DE4239773C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftma­ schine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Druckschrift DE 37 13 110 C2 ist ein Steuerungssystem einer Abgasrückführungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Dieses Steuerungssystem umfaßt ein Solenoidventil, welches mit zwei Druckquellen, nämlich mit der Atmosphäre und mit einer Vakuumpumpe in Verbindung steht. Je nachdem, wie das Solenoidventil zwischen dem Atmosphärendruck und dem Vakuum geschaltet bzw. getaktet wird, stellt sich dort ein bestimmter Druck ein, welcher auf das Betätigungsglied des Abgasrückfüh­ rungsventils wirkt, so daß das Abgasrückführungsventil dem­ entsprechend geöffnet oder geschlossen wird. Zur Steuerung des Abgasrückführungsventils steht das Solenoidventil mit einer Steuereinrichtung in Verbindung, welche verschiedene Betriebs­ parameter der Brennkraftmaschine, wie Kühlwassertemperatur, Hebelposition der Kraftstoffeinspritzpumpe und Drehzahl erfaßt.

Zudem ist in der Druckschrift DE 41 35 190 A1 eine Abgasrück­ führungssteuereinrichtung und ihre Fehlerdiagnoseeinrichtung beschrieben. Dort sind unter anderem ein Drucksensor, der zur Messung der angesaugten Luftmenge den Ansaugluftdruck erfaßt, sowie ein Drosselöffnungsgradsensor vorgesehen und werden die von diesen Sensoren gelieferten Signale einer Steuereinheit zugeführt, die den Durchtrittsquerschnitt eines Abgasrückfüh­ rungsventils steuert.

Ferner ist in der nachveröffentlichten Druckschrift DE 42 19 015 A1 eine Regelvorrichtung mit Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Diese Regelvorrichtung erfaßt den Umgebungsdruck durch einen Luftströmungssensor, der die Luftmenge mißt, welche der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die gemessene Luftmenge wird durch die von einem Einlaß­ lufttemperatursensor gemessene Temperatur korrigiert und der korrigierte Wert wird einem Regler zugeführt, wodurch ein sepa­ rater Umgebungsdrucksensor entfallen kann.

Aus der Druckschrift DE-34 28 380 C2 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, allerdings mit einem speziellen elektro­ fluidischen Ventil in der mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Leitung anstelle des heute üblichen elektromagneti­ schen Taktventils (siehe z. B. Druckschrift DE 37 29 468 A1) Bei solchen Abgasrückführsystemen wird das Abgasrückführ­ ventil drehzahl- und lastabhängig derart gesteuert, daß es beim Start, im Leerlauf, bei Vollast und im Schiebetrieb geschlossen ist und im Teillastbereich mehr oder weniger ge­ öffnet ist. Wird ein Fahrzeug, in das eine derartige Brenn­ kraftmaschine eingebaut ist, in größeren Höhen betrieben, so verringert sich die Abgasrückführrate, da der Saugrohrdruck im Teillastbereich unverändert bleibt, während der Abgasge­ gendruck mit zunehmender Höhe sinkt und somit die Druckdiffe­ renz am AGR-Ventil abnimmt. Die reduzierte Abgasrückführrate verändert den Konvertierungsgrad des Katalysators, erschwert die Erkennung von Aussetzern durch die geänderte Abgasrück­ führrate und führt zu einer unzuverlässigen Überwachung des Abgasrückführsystem, die normalerweise durch einen Tempera­ tursensor in der Abgasrückführleitung erfolgt, der bei gerin­ gen Abgasrückführraten nur eine geringe Temperaturerhöhung anzeigt.

