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Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem
für einen
Motor.
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In den letzten Jahren wurden Motoren,
insbesondere Dieselmotoren, mit einem Abgasrückführungssystem ausgerüstet, das
dazu dient, eine große Menge
Abgas in einen Ansaugluftstrom rückzuführen. Um
eine erhebliche Menge Abgas in einen Luftstrom einzulassen, wurden
Abgasrückführungssysteme
vorgeschlagen, die mit einem Ansaugluftdrosselventil ausgerüstet sind,
das in einem Ansaugpfad stromaufwärts eines Abgaseinlasskanals
angeordnet ist. In einem Bereich der Motorbetriebsbedingungen, in
dem die Rückführung einer
großen
Menge Abgas gefordert wird, wird das Ansaugluftdrosselventil in
einer Schließrichtung
betrieben, so dass der Durchlassöffnung
des Ansaugluftkanals verkleinert wird, mit der Folge, dass der an
dem Abgaseinslasskanal des Ansaugpfads wirkende Unterdruck sich
erhöht,
so dass verstärkt
Abgas in den Ansaugluftpfad gesaugt wird. Einzelne Beispiele derartiger
Abgasrückführungssysteme
sind aus der Ungeprüften
Japanischen Patentanmeldung 8 – 193534
oder der US-A-4,388,912 bekannt. Da die Rückführung einer großen Menge
Abgases eine Beeinträchtigung
der Flammbarkeit zur Folge hat, wird ferner eine Feedback-Regelung
der Abgasrückführungsmenge durchgeführt, um
ein Verhältnis
der durch Rückkopplung
geregelten Abgasrückführmenge
gegenüber
einer in den Ansaugluftpfad eingeführten Frischluftmenge einem
spezifizierten Verhältnis
anzunähern, indem
eine durch einen Luftströmungsmesser
tatsächlich
erfasste Ansaugluftmenge geregelt wird, so dass sie einen Soll-Wert
erreicht.
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Im Falle des Abgasrückführungssystems, das
mit einem Ansaugluftdrosselventil ausgerüstet ist, das dazu dient, die
Abgasrückführungsmenge
zu erhöhen,
hat sich herausgestellt, dass beim Schließen des Ansaugluftdrosselventils
oder insbesondere, wenn das Ansaugluftdrosselventil vollkommen geschlossen
wurde, um eine kleinste effektive Öffnung des Ansaugluftpfads
zu schaffen, mit dem Ziel die Abgasrückführungsmenge zu erhöhen, möglicherweise
eine Situation auftritt, in der die Abgasrückführungsmenge in einem Extremfall
auf Null gesenkt wird. Nachforschungen nach den Ursachen eines Auftretens
dieser Situation haben ergeben, dass ein vollkommenes Schließen des
Ansaugluftdrosselventils die tatsächlich eingeführte maximale
Luftmenge beschränkt
und als Folge davon auch der Ist-Wert der Luftmenge kleiner wird
als der Soll-Wert der Luftmenge. D. h. die Feedback-Regelung der Abgasrückführungsmenge
sorgt dafür,
dass die Abgasrückführungsmenge
reduziert wird, so dass der Ist-Wert der Luftmenge erhöht wird
und die Abgasrückführung schließlich zu
einem Stillstand kommt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es,
ein Abgasrückführungssystem
für einen
Motor zu schaffen, das eine Abgasrückführungsmenge mittels Rückkopplung
regelt, so dass eine tatsächlich
eingeführte Luftmenge
einem Soll-Wert der Luftmenge angeglichen wird, wobei ein gewisser
Effekt einer Einbeziehung einer Steigerung der Abgasrückführungsmenge einbezogen
wird.
