mit Überdruck und Atmosphärendruck als Referenz­ druck betreiben. In diesem Falle wären z. B. die Druck­ räume 18 und 27 der Stellmotoren als Steuerdruckräume aus­ gebildet mit entsprechender Verbindung zu den Steuerdruck­ leitungen 19 und 29, während die Steuerdruckräume 16 und 25 als Referenzdruckräume mit Verbindung zur Umgebungsluft ausgebildet wären.

Claims (15)

1. Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugsystem (2) und einem Abgassammelsystem (3), von dem eine Abgasrückführleitung (4) zum Ansaugsystem führt, mit einem von einer Rückstellkraft in Schließrichtung belaste­ ten, in der Abgasrückführleitung angeordneten Abgasrückführ- Steuerorgan (12), das von einem mit Druckmittel betätigten ersten Stellmotor (14) verstellbar ist, der eine einen ersten Steuerdruckraum (16) von einem Referenzdruckraum (18) trennende, bewegliche, mit dem Abgasrückführmengen- Steuerorgan verbundene Wand (15) aufweist und der erste Steuerdruckraum (16) mit einer Steuerdruckquelle verbunden ist, die eine von einem Steuergerät (44) gesteuerte Druck­ wandlereinrichtung (36) aufweist (elektropneumatischer Wandler), durch die der Steuerdruck aus den Drücken einer ersten Druckquelle (40, 41) und einer zweiten Druckquelle, insbesondere der den Referenzdruckraum versorgenden Re­ ferenzdruckquelle mit vorzugsweise einem unter Atmosphären­ druck stehenden Medium, in Abhängigkeit von Betriebspara­ metern gebildet wird, wobei das Steuergerät insbesondere aus Werten für die angesaugte Luftmenge und der zugeführ­ ten Kraftstoffmenge das die Druckwandlereinrichtung steuern­ de Steuersignal bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine selbstzündende Brennkraftmaschine ist, die in dem Ansaugsystem (9) ein durch eine Rückstell­ kraft (26) in Öffnungsrichtung belastetes Drosselorgan (11) aufweist, das von einem mit Druckmittel betätigbaren zweiten Stellmotor (23) verstellbar ist, der eine einen zweiten Steuerdruckraum (25) von einem Referenzdruckraum (27) trennende, bewegliche, mit dem Drosselorgan verbundene Wand (24) aufweist und der zweite Steuerdruckraum (25) mit einer Steuerdruckquelle verbunden ist, die eine von dem Steuergerät (44) gesteuerte Druckwandlereinrichtung (36) aufweist (elektropneumatischer Wandler), durch die der Steuerdruck aus einer ersten Druckquelle (40, 41) und der Referenzdruckquelle mit vorzugsweise unter Atmosphären­ druck stehendem Medium in Abhängigkeit von Betriebspara­ metern gebildet wird, wobei das Steuergerät (44) insbeson­ dere aus Werten für die angesaugte Luftmenge und der zuge­ führten Kraftstoffmenge ein Steuersignal bildet.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Stellmotor (14) von einer ersten Druck­ wandlereinrichtung (50) und der zweite Stellmotor (23) von einer zweiten Druckwandlereinrichtung (52, 55) mit Steuer­ druck versorgt wird und die erste und die zweite Druckwand­ lereinrichtung aus den selben Druckquellen versorgt werden (Fig. 2 und 3).

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Stellmotor (14) und der zweite Stell­ motor (23) aus einer einzigen Druckwandlereinrichtung (36) mit Steuerdruck versorgbar sind und zwischen dieser und den Stellmotoren ein elektrisch gesteuertes Ventil (21) geschaltet ist, das in der einen Stellung den ersten Steuer­ druckraum (16) des ersten Stellmotors (14) mit der Druck­ wandlereinrichtung (36, 36a) und den zweiten Steuerdruck­ raum (25) des zweiten Stellmotors (23) mit der Referenz­ druckquelle verbindet und in der anderen Stellung den zweiten Steuerdruckraum (25) des zweiten Stellmotors (23) mit der Druckwandlereinrichtung (36) und den ersten Steuer­ druckraum (16) des ersten Stellmotors (14) mit der Referenz­ druckquelle verbindet (Fig. 1).

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Stellmotor (14) und der zweite Stell­ motor (23) aus einer einzigen Druckwandlereinrichtung (36, 36a) mit Steuerdruck versorgbar sind und zwischen dieser und dem ersten Stellmotor (14) ein elektrisch gesteuertes (3/2-)Ventil (61) geschaltet ist, das den Steuerdruckraum des ersten Stellmotors (14) in der einen Stellung mit der Druckwandlereinrichtung (36a) und in der anderen Stellung mit der Atmosphäre verbindet und dabei die Verbindung zur Druckwandlereinrichtung (36a) verschließt (Fig. 5).

