DE3634163C2

DE3634163C2 -

Info

Publication number: DE3634163C2
Application number: DE3634163A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Himeji Hyogo Jp Asayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-10-09
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1989-04-20
Also published as: US4705009A; DE3634163A1; JPS6285161A

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgas-Rezirkulationssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist in der Technik ein System bekannt, das allgemein als "Abgas-Rezirkulation" (abgekürzt EGR - exhaust gas recirculation) bezeichnet wird, wobei ein Teil des Ab gases auf die Einlaßseite der Brennkraftmaschine gebracht wird, um die Stickstoffoxide (nachfolgend als NOx be zeichnet) zu reduzieren, die gefährliche und unerwünschte Bestandteile des Abgases einer Brennkraftmaschine dar stellen. Da die Strömung des rezirkulierten Abgases die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine und den Brenn stoffverbrauch etc. der Brennkraftmaschine beeinträch tigt, und zwar in Ergänzung zur Reduzierung des Gehaltes an NOx, ist es wünschenswert, daß das Abgas entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine genau gesteuert wird.

Wenn jedoch ein EGR-Steuerventil zum Steuern der Strömung des Abgases für eine lange Zeit verwendet wird, so lagert sich eine große Menge an Kohlenstoff, der im Abgas ent halten ist, am EGR-Steuerventil ab, so daß die Strömung des Abgases in der Anfangsstufe entsprechend dem Öffnungs grad des EGR-Steuerventils geändert wird. Daraus resultiert eine ungenaue Steuerung. Es kann ein Feedback-Steuersystem vorgesehen werden, und zwar mit einem Sauerstoffsensor zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration im Gemischgas aus Einlaßluft und rezirkuliertem Abgas, wodurch das rezirkulierte Abgas entsprechend dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors feedback-gesteuert wird, da die Sauer stoffkonzentration abhängig ist vom Mischungsverhältnis des Abgases. Für den Sauerstoffsensor zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration des Gemischgases wird ein Sauer stoffsensor des Pumpentyps verwendet, wie er in der US-PS 45 78 172 beschrieben ist. Der Sauerstoffsensor dieser Art besteht aus einer Sauerstoff-Ionen-Konduktiv- Festelektrolyt-Platte und ist mit einem Sauerstoffpumpen element versehen. Gegenüber dem Sauerstoffpumpenelement befindet sich ein den elektrischen Strom erfassendes Element mit einem Spalt zwischen beiden. Außerdem ist eine Luftkammer zum Einführen atmosphärischer Luft als Bezugsgas für das Pumpenelement vorgesehen. Da das Pumpen element Sauerstoff in den Spalt auspumpt, wird ein Unter schied der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Gemischgas im Spalt und der atmosphärischen Luft in der Luftkammer erzeugt, so daß das Erfassungselement einen elektrischen Strom entsprechend einem solchen Unterschied erzeugt, wo durch der Sauerstoffsensor die Strömungsrate des rezirku lierten Abgases feststellt. In diesem Fall ändert sich der Druck innerhalb der Einlaßrohrleitung, in den das Gemisch gas strömt, entsprechend dem Betriebszustand der Brenn kraftmaschine. Der Druck innerhalb der Luftkammer ändert sich jedoch nicht, da hier atmosphärische Luft in die Kammer eingeführt wird. Für den Fall des Erfassens der Sauerstoffkonzentration des Gemischgases durch einen der artigen Sensor mit der zuvor erwähnten Luftkammer ergibt sich, wenn diese Druckänderung verursacht wird, ein Fest stellfehler durch eine Differenz zwischen dem Druck in der Einlaßrohrleitung und dem in der Luftkammer.

Es ist auch ein Detektor bekannt (DE-OS 34 45 755) für die Messung oder Regelung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine. Der Detektor ist ein Sauerstoffdetektor und er ist in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordnet und liefert Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Differenz der Sauerstoffkonzen tration im Abgas und der Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsatmosphäre. Hiermit soll schnell und genau fest gestellt werden, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine im kraftstoffreichen (angereicherten) oder im kraftstoffarmen (abgemagerten) Bereich oder auf der theoretischen Größe liegt, wobei gegebenenfalls eine Regelung erfolgen soll.

Es ist schließlich auch ein Abgas-Rezirkulationssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt (DE-OS 27 52 877), welches für eine Vergaser-Brennkraft maschine vorgesehen ist, so daß in der Einlaßrohrleitung dann, wenn kein Abgas rezirkuliert wird, ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft strömt. Der Sensor dieses bekannten Systems ist als CO₂-Sensor ausgebildet, dessen Ausgangs signal über einen Verstärker an die Steuereinheit gelie fert wird, die ihrerseits entsprechend die Zufuhr von Luft als Bezugsgas steuert, wobei die Luft in die Abgas- Rezirkulationsleitung eingeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgas-Rezirkulations system für eine mit Brennstoffeinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine zu schaffen, das mit höherer Genauig keit das Rezirkulieren von Abgas durch eine genaueres Er fassen der Sauerstoffkonzentration des durch die Einlaß rohrleitung strömenden Gemischgases steuert.