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Die oben erwähnte Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wird durch ein Abgasrückführungs-Steuer-/Regelsystem
einer Bauart erreicht, die zwischen einem Luftstromsensor, der dazu
dient, einen Ist-Wert einer in einem Ansaugluftkanal eingeführten Luftmenge
zu erfassen, und einem Abgaseinlasskanal des Ansaugluftkanals, durch
den Abgas in einen Ansaugluftstrom eingelassen wird, mit einem Ansaugluftdrosselventil
versehen ist, um eine Abgasrückführmenge
mittels Feedback so zu regeln, dass ein Ist-Wert der Ansaugluftmenge
einem Soll-Wert der Luftmenge angenähert wird, wobei das Abgasrückführungssystem
dadurch gekennzeichnet ist, dass eine betätigte Bedingung des Ansaugluftdrosselventils
verändert
wird, wenn eine Motorbetriebsbedingung in einen Motorbetriebsbereich
fällt,
der für eine
Durchführung
der Feedback-Regelung der Abgasrückführmenge
spezifiziert ist; und der Soll-Wert der Luftmenge abhängig von
der betätigten
Bedingung des Ansaugluftdrosselventils verändert wird. Für den Soll-Wert
der Luftmenge ist festgelegt, dass dieser für einen kleineren Ventilhub
des Ansaugluftdrosselventils im Vergleich zu einem größeren Ventilhub
des Ansaugluftdrosselventils klein ist.
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Um die Abgasrückführungsmenge zu steigern, wird
der Ventilhub des Ansaugluftdrosselventils in einem spezifizierten
Motorbetriebsbereich verringert, der einerseits für relativ
niedrige Motordrehzahlen oder relativ niedrige Motorlasten oder
andererseits sowohl für
niedrigere Motordrehzahlen als auch für niedrigere Motorlasten vorgegeben
sein kann. Ferner kann der Soll-Wert der Luftmenge um eine Luftmenge
verringert werden, die aufgrund einer Verringerung des Ventilhubs
des Ansaugluftdrosselventils auftritt.
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Gemäß der Abgasrückführung der
vorliegenden Erfindung erreicht eine tatsächlich eingeführte Luftmenge
während
der rückgekoppelten
Regelung der Abgasrückführungsmenge
zuverlässig
einen Soll-Wert der Luftmenge, indem der Soll-Wert der Luftmenge
abhängig
von einem Ventilhub des Ansaugluftdrosselventils verändert wird,
der sich erheblich auf den Ist-Wert der Luftmenge auswirkt, so dass eine
Wirkung erzielt wird, die eine Steigerung der Abgasrückführungsmenge
durch Regelung des Ansaugluftdrosselventils mit einbezieht. Diese
Wirkung wird zuverlässiger
sichergestellt, indem dafür
gesorgt ist, dass der Soll-Wert der Luftmenge für einen kleineren Ventilhub
des Ansaugluftdrosselventils im Vergleich zu einem größeren Ventilhub
des Ansaugluftdrosselventils klein ist.
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Eine Erhöhung der Abgasrückführungsmenge
wird durch eine Verminderung eines Ventilhubs des Ansaugluftdrosselventils
in einem spezifizierten Motorbetriebsbereich sichergestellt, für den ein
Steigerung der Abgasrückführungsmenge
beabsichtigt ist, insbesondere in einem Bereich für niedrigere
Motordrehzahlen oder niedrigere Motorlasten oder für sowohl
niedrigere Motordrehzahlen als auch niedrigere Motorlasten, in dem
ein Absenken des Anteils der NOx-Emissionen besonders erwünscht ist.
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Ein Reduzieren des Soll-Werts der
Luftmenge um eine Luftmenge, die aufgrund einer Verringerung des
Ventilhubs des Ansaugluftdrosselventils auftritt, ist in Hinblick
darauf erwünscht,
eine Verringerung des Soll-Werts der Luftmenge so gering wie möglich zu
halten, was in jedem Fall erwünscht
ist, um den Faktor der Luftausnutzung für die Verbrennung zu steigern.
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Die obige und weitere Aufgaben und
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klar verständlich nach
dem Lesen der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen:
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1 zeigt
in einer graphischen Darstellung des Systems, einen Gesamtüberblick über ein
Abgasrückführungssystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Teils eines Turboladers, das dazu dient, eine Kapazität des Ladedrucks
zu verändern;
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3 veranschaulicht
in einem Blockschaltbild ein System der Regelung des Abgasrückführungssystems;
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4 zeigt
eine Karte für
die Steuerung/Regelung der Abgasrückführung;
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5 stellt
in einem Graphen einen Totbereich für die Korrektur eines Wertes
der Rückkopplungsregelung
dar; und
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6 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Ablaufroutine für die Regelung der Abgasrückführung veranschaulicht.
