DE3703091A1

DE3703091A1 - Steuervorrichtung fuer die rueckgefuehrte abgasmenge in einem verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3703091A1
Application number: DE19873703091
Authority: DE
Inventors: Hiroyoshi Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1987-02-03
Publication date: 1988-08-11
Also published as: JPS62189358A; DE3703091C2; US4794903A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge in einem Verbrennungsmotor.

Zur Verhinderung von Luftverschmutzung werden bei her kömmlichen Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraft fahrzeugen, die ausstoßbaren Schadstoffe vermindert, indem Abgas durch Rückführung in die Motorverbrennungs kammern erneut verbrannt wird.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer zu die sem Zweck entwickelten Steuervorrichtung für die rück geführte Abgasmenge, die in der japanischen Offenle gungsschrift 55-93 950 (1980) offenbart ist.

Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1, ein Lufteinlaß rohr 2 und ein Abgasrohr 3, die mit einem Lufteinlaß kanal bzw. einem Abgasauslaßkanal des Motors 1 verbun den sind, eine am Lufteinlaßrohr 2 angeordnete Kraft stoffzuführvorrichtung 4, eine Drossel 5 zum Steuern der Lufteinlaßmenge, eine Lufteinlaßleitung 6, einen Luftreiniger 7, einen Drehzahldetektor 8 zum Feststel len der Drehzahl des Motors 1, eine Ladedruckleitung 9, einen Motorladedruckdetektor 10 zum Ermitteln des Drucks im Lufteinlaßrohr 2 über die Ladedruckleitung 9. Eine Abgasrückführleitung 11 (nachfolgend als EGR be zeichnet) ist mit dem Lufteinlaßrohr 2 und dem Abgas rohr 3 verbunden. In die EGR-Leitung 11 ist ein EGR- Steuerventil 12 eingesetzt. Ein Detektor 13 stellt die Öffnung des EGR-Ventils 12 fest. Mit 14 ist eine EGR- Steuerung bezeichnet, mit 15 eine Außendruckleitung, und mit 16 ein Steuer-Unterdruckgenerator zum Steuern der Öffnung des EGR-Ventils 12. Der Steuer-Unterdruck generator 16 erzeugt Unterdruck mittels des Motorlade drucks in der Ladedruckleitung 9 und des Außendrucks in der Außendruckleitung 15, wobei durch das Regulieren des genannten Unterdrucks als Reaktion auf die Aus gangssignale der EGR-Steuerung 14 ein Steuer-Unterdruck erzeugt wird.

Die Vorrichtung mit dem genannten Aufbau führt die fol genden Funktionen aus. Zuerst wird über den Luftreini ger 7 und die Drossel 5 eingesaugte Frischluft mit von der Kraftstoffzuführvorrichtung 4 zugeführtem Kraft stoff gemischt, bevor das Gemisch zur Verbrennung in den Motor 1 geleitet wird. Durch die Verbrennung erzeug tes Abgas wird über das Abgasrohr 3 nach außen abgelei tet, während ein Teil des Abgases über die EGR-Leitung 11 zum Lufteinlaßrohr 2 rückgeführt, dann mit angesaug ter Frischluft vermischt und anschließend erneut dem Motor 1 zugeführt wird.

Durch diese Steuervorrichtung lassen sich die schädli chen Abgasbestandteile verringern, indem ein Teil des Abgases zur Lufteinlaßseite rückgeführt wird. Jedoch muß die EGR-Menge entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 gesteuert werden. Zu diesem Zweck enthält die Steuervorrichtung innerhalb der EGR-Leitung 11 das EGR- Steuerventil 12, welches in Abhängigkeit vom Betriebs zustand des Motors 1 geöffnet und geschlossen wird. Insbesondere ermittelt die Steuervorrichtung durch den Drehzahldetektor 8 die Drehzahl des Motors 1 und ermit telt gleichzeitig durch den Motorladedruckdetektor 10 den Druck innerhalb des Lufteinlaßrohrs 2. Dann über mittelt die Steuervorrichtung die festgestellten Werte an die EGR-Steuerung 14. Die EGR-Steuerung 14 ver gleicht dann den zuvor gespeicherten Wert des Öffnungs detektors 13 mit der als optimal angenommenen EGR-Strö mungsrate, die in Abhängigkeit von mehreren Betriebs größen des Motors 1 ermittelt und vorübergehend in einem Speicher gespeichert wurde, und erzeugt dann ein Ausgangssignal, durch das die Abweichung null wird. Nach Empfang dieses Ausgangssignals erzeugt der Unter druck-Steuergenerator 16 einen vorbestimmten Steuerun terdruck zum Betätigen des EGR-Steuerventils 12, bis eine optimale, dem Betriebszustand des Motors 1 ent sprechende EGR-Menge rückgeführten Abgases erreicht ist.