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

Mit einem Abgas-Rezirkulationssystem gemäß der Erfindung ist eine genauere Steuerung des rezirkulierten Abgases möglich, wobei Feststellfehler des Sauerstoffsensors eli miniert werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnun gen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform eines EGR-Steuersystems für eine Brennkraft maschine gemäß der Erfindung und

Fig. 2 die Anordnung einer anderen bevorzugten Aus führungsform

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Einlaßleitung (2) versehen, die mit einem Drosselventil (3) versehen ist. Die Einlaßleitung (2) ist mit einem Sauerstoffsensor (4) ausgerüstet, der dem Erfassen der Sauerstoffkonzentration einer Strömung von Gemischgas durch die Einlaßleitung (2) bestimmt ist. Außerdem befindet sich in der Einlaßleitung ein Brennstoffeinspritzventil (6) für die Brennstoffzufuhr in die Einlaßleitung (2).

Der Sauerstoffsensor (4) besteht aus einer Detektorvorrichtung für die Sauerstoffkonzentration in Form einer Festelektrolyt-Sauerstoffpumpe. Diese Pumpe weist eine Kammer (5) auf, in die ein Bezugsgas eingeführt wird. Für den Sauerstoffsensor (4) kann beispielsweise ein solcher Sensor verwendet werden, wie er in der US-PS 45 78 172 beschrieben ist. Die Brennkraftmaschine (1) ist ebenso mit einer Abgasleitung (7) für das Abgeben der Abgase versehen. Ein EGR-Steuerventil (8) befindet sich zwischen Rohrleitungen (9 a, 9 b), die die Abgasleitung (7) mit der Einlaßleitung (2) verbinden. Der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils (8) wird elektromagnetisch so gesteuert, daß die Strömungsrate des Abgases, die von der Abgasleitung (7) zur Einlaßleitung (2) rezirkuliert, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Die Brennkraftmaschine ist ebenso mit einem Drehzahlsensor (10) versehen, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu erfassen. Außerdem ist ein Drucksensor (11) vorgesehen, um den Druck in der Einlaßleitung (2) zu erfassen. Eine elektronische Steuereinheit (12) zum Antreiben des Steuerventils (8) nimmt elektrische Eingabesignale vom Drehzahlsensor (10), vom Drucksensor (11) und vom Sauerstoffsensor (4) auf und treibt das EGR-Steuerventil (8) entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) an, bestimmt durch die vorgenannten Eingabesignale, so daß die Strömungsrate des rezirkulierten Abgases auf den gewünschten Wert gesteuert wird. Eine Öffnung (13) zum Rezirkulieren des Abgases und eine Öffnung (14 a) zum Einführen des Bezugsgases in die Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors (4) sind in der Einlaßrohrleitung (2) vorgesehen. Die Öffnung (14 a) befindet sich zwischen dem Drosselventil (3) und der Öffnung (13), so daß die Einlaßluft, die nicht mit dem Abgas gemischt wird, in die Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors (4) eingeführt werden kann. Folglich kann die Einlaßluft als Bezugsgas, welches einen Druck hat, der im wesentlichen gleich dem Druck des Gemischgases in der Nähe des Sauerstoffsensors (4) in der Einlaßrohrleitung (2) hat, in die Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors eingeführt werden, was über eine Führungsrohrleitung (14) erfolgt.

Der Betrieb des EGR-Steuersystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung wird nun beschrieben.

Wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, so wird Einlaßluft von der atmosphärischen Luft über einen Luftreiniger (nicht dargestellt), das Drosselventil (3) und die Einlaßleitung (2) in die Brennkraftmaschine (1) eingeführt.

Andererseits wird rezirkuliertes Abgas von der Abgasrohrleitung (7) durch die Rohrleitung (9 a), das EGR-Steuerventil (8), die Rohrleitung (9 b) und die Öffnung (13) in die Einlaßrohrleitung (2) eingeführt und mit der Einlaßluft gemischt. Dann wird die Strömung des rezirkulierten Abgases durch einen Öffnungswinkel des EGR-Steuerventils (8) eingestellt. Das Mischungsverhältnis an Abgas in der Einlaßluft wird aus der Sauerstoffkonzentration durch den Sauerstoffsensor (4) erfaßt.

Der Ausgang des Sensors (4) wird der elektronischen Steuereinheit (12) zugeführt, die die vorbestimmte EGR-Rate entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) durch die Ausgangssignale des Drehzahlsensors (10) und des Drucksensors (11) und den Ausgang des Sensors (4) mit dem zuvor voreingestellten Wert vergleicht.

Die elektronische Steuereinheit (12) stellt dann den Öffnungswinkel des EGR-Steuerventils (8) in Abhängigkeit vom verglichenen Resultat ein, so daß das Ausgangssignal des Sensors (4) durch Steuerung des rezirkulierten Abgases an den gewünschten Wert angepaßt werden kann.