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Gemäß den Zeichnungen im Einzelnen
und insbesondere gemäß 1 ist ein Abgasrückführungssystem
nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, das an einem Mehr-Zylinder-Dieselmotor 1 der
Bauart mit Direkteinspritzung eingerichtet ist. Dieser Dieselmotor 1 weist
einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3 auf.
Der Zylinderblock 2 ist mit mehreren Zylinderbohrungen 2a ausgebildet
(von denen lediglich eine gezeigt ist), in denen Kolben 4 aufge nommen
sind. Der Zylinderkopf 3 ist mit einer Treibstoffeinspritzdüse 5,
die in diesem eingebaut ist, so dass sie nach unten in eine Verbrennungskammer
ragt, die zwischen der Zylinderbohrung 2a und einer unteren
Wand des Zylinderkopfs 3 ausgebildet ist, und einer Glühkerze 6 ausgestattet,
die benachbart zu der Treibstoffeinspritzdüse 5 so angeordnet
ist, dass sie in eine Vorkammer ragt. Die Treibstoffeinspritzdüse 5 sprüht Treibstoff
unmittelbar in die Verbrennungskammer. Weiterhin weist der Zylinderkopf 3 für jeden
Zylinder 2a ferner zwei Ansaugventile 7 (von denen
lediglich eines gezeigt ist) und zwei Auslassventile 8 auf
(von denen lediglich eines gezeigt ist), die dazu dienen, um Ansaugkanäle und Auslasskanäle in geeignetem Takt
zu öffnen
bzw. zu schließen.
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Die Luft wird in den Motor 1 über einen
Ansaugkanal 10 zugeführt,
der einen Ausgleichsbehälter 11 aufweist.
Der Ansaugkanal 10 umfasst stromaufwärts des Ausgleichsbehälters 11 einen
gemeinsamen Ansaugluftkanal 12 und stromabwärts des Ausgleichsbehälters 11 getrennte
Einlasskanäle 19. Der
gemeinsame Ansaugluftkanal 12 ist der Reihe nach von der
stromaufwärts
angeordneten Seite, hin zur stromabwärts angeordneten Seite mit
einem Luftfilter 13, einem Luftströmungsmesser 14, der
eine in den gemeinsamen Ansaugluftkanal 12 eingeführte Frischluftmenge
erfasst, einem Verdichterrad 15a, das ein Teil eines Turboladers 15 bildet,
der von einer Bauart mit veränderlicher
Kapazität
des Ladedrucks ist, einem Zwischenkühler 16, einem Ansaugluftdrucksensor 17,
der als Sensor für
den Druck des Verdichterluftstrom dient, und einem weiter unten
beschriebenen Ansaugluftdrosselventil 18, das als erstes
Mittel zur Ansaugluftregelung dient, ausgestattet. Das Ansaugluftdrosselventil 18 ist
von einer Bauart, bei welcher der gemeinsame Ansaugluftkanal 12 auch
in einer vollkommen geschlossenen Stellung noch bis zu einem gewissen
Grad geöffnet
gehalten wird. Die diskreten Ansaugluftkanäle 19 verbinden den
Ausgleichsbehälter 11 mit
den entsprechenden Verbrennungskammern. Jeder diskrete Ansaugluftkanal 19 ist
durch eine Trennwand 10c in zwei Seite an Seite liegende,
abgezweigte diskrete Ansaugluftkanäle 19a und 19b geteilt.