Dennoch wird bei jeder herkömmlichen EGR-Steuervorrich tung mit dem genannten Aufbau eine große Menge von Koh lenstoff u.ä. aus dem Abgas erzeugt, die leicht am EGR- Steuerventil 12 anhaftet. Wenn Kohlenstoff am EGR-Steu erventil 12 haftet, vermindert sich in der Praxis auch unter Beibehaltung der gleichen Ventilöffnung die rück geführte Abgasmenge im Vergleich mit dem Ausgangswert beträchtlich. Dies führt zu einer verringerten Effi zienz bei der Abgasreinigung, die vom Fahrer jedoch nicht leicht zu erkennen ist.

In umgekehrter Weise kann bei Abnutzung des EGR-Steuer ventils 12 bei gleicher Ventilöffnung eine den Ausgangs wert übersteigende Menge rückgeführten Abgases erzeugt werden. Auch in diesem Fall kann der Fahrer den anorma len Zustand nicht leicht feststellen. Wie oben beschrie ben, lassen sich durch ein herkömmliches EGR-Mengen- Steuersystem verursachte verschlechterte EGR-Steuer eigenschaften schwer erkennen, bis für den Fahrer ein anormaler Betrieb des Motors selbst spürbar wird.

Es ist die Hauptaufgabe der Erfindung, die oben ange führten Probleme zu überwinden, indem eine Steuervor richtung für die rückgeführte Abgasmenge in einem Ver brennungsmotor geschaffen wird, die den Fahrer bei einem anormalen Zustand in der Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge zuverlässig warnt, wenn der Abgasrückführwert aufgrund von Verschleiß und/oder eines Verstopfens des EGR-Steuerventils vom vorbestimm ten optimalen Wert abweicht.

Die Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge in einem Verbrennungsmotor weist die folgenden Teile auf: einen Sauerstoffsensor, der zwischen der Abgas rückführleitung und dem Motor angebracht ist, eine Vor richtung zum Ermitteln eines anormalen Zustandes, die ein vorbestimmtes Ausgangssignal erzeugt, wenn der Aus gangswert des Sauerstoffsensors den erlaubten Ausgangs bereich verläßt, und eine Alarmvorrichtung, die den Fahrer nach Empfang eines Ausgangssignals von der Er mittlungsvorrichtung auf einen anormalen Zustand der Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge hin weist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer herkömmlichen Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervor richtung für die rückgeführte Abgasmenge;

Fig. 3(a) bzw. 3(b) Graphiken des Verhältnisses zwi schen der Sauerstoffkonzentration C in der einem Ver brennungsmotor zugeführten Frischluft und dem vom Sauer stoffsensor ausgegebenen Signal IP bzw. dem Abgasrück führanteil K;

Fig. 4 eine Graphik des Sollwertes Ko des Abgasrück führanteils;

Fig. 5 eine Graphik des Zulässigkeitsbereiches Δ Ko des Abgasrückführanteils; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 2 sind diejenigen Bestandteile, die auch in Fig. 1 vorhanden sind, durch gleiche Bezugszeichen ge kennzeichnet.

In Fig. 2 ist die Steuervorrichtung für die rückgeführ te Abgasmenge in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor gezeigt. Die Darstellung zeigt den Verbrennungsmotor 1, ein Lufteinlaßrohr 2 und ein Abgasrohr 3, die mit einem Lufteinlaßkanal bzw. einem Abgasauslaßkanal des Motors 1 verbunden sind, eine am Lufteinlaßrohr 2 angeordnete Kraftstoffzuführvorrichtung 4, ein Drosselventil 5 zum Steuern der Lufteinlaßmenge, eine Lufteinlaßleitung 6, einen Luftreiniger 7, einen Drehzahldetektor 8 zum Fest stellen der Drehzahl des Motors 1, eine Ladedrucklei tung 9, einen Motorladedruckdetektor 10 zum Ermitteln des Drucks im Lufteinlaßrohr 2 über die Ladedrucklei tung 9, eine Abgasrückführleitung 11 (nachfolgend als EGR bezeichnet), die mit dem Lufteinlaßrohr 2 und dem Abgasrohr 3 verbunden ist, ein in der EGR-Leitung 11 eingesetztes EGR-Steuerventil 12, einen Detektor 13 zum Feststellen der Öffnung des EGR-Ventils 12, eine EGR- Steuerung 14, eine Außendruckleitung 15, und einen Steuer-Unterdruckgenerator 16 zum Steuern der Öffnung des EGR-Ventils 12. Die Steuervorrichtung für die rück geführte Abgasmenge erzeugt Unterdruck durch Auswer tung des Motorladedrucks in der Ladedruckleitung 9 und des Außendrucks in der Außendruckleitung 15. Zudem er zeugt sie einen vorbestimmten Steuer-Unterdruck, indem sie den obigen Unterdruck als Reaktion auf die Ausgangs signale der EGR-Steuerung 19 reguliert.