Zur Höhenkorrektur der Abgasrückführrate ist es schließlich bekannt (Druckschrift DE 30 30 128 C2), einen eigenen Druck­ sensor für den atmosphärischen Druck vorzusehen, der die Abgas­ rückführung unterbricht, wenn der atmosphärische Druck sinkt. Abgesehen davon, daß dieser Vorschlag die vorstehend genannten Probleme nicht löst, sondern verstärkt, ist er durch das Vor­ sehen eines eigenen Drucksensors und der zu seinem Anschluß erforderlichen Leitungen aufwendig.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftmaschine zu kon­ zipieren, womit allein aus den vorhandenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eine im wesentlichen konstante Abgas­ rückführrate unabhängig vom atmosphärischen Druck erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkma­ len des Anspruchs 3 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird der Umstand ausge­ nutzt, daß sich mit sinkendem atmosphärischen Druck bei gege­ bener Drosselklappenstellung die von dem Luftmassenmesser gemessene Luftmasse verringert. Die gemessene Luftmasse ist somit für jeden Drosselklappenwinkel zumindest im Teillastge­ biet ein Maß für den atmosphärischen Druck. Durch Vergleich des so ermittelten atmosphärischen Druckes mit dem Normaldruck (bei Meereshöhe), für den die Abgasrückführrate im Kennfeld abgelegt ist, kann nun ein Korrekturfaktor gebildet werden, um den die Abgasrückführrate aus dem Kennfeld für den betref­ fenden Drosselklappenwinkel erhöht wird. In der Praxis ge­ schieht dies durch entsprechende Vergrößerung des Tastverhält­ nisses des elektromagnetischen Taktventils. Da bei den moder­ nen elektronischen Motorsteuerungen das elektronische Steuer­ gerät, in welchem Brennstoffeinspritzsignale, Zündsignale sowie Signale zur Steuerung der Abgasrückführung gebildet werden, bereits die Drehzahl, die Last, die angesaugte Luft­ masse und meist auch den Drosselklappenwinkel als Eingangsgrö­ ßen erhält, ist es zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Vorschlages lediglich erforderlich, die Software für die elek­ tronische Steuereinrichtung entsprechend zu ergänzen. Zusätz­ liche Hardware wird nicht nötig.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann somit die drehzahl- und lastabhängige Abgasrückführrate unabhängig vom atmosphä­ rischen Druck im wesentlichen konstant gehalten werden. Dies ist auch im Hinblick auf die Diagnose, d. h. im Hinblick auf die Überwachung des Abgasrückführsystems von Bedeutung, da der Temperatursensor in der Abgasrückführleitung nun nicht mehr, wie bisher mit einer mit fallendem atmospärischem Druck ge­ ringer werdenden Abgasrückführrate beaufschlagt wird, sondern mit einer konstanten Abgasrückführrate. Sinkt die Temperatur am Temperatursensor, so ist dies ein Anzeichen für eine feh­ lerhafte Funktion des AGR-Ventiles. Bedeutend verbessert wer­ den kann die Zuverlässigkeit der Diagnose, wenn entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung, der Temperatursensor nicht, wie üblich, vor oder unmittelbar hinter dem AGR-Ventil angeordnet ist, sondern an der Einmündung der Abgasrückfüh­ leitung in die Ansaugleitung. Bei dieser Anordnung wird der Temperatursensor nach Schließen des AGR-Ventils sehr schnell von der Ansaugluft gekühlt, so daß ein undichtes AGR-Ventil schnell erkannt wird, da bei einem undichten AGR-Ventil die von dem Temperatursensor festgestellte Temperatur zwangsläufig höher ist als bei einem dichten AGR-Ventil. Es können also auch kleine Leckraten erkannt werden. Natürlich wird mit einem der­ art angeordneten Temperatursensor auch ein offenes AGR-Ventil erkannt, das im Leerlauf zu einem Stehenbleiben der Brenn­ kraftmaschine führen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung,

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem die angesaugte Luftmasse in Ab­ hängigkeit vom Drosselklappenwinkel bei verschiedenen atmosphärischen Drücken hervorgeht,

Fig. 3 ein Diagramm, in der die Abgasrückführrate in Abhän­ gigkeit von dem atmosphärischen Druck für einen be­ stimmten Kennfeldpunkt dargestellt ist, und

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem der Temperaturverlauf in der Abgasrückführleitung über einen bestimmten Betriebs­ bereich hervorgeht.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Ansauglei­ tung 2 und einer Abgasleitung 3 dargestellt. In der Ansauglei­ tung 2 sind ein Luftmassenmesser 4 und eine Drosselklappe 5 angeordnet. Die Abgasleitung 3 ist mit der Ansaugleitung 2 durch eine Abgasrückführleitung 6 verbunden, die in die An­ saugleitung 2 stromabwärts der Drosselklappe 5 mündet. In der Abgasrückführleitung 6 ist ein Abgasrückführventil 7 ange­ ordnet, dessen Ventilkörper 8 mit einem Ventilsitz 9 in der Abgasrückführleitung 6 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 8 ist mit der Membran 10 eines pneumatischen Stellmotors 11 verbun­ den, die einen Arbeitsraum 12 begrenzt. In dem Arbeitsraum 12 ist eine Rückstellfeder 13 angeordnet, welche auf die Membran 10 wirkt und bestrebt ist, den Ventilkörper 8 in seiner ge­ schlossenen Stellung zu halten. Der Arbeitsraum 12 ist durch eine Steuerdruckleitung 14, in der eine Drosselstelle 15 ange­ ordnet ist, mit der Ansaugleitung 2 stromabwärts der Drossel­ klappe 5 verbunden. In die Steuerdruckleitung 14 mündet eine Luftleitung 16, die zur Atmosphäre führt und in der ein elek­ tromagnetisches Taktventil 17 angeordnet ist. Das Taktventil 17 ist von einer elektronischen Steuereinrichtung 20 ansteuer­ bar, der unter anderem ein Drehzahlsignal n, ein Signal für den Drosselklappenwinkel von einem Drosselklappensensor 21 und ein Signal von dem Luftmassenmesser 4 für die angesaugte Luft­ masse zugeführt wird. In der elektronische Steuereinrichtung 20 ist unter anderem ein Kennfeld für das Tastverhältnis des Taktventils 17 in Abhängigkeit von der Drehzahl und von der Last der Brennkraftmaschine 1 gespeichert.