Einer der abgezweigten diskreten Ansaugluftkanäle, nämlich des Ansaugluftkanal 19a, öffnet sich
in die Verbrennungskammer so, dass dessen Mittellinie nahezu tangential
zu der Zylinderbohrung 2a verläuft, so dass eine Verwirbelung
der Luft in der Verbrennungskammer bewirkt wird. Ein weiterer abgezweigter
diskreter Ansaugluftkanal, nämlich
der Ansaugluftkanal 19b, ist mit einem Verwirbelungssteuerventil 20 als
einem zweiten Mittel zur Regelung der Ansaugluft versehen, das dazu dient,
nach dessen Schließen
den abgezweigten diskreten Ansaugluftkanal 19b vollständig zu
sperren, und folglich die gesamte Luft durch den verzweigten diskreten
Ansaugluftkanal 19a in die Verbrennungskammer zu drücken, wodurch
eine intensivierte Verwirbelung der Luft (ein kräftiger Luftstrom) bewirkt wird.
Die Ansaugventile 7 öffnen
und schließen
die entsprechenden diskreten Ansaugluftkanäle 19a und 19b.
Das Abgas wird durch einen Abgasauslasskanal 21 ausgestoßen, welcher
der Reihe nach von der stromaufwärts
angeordneten Seite hin zur stromabwärts angeordneten Seite mit
einer Schubdüse
der Bauart mit veränderlichem
Querschnitt eines Turbinenrads 15b, das ein Teil des Turboladers 15 bildet, und
einem Vorstufen-Abgaskatalysator 22 ausgestattet ist. Nachdem
das Abgas den Vorstufen-Abgaskatalysator 22 durchströmt hat,
wird es einem (nicht gezeigten) Haupt-Abgaskatalysator zugeleitet
und durch einen (nicht gezeigten) Schalldämpfer ausgestoßen. Die
Turbinenräder 15a und 15b des
Turboladers 15 sind über
eine Turbinenwelle 15c drehfest miteinander verbunden.
Das Abgas wird teilweise über
einen Abgasrückführungskanal 23 (AGR-Kanal 23)
in den gemeinsamen Ansaugluftkanal 12 rückgeführt. Die rückgeführte Menge des Abgases (im
folgenden als Abgasrückführungsmenge
bezeichnet) wird durch ein Abgasrückführungs-Ventil 24 (AGR-Ventil 24)
geregelt, das mit einem durch Unterdruck betätigten Aktuator 24a ausgerüstet ist,
der in dem Abgasrückführungskanal 23 angeordnet
ist. Wie gezeigt, weist der Abgasrückführungskanal 23 einen Einlasskanal 23a,
der sich stromaufwärts
des Turbinenrads 15b in den Abgaskanal 21 öffnet, und
einen Auslasskanal 23b auf, der sich zwischen dem Ansaugluftdrosselventil 18 und
dem Ausgleichsbehälter 11 in
den gemeinsamen Ansaugluftkanal 12 öffnet. Im vorliegenden Beispiel
ist der Abgasrückführungskanal 23 zur
Kühlung
des Abgases mit externen Kühlrippen 25 versehen,
die entlang einer spezifizierten Strecke zwischen dem Abgasrückführungsventil 24 und
dem Abgaskanal 21 angeordnet sind.
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Das Ansaugluftdrosselventil 18 wird
mittels eines durch Unterdruck betätigten Aktuators 31 betätigt, um
dieses zu öffnen
und zu schließen.
In ähnlicher
Weise wird das Verwirbelungssteuerventil 20 durch einen
mittels Unterdruck betätigten
Aktuator 32 betätigt,
um dieses zu öffnen
und zu schließen.
Der Turbolader 15 wird durch einen mittels Unterdruck betätigten Aktuator 33 geregelt,
um dessen Leistung des Ladedrucks zu variieren. Das Abgasrückführungsventil 24 wird
durch Unterdruck betätigt.
Um diese durch Unterdruck betätigten
Ventile, d. h. die durch Unterdruck betätigten Aktuatoren 31–33 und das
Abgasrückführungsventil 24,
zu betätigen,
ist eine vom Motor angetriebene Vakuumpumpe 34 vorgesehen.