Die oben beschriebene Anordnung gleicht der Anordnung nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 2 führt ein Kanal 17 zum Lufteinlaßrohr 2. Abgas, das vom Abgasrohr 3 über die EGR-Leitung 11 rück geführt worden ist, wird über den Kanal 17 der EGR-Lei tung 11 zum Lufteinlaßrohr 2 befördert. Ein Sauerstoff sensor 18 ist am Lufteinlaßrohr 2 befestigt und ermit telt die Sauerstoffkonzentration in der dem Motor 1 zugeführten Frischluft. Der Sauerstoffsensor 18 ist am Lufteinlaßrohr 2 zwischen dem Kanal 17 der zum Luftein laßrohr 2 führenden EGR-Leitung 11 und dem Motor 1 ange bracht. Wie z.B. der Sauerstoffsensor mit Sauerstoffpum pensystem mit festem Elektrolyten nach der japanischen Veröffentlichung Nr. 58-1 53 155 (1983) erzeugt der Sauer stoffsensor 18 ein der ermittelten Sauerstoffkonzentra tion entsprechendes Ausgangssignal. Zudem enthält die Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge die EGR-Steuerung 19, die zum Repräsentieren des Antriebs zustandes des Motors ein dem Antriebszustand entspre chendes Ausgangssignal als Reaktion auf zwei Arten von Signalen erzeugt, welche den Antriebszustand des Motors angeben, d.h. auf ein die Drehzahl des Motors angeben des Ausgangssignal und ein weiteres, den Motorladedruck angebendes Signal, welches vom Motorladedruckdetektor 10 ausgegeben wird. Die Steuervorrichtung für die rück geführte Abgasmenge weist im weiteren innerhalb der EGR-Steuerung 19 eine Detektorvorrichtung 190 zum Er mitteln eines anormalen Zustandes auf, die anhand des vom Sauerstoffsensor 18 ausgegebenen Signals fest stellt, ob die rückgeführte Abgasmenge optimal ist oder nicht.

Eine Alarmvorrichtung 20 besteht aus einer Alarmanzeige leuchte, die durch Signale der Detektorvorrichtung 190 der EGR-Steuerung 19 betätigt wird, um den Fahrer auf einen anormalen Zustand in der Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge hinzuweisen.

Wie der entsprechende Teil nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 ermittelt der Ventilöffnungsdetektor 13 entweder den Verschiebungsbetrag oder den Rotationswin kel des Ventilschaftes des EGR-Steuerventils 12.

Die Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge führt die folgenden Funktionen aus.

Durch den Luftreiniger 7 und die Drossel 5 angesaugte Frischluft wird vermischt mit Kraftstoff von der Kraft stoffzuführvorrichtung 4 dem Motor 1 zur Verbrennung zugeführt. Dann wird durch die Verbrennung in den Motor kammern erzeugtes Abgas über das Abgasrohr 3 ausge stoßen, während ein Teil des Abgases über die EGR-Lei tung 11 zum Lufteinlaßrohr 2 rückgeführt, dann mit der angesaugten Frischluft gemischt und anschließend dem Motor 1 erneut zur Verbrennung zugeführt wird.