Der Ventilkörper 8 des AGR-Ventils 7 ist durch die Rückstell­ feder 13 in seiner Schließstellung gehalten und wird in Öff­ nungsrichtung verschoben, wenn ein entsprechender Unterdruck in dem Arbeitsraum 12 des pneumatischen Stellmotors 11 herrscht. Der von dem Unterdruck in der Ansaugleitung 2 durch die Steuer­ druckleitung 14 ausgeübte Unterdruck in dem Arbeitsraum 12 kann durch das Taktventil 17 variiert werden. Ist das Taktventil 17 offen, was einem Tastverhältnis von 0% entspricht, so wird der Unterdruck in der Arbeitskammer 12 durch den Atmosphärendruck abgebaut und der Ventilkörper 8 gelangt durch die Rückstellfe­ der 13 in seine Schließstellung. Dies ist beispielsweise beim Starten, im Leerlauf, bei Vollast und im Schiebebetrieb der Fall. Im Teillastbereich wird das Tastverhältnis durch die elektronische Steuereinrichtung 20 drehzahl- und lastabhängig so gesteuert, daß die gewünschte Abgasrückführrate erreicht wird.

Der elektronischen Steuereinrichtung 20 werden, wie vorher er­ wähnt, der Drosselklappenwinkel DK und die von dem Luftmassen­ messer 4 gemessene angesaugte Luftmasse LM als Eingangsgrößen zugeführt. Aus. Fig. 2 ist nun der Einfluß des atmosphärischen Drucks auf die angesaugte Luftmasse bei gegebenem Drosselklap­ penwinkel ersichtlich. In dem Diagramm von Fig. 2 stellt die voll ausgezogene Linie I die gemessene angesaugte Luftmasse in Meereshöhe bei 40°C in Abhängigkeit von dem Drosselklappenwin­ kel dar. Die gestrichelte Linie II stellt die Verhältnisse bei einer Höhe von 1600 m und einer Temperatur von 20°C dar, und die strichpunktierte Linie III die Verhältnisse bei einer Höhe von 3300 m und 10°C. Wie ersichtlich, sinkt die angesaugte Luftmasse besonders in dem für die Abgasrückführung interes­ sierenden Bereich zwischen etwa 40° und 60° Drosselklappenwin­ kel mit ansteigender Höhe stark ab. Während bei einem bestimm­ ten Drosselklappenwinkel der Saugrohrunterdruck in allen Höhen weitgehend konstant ist, fällt der Abgasgegendruck, d. h. der Druck in der Abgasleitung 3 von etwa 1 bar bei Meereshöhe auf etwa 0,7 bar bei 3300 m. Dies hat zur Folge, daß die Druckdif­ ferenz über das AGR-Ventil 7 mit ansteigender Höhe absinkt, was die eingangs erwähnten unerwünschten Folgen hat.

Um eine einfache Höhenkorrektur der Abgasrückführrate durch­ zuführen, wird erfindungsgemäß der atmosphärische Druck durch die in der elektronischen Steuereinrichtung 20 enthaltene Software ermittelt, indem die von dem Luftmassenmesser 4 ge­ messene angesaugte Luftmasse LM bei den interessierenden Dros­ selklappenwinkeln ständig mit der angesaugten Luftmasse bei Meereshöhe verglichen und aus der Differenz ein Korrektur­ faktor für das Tastverhältnis des elektromagnetischen Takt­ ventils 17 gebildet wird, um das Taktventil 17 weiter zu öffnen und eine im wesentlichen konstante Abgasrückführrate zu errei­ chen.

Aus Fig. 3 geht die Auswirkung der erfindungsgemäßen Höhenkor­ rektur auf die Abgasrückführrate für einen bestimmten Kenn­ feldpunkt, d. h. für eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte Last, hervor. In diesem Diagramm veranschaulicht die Linie A den Abfall der Abgasrückführrate mit abnehmenden Atmosphären­ druck, wenn das Tastverhältnis des Taktventils 17 konstant bleibt, während die Linie B die Abgasrückführrate bei korri­ giertem Tastverhältnis darstellt. Es ist ersichtlich, daß die Abgasrückführrate unabhängig vom Atmosphärendruck, d. h. unab­ hängig von der Höhe im wesentlichen konstant bleibt.