Ein Unterdruckzufuhrkanal 35, der ständig mittels der Vakuumpumpe 34 mit
Unterdruck versorgt wird, ist über
einen Druckkanal 36 mit dem durch Unterdruck betätigten Aktuator 31 verbunden,
an dem ein elektromagnetisches Schaltventil 37 angeschlossen
ist. Das Schaltventil 37, das von einer Bauart eines Ein/Aus-Schaltventils
ist, stellt dem durch Unterdruck betätigten Aktuator 31 über den
Unterdruckzufuhrkanal 35 Unterdruck bereit, so dass das
geöffnete
Ansaugluftdrosselventil 18 geschlossen wird, oder veranlasst,
dass sich der durch Unterdruck betätigte Aktuator 31 zur
Atmosphäre
hin öffnet,
so dass das geschlossene Ansaugluftdrosselventil 18 geöffnet wird.
Der durch Unterdruck betätigte
Aktuator 32 ist über
einen Druckkanal 38 mit dem Unterdruckzufuhrkanal 35 verbunden,
an dem ein elektromagnetisches Schaltventil 39 angeschlossen
ist. Das Schaltventil 9, das von einer Bauart eines Ein/Aus-Schaltventils
ist, stellt dem durch Unterdruck betätigten Aktuator 32 über den
Unterdruckzufuhrkanal 35 Unterdruck bereit, so dass das
geöffnete
Verwirbelungssteuerventil 20 geschlossen wird, oder veranlasst, dass
sich der durch Unterdruck betätigte
Aktuator 32 zur Atmosphäre
hin öffnet,
so dass das geschlossene Verwirbelungssteuerventil 20 geöffnet wird.
Der durch Unterdruck betätigte
Aktuator 33 ist von einer Bauart die linear veränderlich
ist und ist über
einen Druckkanal 41 geeignet mit einem tastzyklusgeregelten,
elektromagnetischen Regelungsventil 40 beispielsweise einem
Dreiwegeventil verbunden. Das tastzyklusgeregelte, elektromagnetische
Regelungsventil 40 ist über
einen Druckkanal 42 mit dem Unterdruckzufuhrkanal 35 und
außerdem über einen Druckkanal 43 mit
einem Atmosphärenluftdruckkanal 44 verbunden,
der sich ausgehend von dem Luftfilter 13 erstreckt. Der
Druckkanal 41 ist mit einem Unterdruckreservoir 45 versehen.
Das tastzyklusgeregelte, elektromagnetische Regelungsventil 40 wird
betätigt,
um das Verhältnis
zwischen der strömungsmäßigen Verbindung
oder Unterbrechung eines unter Druck gesetzten Stroms aus dem Druckkanal 41 mit bzw.
von dem Druckkanal 42 und der strömungsmäßigen Verbindung oder Unterbrechung
eines unter Druck gesetzten Stroms aus dem Druckkanal 41 mit bzw.
von dem Druckkanal 43 linear zu variieren, um so die Leistung
des Ladedrucks oder die Ladedruckkapazität des Turboladers 15 linear
zu variieren. Der Druckkanal 41 ist mit dem Atmosphärenluftdruckkanal 44 über einen
Bypass-Druckkanal 46 verbunden, der mit einem elektromagnetischen
Schaltventil 47 ausgestattet ist. Der durch Unterdruck
betätigte
Aktuator 33 arbeitet so, dass die Ladedruckkapazität des Turboladers 15 bei
einem Anstieg des Unterdrucks erhöht wird, der von dem durch
Unterdruck betätigten Aktuator 33 empfangen
wird, so dass die Ladedruckkapazität des Turboladers 15 auf
eine Betätigung
des elektromagnetischen Schaltventils 47 hin präzise ansprechend
gesenkt wird.
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Das Abgasrückführungsventil 24 wird
geregelt, um seinen Ventilhub mittels tastzyklusgeregelter, elektromagnetischer
Regelungsventile 50 und 51 zu variieren. Das tastzyklusgeregelte,
elektromagnetische Regelungsventil 50, das ein Dreiwegeventil
ist, ist über
einen Druckkanal 52 mit dem durch Unterdruck betätigten Aktuator 24a des
Abgasrückführungsventils 24, über einen
Druckkanal 53 mit dem Unterdruckzufuhrkanal 35 und über einen
Druckkanal 54 mit dem Atmosphärenluftdruckkanal 44 verbunden.