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch gesteuerte Ventil (21, 61) in stromlosem Zustand den ersten Steuerdruckraum (16) des ersten Stellmotors (14) mit der Referenzdruckquelle ver­ bindet (Fig. 1, 4 und 5) .

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten Stellmotor (14) ver­ bundene Druckwandlereinrichtung (50, 36a) im stromlosen Zustand mit der Referenzdruckquelle verbunden ist und den Referenzdruck in den ersten Steuerdruckraum (16) des ersten Stellmotors (14) leitet (Fig. 2 bis 5).

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem zweiten Stellmotor (23) verbundene Druckwandlereinrichtung (36, 52) im stromlosen Zustand mit der ersten Druckquelle ver­ bunden ist und deren Druck dem Steuerdruckraum des zweiten Stellmotors zuleitet (Fig. 1, 2 und 5) .

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die mit dem zweiten Steuerdruckraum (25) des zweiten Stellmotors (23) verbundene Druckwandlereinrichtung (55, 36a) im stromlosen Zustand die Verbindung zur ersten Druckquelle (41) unterbrochen hat und daß zusätzlich zu dieser Druckwand­ lereinrichtung eine den zweiten Steuerdruckraum des zwei­ ten Stellmotors (23) mit der ersten Druckquelle (41) ver­ bindende Einrichtung (56) vorgesehen ist, mit einem elek­ trisch gesteuerten (3/2-)Ventil (57), das in stromlosem Zustand die Druckquelle (41) mit dem Steuerdruckraum (25) verbindet und die Verbindung zwischen Druckraum (25) und Referenzdruckquelle sperrt und von dem Steuergerät (44) gesteuert wird (Fig. 3 bis 5).

9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Druckquelle (41) eine pneumatische Unterdruckquelle dient.

10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckquelle eine nur bei laufender Brennkraftmaschine betriebene Druckmittel­ pumpe (41) ist.

11. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (44) die Druckbeaufschlagung der Steuerdruckräume des ersten Stellmotors (14) und des zweiten Stellmotors (23) so gesteuert wird, daß sich in einem ersten Betriebszu­ stand (Abgasrückführung) der zweite Steuerdruckraum (25) des zweiten Stellmotors (23) dem Referenzdruck ausgesetzt ist und der erste Steuerdruckraum (16) des ersten Stellmotors (14) dem Steuerdruck ausgesetzt ist und in einem zweiten Betriebszustand (Leerlauf, Abbrennen des Rußfilters, Ab­ stellen) der Steuerdruckraum des ersten Stellmotors (14) dem Referenzdruck und der Steuerdruckraum des zweiten Stellmotors (23) dem Steuerdruck ausgesetzt sind.

12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Betriebszustand (ARF) der dem ersten Stellmotor (14) zugeführte Steuerdruck so verändert wird, daß entsprechend einem einstellbaren Kraftstoff-Luft-Verhältnis der dem Brennraum der Brenn­ kraftmaschine zugeführten Medien die Brennraumrestfüllung mit Abgasrückführmenge erfolgt.

13. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere im zweiten Betriebszu­ stand bei dem der Steuerdruckraum des ersten Stellmotors (14) dem Referenzdruck und der zweite Steuerdruckraum (25) des zweiten Stellmotors (23) dem Steuerdruck ausgesetzt ist, der Ansaugquerschnitt (9) des Ansaugsystems (2) durch das Drosselorgan (11), gesteuert durch das Steuergerät (44), zur Erzeugung eines niedrigen Laufgeräusches der Brennkraftmaschine bei Niedriglast und Leerlauf entspre­ chend Betriebsparametern gedrosselt wird, unter Beibehal­ tung eines gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses.

14. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennkraftmaschine im Abgassammelsystem (3) eine Sammeleinrichtung (45) für im Abgas enthaltenen Ruß (Rußfilter) aufweist und im zweiten Betriebszustand die Abgastemperatur durch Drosselung des Ansaugquerschnitts (9) des Ansaugsystems zum Zwecke des Abbrennens des ge­ sammelten Rußes anhebbar ist, wobei die Steuerung der Ab­ gastemperaturanhebung durch Kennwerte der Sammeleinrich­ tung oder anderer Parameter erfolgt.

15. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch Stromlosschalten der Steuerein­ richtung (44) der zweite Betriebszustand herstellbar und/oder der Steuerdruckraum des zweiten Stellmotors (23) mit dem Druck der ersten Druckquelle beaufschlagbar ist.