Die konstante Abgasrückführrate hat, wie eingangs erwähnt, einen günstigen Einfluß auf die Zuverlässigkeit der Überwa­ chung bzw. Diagnose des Abgasrückführsystems, da die bei ge­ ringen Rückführraten mögliche Fehlererkennung eleminiert ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, einen Temperatursensor 22 für die Diagnose des Abgasrückführsystems möglichst nahe der Einmündung der Abgasrückführleitung 6 in die Ansaugleitung 2 vorzusehen. Diese Anordnung hat den großen Vorteil, daß mit ihr sehr schnell erkannt werden kann, ob das Abgasrückführsy­ stem richtig oder fehlerhaft arbeitet. Nach dem Schließen des AGR-Ventils 7 wird der Temperatursensor 22 von der angesaugten Luft sehr schnell abgekühlt. Ist jedoch das AGR-Ventil 7 nicht ganz dicht, so fühlt der Temperatursensor 22 eine Temperatur, die bei dichtgeschlossenem AGR-Ventil 7 und auch bei geöffnetem AGR-Ventil 7 nicht eintreten kann. Dann wird beispielsweise eine Warnleuchte eingeschaltet. Ferner wird gegenüber der übli­ chen Anordnung des Temperatursensors 22 in der Abgasrückführ­ leitung vor oder unmittelbar hinter dem AGR-Ventil 7 ein deut­ lich früheres Erkennen zu großer oder zu kleiner Abgasrück­ führmengen ermöglicht, da durch die vorgeschlagene Anordnung des Temperatursensors 22 ein wesentlich schmäleres Temperatur­ band vorliegt. Dies geht aus dem Diagramm von Fig. 4 hervor, in welchem auf der Abszisse ein bestimmter Zeitabschnitt im CVS- Zyklus und auf der Ordinate die Temperatur des rückgeführten Abgases aufgetragen ist. In dem Diagramm ist gestrichelt die Fahrkurve dargestellt, wobei mit a ein Beschleunigungsab­ schnitt, mit b ein Verzögerungsabschnitt und mit c Leerlauf­ abschnitte bezeichnet sind. Die strichpunktierte Linie d ver­ anschaulicht den Temperaturverlauf bei einer Anordnung des Tem­ peratursensors 22 in der Mündung der Abgasrückführleitung 6 in die Ansaugleitung 2. Wie ersichtlich, ist an dieser Stelle der Temperaturanstieg in der Beschleunigungsphase und der Tempera­ turabfall in der Verzögerungsphase wesentlich steiler als vor dem AGR-Ventil 7. Dadurch läßt sich die Temperatur des rückge­ führten Abgases wesentlich exakter bestimmen als in dem anderen Fall.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftmaschine mit einer einen Luftmassen­ messer (4) und eine Drosselklappe (5) aufweisenden An­ saugleitung (2), einer Abgasleitung (3) und einer Abgas­ rückführleitung (6), in der ein pneumatisches Abgas­ rückführventil (7) angeordnet ist, das einen Arbeitsraum (12) aufweist, der von einer mit einem Ventilkörper (8) verbundenen Membran (10) begrenzt ist und einerseits über eine Drosselstelle (15) mit der Ansaugleitung (2) stromabwärts der Drosselklappe (5) verbunden ist und ande­ rerseits mit der Atmosphäre über ein elektromagnetisches Taktventil (17) verbindbar ist, dessen Tastverhältnis durch eine elektronische Steuereinrichtung (20) steuer­ bar ist, bei der in einem Kennfeld das Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last der Brenn­ kraftmaschine abgelegt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der atmosphärische Druck aus der gemessenen Luftmas­ se und dem Drosselklappenwinkel ermittelt und das Tast­ verhältnis des Taktventils (17) derart korrigiert wird,
daß eine im wesentlichen konstante Abgasrückführrate unabhängig vom atmosphärischen Druck erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektronischen Steuereinrichtung (20) durch Vergleich des ermittelten Atmosphärendruckes mit einem Referenzdruck (Normaldruck) ein Korrekturfaktor gebildet und das Tastverhältnis aus dem Kennfeld mit dem Korrek­ turfaktor multipliziert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2, mit einem Temperatursensor (22) in der Abgasrückführleitung (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (22) an der Einmündung der Abgas­ rückführleitung (6) in die Ansaugleitung (2) angeordnet ist.