Das tastzyklusgeregelte, elektromagnetische Regelungsventil 51 ist
mit dem Druckkanal 53 verbunden. Das tastzyklusgeregelte,
elektromagnetische Regelungsventil 50 dient dazu, das Verhältnis zwischen
der Verbindung oder Unterbrechung eines unter Druck gesetzten Stroms
aus dem Druckkanal 52, und folglich aus dem Aktuator 24a des
Abgasrückführungsventils 24,
mit bzw. von dem Druckkanal 53 einerseits und der Verbindung
oder Unterbrechung eines unter Druck gesetzten Stroms aus dem Druckkanal 41 mit
bzw. von dem Druckkanal 52 andererseits linear zu variieren,
und das tastzyklusgeregelte, elektromagnetische Regelungsventil 51 dient dazu,
einen Unterdruck linear zu regeln, der an dem tastzyklusgeregelten,
elektromagnetischen Regelungsventil 50 anliegt. Je stärker der
Unterdruck ist, der an dem Aktuator 24a des Abgasrückführungsventils 24 anliegt,
desto weiter öffnet
sich das Abgasrückführungsventil 14,
d. h. desto größer ist
die Abgasrückführungsmenge.
Wenn das tastzyklusgeregelte, elektro magnetische Regelungsventil 50 die Funktion
ausführt,
den Druckkanal 52 lediglich über den Druckkanal 54 mit
dem Atmosphärenluftdruckkanal 44 strömungsmäßig zu verbinden,
schließt
das Abgasrückführungsventil 24 daraufhin
präzise
auf die strömungsmäßige Verbindung
ansprechend.
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Gemäß 2, die eine die Kapazität des Ladedrucks
regelnde Vorrichtung des Turbolader 15 zeigt, sind in einem
schneckenförmigen
oder spiralförmigen
Gehäuse 61 rund
um das Turbinenrad 15b eine Anzahl von verstellbaren Leitschaufeln 62 in gleichmäßigen Intervallen
angeordnet, um zwischen den entsprechenden benachbarten Leitschaufeln 62 veränderliche
Schubdüsen
zu bilden. Jede veränderliche
Leitschaufel 62 wird durch den Aktuator 3 so betätigt, dass
sie sich um eine Welle 63 dreht, so dass eine Richtung
eines Abgasstroms gegenüber
dem Turbinenrad 15b verändert
wird. Wenn beispielsweise die Leitschaufel 62, wie durch
die gestrichelte Linie gezeigt, gegenüber dem Turbinenrad 15b einen großen Winkel
bildet, trifft ein Abgasstrom kräftiger auf
das Turbinenrad 15b auf, als dies der Fall ist, wenn die
Leitschaufel 62, wie durch die durchgezogene Linie gezeigt,
einen kleinen Winkel gegenüber dem
Turbinenrad 15b bildet. Wie hinlänglich bekannt ist, ist die
Kapazität
des Ladedrucks umso höher,
je kräftiger
der Abgasstrom ist. Anstelle eines Turbinenrads 15b der
Bauart mit veränderlichen
Schubdüsen kann
der Turbolader 15 ein Turbinenrad des Typs mit einem Abgasabblasventil
aufweisen.
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Das Abgasrückführungssystem wird durch eine
Steuer-/Regelungseinheit 100 geregelt, wie sie schematisch
in 3 gezeigt ist.