Da hierauf die Einlaßluft in der Einlaßrohrleitung (2) in die Luftkammer (5) als Bezugsgas eingeführt wird, wird der Druckunterschied zwischen dem Bezugsgas in der Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors (4) und des Gemischgases in der Einlaßrohrleitung (2) im wesentlichen ausgelöscht, wodurch eine genaue Steuerung des rezirkulierten Abgases realisiert werden kann, weil der Feststellungsfehler des Sauerstoffsensors (4) durch den Druckunterschied ausgelöscht wird.

Während in der vorstehenden Beschreibung das Bezugsgas der Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors (4) durch die Führungsrohrleitung (14) eingeführt wird, ist es ebenso möglich, eine andere Anordnung zu verwenden, und zwar entsprechend der zweiten Ausführungsform der Fig. 2.

In der Figur wird eine Einlaßrohrleitung (2) der Brennkraftmaschine (1) aufgeteilt in einen ersten Einlaßweg (16) und einen zweiten Einlaßweg (17), so daß der zweite Einlaßweg (17) mit einer Öffnung (13) zum Einführen des Abgases ausgerüstet ist, so daß die durch den zweiten Einlaßweg (17) strömende Einlaßluft mit dem Abgas gemischt wird.

Ein Sauerstoffsensor (4) wird dann an einer Wand (18) zwischen dem ersten Einlaßweg (16) und dem zweiten Einlaßweg (17) angebracht, wobei eine Luftkammer (5) mit dem ersten Einlaßweg (16) verbunden ist, wodurch die Sauerstoffkonzentration im Gemischgas, das in dem zweiten Einlaßweg (17) strömt, festgestellt wird.

Daraufhin werden zwei Drosselventile (19, 20) jeweils im ersten Einlaßweg (16) und im zweiten Einlaßweg (17) angebracht, und zwar derart, daß sie sich gemeinsam bewegen.

Es ist auch möglich, ein Drosselventil in einem gemeinsamen Strömungsweg stromauf der Einlaßwege (16, 17) vorzusehen.

Da die Einlaßluft, die im wesentlichen denselben Druck hat wie die des in der Einlaßrohrleitung strömenden Gemischgases und frei von Abgas ist, als Bezugsgas in den Sauerstoffsensor eingeführt wird, um die Sauerstoffkonzentration im Gemischgas zu testen, kann eine genaue Steuerung des rezirkulierten Abgases realisiert werden, da der Feststellungsfehler des Sauerstoffsensors, verursacht durch den Druckunterschied in der Einlaßrohrleitung, ausgelöscht wird.

Claims

1. Abgas-Rezirkulationssystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Einlaßrohrleitung (2), in der ein Drossel ventil (3) angeordnet ist, um die Strömungsrate in der Einlaßrohrleitung (2) zu steuern, einer Abgasrohrleitung (7) zum Abgeben des Abgases aus der Brennkraftmaschine, einer Rohrleitung (9 a, 9 b) zum Rezirkulieren von Abgas aus der Abgasrohrleitung (7) in die Einlaßrohrleitung (2) stromab des Drosselventils (3) über eine Öffnung (13), einem Abgas-Rezirkulations-Steuerventil (8), um die Strömungsrate des rezirkulierten Abgases zu steuern, einem stromab des Drosselventils (3) angeordneten Sensor (4) an der Einlaßrohrleitung (2), um die Konzentration eines Bestandteiles des durch die Einlaßrohrleitung (2) strömenden Gemischgases festzustellen, einer Steuer einheit (12), um das Steuerventil (8) entsprechend dem Ausgangssignal des Sensors (4) derart zu steuern, daß eine Abgas-Rezirkulationsrate auf einen gewünschten Wert einstellbar ist, und mit einer Einrichtung (14, 14 a), um Luft als Bezugsgas für den Sensor (4) zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßrohrleitung (2) zum Einführen von Einlaßluft dient, der Sensor (4) ein Sauerstoffsensor ist, und daß die als Bezugsgas dienende Luft frei von rezirkuliertem Abgas und im wesentlichen unter demselben Druck wie dem des in der Einlaßrohrleitung strömenden Gemischgases in die Einlaßrohrleitung (2) eingeführt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern von Bezugsgas eine Führungs rohrleitung (14) aufweist, durch die Einlaßluft als Be zugsgas in eine Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors (4) einführbar ist, und daß eine Öffnung (14 a) dieser Rohr leitung zwischen dem Drosselventil (3) und der Eintritts öffnung (13) für das rezirkulierte Abgas an der Einlaß rohrleitung (2) angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßrohrleitung (2) in einen ersten Strömungsweg (16) für die Einlaßluft und einen zweiten Strömungsweg (17) für das Gemischgas unterteilt ist, und daß der Sauerstoffsensor (4) in einer Wand (18) zwischen diesen beiden Strömungswegen (16, 17) angebracht ist, so daß eine Luftkammer (5) des Sauerstoffsensors (4) mit dem ersten Strömungs weg (16) in Verbindung steht.