Bei Betrieb des Motors 1 stellen der Drehzahldetektor 8 bzw. der Motorladedruckdetektor 10 die Drehzahl NE des Motors 1 bzw. den Motorladedruck PB fest, die jeweils den Betriebszustand des Motors 1 angeben, und an schließend werden diese Datensignale der EGR-Steuerung 19 übermittelt. Dann wählt die EGR-Steuerung 19 gemäß Fig. 4 den EGR-Sollwert Koi, der im Speicher entspre chend der ermittelten Drehzahl des Motors 1 und des Motorladedrucks PB gespeichert ist, und errechnet an schließend die angestrebte Öffnung des EGR-Steuerven tils 12 anhand des EGR-Sollwertes Koi. Andererseits hat die EGR-Steuerung 19 bereits einen vom Ventilöffnungsde tektor 13 ermittelten Öffnungswert des EGR-Steuerven tils 12 empfangen, und folglich wird von der EGR-Steue rung 19 ein Signal erzeugt und ausgegeben, so daß die Abweichung des mittels des Ventilöffnungsdetektors 13 gemessenen Istwertes der Öffnung vom Sollwert der Öff nung auf null reduziert wird. Nach Empfang dieses Sig nals erzeugt der Steuer-Unterdruckgenerator 16 einen vorbestimmten Steuer-Unterdruck, indem er in der Lade druckleitung 9 und in der Außendruckleitung 15 vorhan denen Druck übermittelt, so daß die zu erzielende Öff nung des EGR-Steuerventils 12 exakt eingehalten wird.

Wie beim angeführten Stand der Technik wird bei der Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln des EGR-Anteils durch Rückkopplung zum EGR-Sollwert verwendet.

Nachdem rückgeführtes Abgas vom Kanal 17 über die EGR- Leitung 11 durch die Öffnungs- und Schließvorgänge des EGR-Steuerventils 12 zum Lufteinlaßrohr 2 transportiert worden ist, wird es mit über das Lufteinlaßrohr 2 zu strömender Frischluft gemischt. Mit dem Ansteigen der rückgeführten Abgasmenge sinkt die Sauerstoffkonzentra tion C in der durch das Lufteinlaßrohr 2 flußabwärts des Kanals 17 angesaugten Frischluft ab, d.h. je höher der EGR-Wert ist, desto niedriger fällt die Sauerstoff konzentration C in der angesaugten Frischluft aus. Der Sauerstoffsensor 18 ermittelt die Sauerstoffkonzentra tion C in der angesaugten Frischluft und erzeugt dann ein der tatsächlich gemessenen Sauerstoffkonzentration Ci nach Fig. 3(a) exakt entsprechendes Ausgangssignal IPi, um dieses der EGR-Steuerung 19 zuzuführen.

Aufgrund der Korrekturkurve, die das Verhältnis zwi schen dem Sensorausgang IP und dem EGR-Wert K zeigt, der entsprechend Fig. 3(a) und (b) bestimmt und zuvor in einem Speicher gespeichert worden ist, errechnet die EGR-Steuerung 19 den während der jeweiligen Betriebszu stände beim Ablauf des Rückkopplungsvorgangs tatsäch lich gemessenen EGR-Wert Ki; zudem errechnet sie die Abweichung des tatsächlich gemessenen EGR-Istwertes Ki vom EGR-Sollwert Koi. Die EGR-Steuerung 19 wählt den gleiche Antriebsbedingungen umfassenden Zulässigkeits bereich Δ Koi für den EGR-Wert aus dem in ihrem Spei cher gespeicherten Zulässigkeitsbereich Δ Ko (gezeigt in Fig. 5) für EGR-Werte und errechnet dann den Abwei chungswert zwischen dem EGR-Istwert Ki und dem EGR-Soll wert Koi.

Wenn eine vorbestimmte Bedingung | Ki-Koi | < Δ Koi erfüllt ist, veranlaßt die EGR-Steuerung 19, daß die Detektorvorrichtung 190 ein Ausgangssignal zum Betäti gen der Alarmvorrichtung 20 erzeugt, welche dann einen Alarm gibt. Wenn im genaueren ein Verstopfen oder Ver schleißen des EGR-Steuerventils 12 bei der EGR-Steuer vorrichtung eine Verminderung des Durchstroms oder eine Fehlfunktion bewirken, so daß der EGR-Istwert bei glei cher öffnung des EGR-Steuerventils 12 vom EGR-Sollwert abweicht, erfolgt ein Alarm. Somit kann der Fahrer den anormalen Zustand der EGR-Steuervorrichtung leicht fest stellen, so daß eine nötige Reparatur, z.B. das Erset zen eines fehlerhaften EGR-Steuerventils 12, rechtzei tig durchgeführt werden kann.

Fig. 6 ist die schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Steuervorrichtung für die rückge führte Abgasmenge.

Ein elektromagnetisches Proportionalventil 21, das sei ne Öffnung proportional zum Steuersignal variieren kann, erfüllt bei dieser Ausführungsform die Funktion des EGR-Steuerventils 12 der beschriebenen ersten Aus führungsform. Das EGR-Steuerventil 21 der zweiten Aus führungsform wird von der EGR-Steuerung 22 gesteuert. Dieses System gestattet es der EGR-Steuerung 22, die Öffnung des EGR-Steuerventils 21 anhand der Steuersig nale des Ventils direkt zu berechnen, und somit wird für das EGR-Steuerventil 21 kein Ventilöffnungsdetektor benötigt. Zudem läßt sich die Anzahl der der EGR-Steue rung 22 zu übermittelnden Signale verringern, wodurch der gesamte Aufbau der Steuervorrichtung für die rückge führte Abgasmenge vereinfacht wird.

Selbstverständlich ist nicht nur das genannte elektro magnetische Proportionalventil 21, sondern jedes belie bige elektromagnetische Ventil anstelle des EGR-Steuer ventils verwendbar.

Die erwähnten Ausführungsformen enthalten jeweils Vor richtungen zum Ermitteln der Drehzahl des Motors bzw. des Motorladedrucks sowie eine Vorrichtung zum Ermit teln des Betriebszustandes des Motors, die die entspre chenden Signale den EGR-Steuerungen 19 und 22 zuführen. Die Erfindung erlaubt auch eine Anordnung, bei der die rückgeführte Abgasmenge steuerbar ist, indem die Dreh zahl des Motors, die Drosselventilöffnung oder die Ein strömmenge der angesaugten Frischluft ermittelt wird.

Beschreibungsgemäß weisen die bevorzugten Ausführungs formen einen Sauerstoffsensor flußabwärts des Kanals der EGR-Leitung im Lufteinlaßrohr auf, und erzeugen einen Alarm, wenn das Signal des Sauerstoffsensors den Zulässigkeitsbereich beim betreffenden Betriebszustand des Motors verläßt. Somit wird der Fahrer schnell ge warnt, wenn in der Abgasrückführvorrichtung ein anor maler Zustand wie ein Verschleiß oder ein Fehler auf tritt.

Claims

1. Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge in einem Verbrennungsmotor, mit einer Rückführleitung (11), die einen Abgaskanal (3) und einen Lufteinlaßka nal (2) des Verbrennungsmotors (1) verbindet und das Abgas des Verbrennungsmotors (1) in den Lufteinlaßkanal (2) rückführt; einem Steuerventil (12, 21), das an einem mittleren Bereich der Rückführleitung (11) an gebracht ist und die rückgeführte Abgasmenge steuert; einem Motorzustandssensor (8, 10, 13) zum Ermitteln des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (1); und einer Steuerung (19, 22) zum Einstellen der Öffnung des Steu erventils (12, 21) durch das Errechnen einer optimalen Rückführmenge des Abgases aufgrund des Ermittlungssig nals des Motorzustandssensors (8, 10, 13);
gekennzeichnet durch
einen Sauerstoffsensor (18) zum Ermitteln der Sauer stoffkonzentration innerhalb des Lufteinlaßkanals (2) flußabwärts von der Verbindung der Rückführleitung (11) mit dem Lufteinlaßkanal;
eine Detektorvorrichtung (190) zum Ermitteln eines anor malen Zustandes, die einen anormalen Zustand feststellt, wenn der Unterschied zwischen der aufgrund des empfange nen Signals des Sauerstoffsensors (18) errechneten Ab gasrückführmenge und der aufgrund des empfangenen Sig nals des Motorzustandssensors (8, 10, 13) errechneten Abgasrückführmenge einen vorbestimmten Wert überschrei tet; und
eine Alarmvorrichtung (20), die Alarm erzeugt, wenn die Detektorvorrichtung (190) einen anormalen Zustand ermit telt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Motorzustandssensor (8, 10, 13) die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) ermittelt.

3. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorzustandssensor (8, 10, 13) den Unterdruck im Lufteinlaßkanal (2) ermit telt.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorzustandssensor (8, 10, 13) die Öffnung des Drosselventils (5) des Verbren nungsmotors (1) ermittelt.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorzustandssensor (8, 10, 13) die in den Lufteinlaßkanal (2) strömende Luft menge ermittelt.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein elek tromagnetisches Proportionalventil (21) ist.