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Wie in 3 gezeigt,
nimmt die Steuer-/Regelungseinheit 100, die einen Mikrocomputer
enthält, vielfältige Signale
entgegen, nämlich
wenigstens ein die Luftströmungsrate
kennzeichnendes Signal Safr (Signal Air Flow Rate) von dem Luftströmungsmesser 14,
ein den Druck der Ansaugluft kennzeichnendes Signal Siap (Signal
Intake Air Pressure) von dem Ansaugluftdrucksensor 17,
ein die Gaspedalstellung kennzeichnendes Signal Sact (Signal accelerator
travel) von einem Gaspedalstellungssensor S1, und ein die
Motordrehzahl kennzeichnendes Signal Sens (Signal engine speed)
von einem Motordrehzahlsensor S2, und gibt an die elektro magnetischen
Ventile 37, 39, 40, 57, 50 bzw. 51 Steuersignale
aus. Um der Steuer/Regelungseinheit 100 die Durchführung der Regelung
der Abgasrückführung zu
ermöglichen, sind
vier Motorbetriebsbereiche X1–X4 hinsichtlich der Motordrehzahl,
der Motorlast und der Treibstoffeinspritzmenge Finj (Fuel Injection
Amount) als Parameter vorgegeben, wie beispielsweise in 4 dargestellt. Die vier
Motorbetriebsbereiche X1–X4 werden
in der Steuer-/Regelungseinheit 100 in Form eines die Motorbetriebsbereiche
repräsentierenden Entscheidungsmusters
gespeichert. Die Beziehung zur Steuerung/Regelung des Ansaugluftdrosselventils 18 und
des Verwirbelungssteuerventils 20, zur Steuerung/Regelung
der Abgasrückführung und
zur Steuerung/Regelung des Betrags des Ladedrucks ist, wie unten
erläutert,
für jeden
Motorbetriebsbereich vorgegeben. Diese Motorbetriebsbereiche können abweichend
von jenen vorgegeben werden, wie sie in 4 gezeigt sind.
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Jedes der Ansaugluftdrosselventile 18 und der
Verwirbelungssteuerventile 20 wird geregelt, um in dem
Motorbetriebsbereich X1 zu schließen und in jedem der Motorbetriebsbereiche X2, X3 und X4 zu öffnen. Der
Ventilhub des Abgasrückführungsventil 24 wird
mittels Feedback geregelt, um einen Soll-Wert der Luftmenge Qtgt
zu erzielen, der durch den Luftströmungsmesser 14 in
dem Motorbetriebsbereich X1 erfasst wird, und wird im Betrieb
in jedem der Motorbetriebsbereiche X3 und X4 angehalten, um
die Abgasrückführung zu
unterbrechen. Ein Turboladen wird in sämtlichen der Motorbetriebsbereiche X1–X4 durchgeführt. Im
speziellen wird der Ladedruck des Turboladers 15 in dem
Motorbetriebsbereich X4 mittels Rückkopplung geregelt oder in
jedem der Motorbetriebsbereiche X1–X3 aufwärts geregelt, um
einen durch den Ansaugluftdrucksensor 17 erfassten Ist-Ladedruck
einem Soll-Ladedruck
anzugleichen.
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Während
der mittels Rückkopplung
durchgeführten
Regelung der Abgasrückführungsmenge,
ist ein Totbereich, in dem ein Rückkopplungsregelungswert
nicht aktualisiert wird oder ein vohergehender Rückkopplungsregelungswert gehalten
wird, für
solche Motorbetriebsbedingungen vorgesehen, bei denen eine Differenz
zwischen dem Ist-Wert der Luftmenge Qact und einem Soll-Wert der
Luftmenge Qtgt unterhalb eines spezifizierten Niveaus liegt, wie
in 4 gezeigt. Der Totbereich oder
das für
die Differenz spezifizierte Niveau wird in Abhängigkeit von einem von der
Pulsation der Ansaugluft abgeleiteten Parameter verändert, wobei
der Totbereich umso breiter ist, je größer die Pulsation der Ansaugluft
ist. Im vorliegenden Beispiel wird der Totbereich in Anbetracht
einer stärkeren
Pulsation der Ansaugluft während
sich das Ansaugluftdrosselventil 10 oder das Verwirbelungssteuerventil 20 öffnet breiter
vorgegeben als während
es sich schließt.
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5 zeigt
einen exemplarischen Totbereich in einem Diagramm, bei dem die Differenz
zwischen Ist- und Soll-Wert der Luftmengen (die im folgenden als
eine Luftmengendifterenz DAFS bezeichnet ist) verwendet wird, um
auf der horizontalen Achse abgetragen zu werden, und das Tastverhältnis für das tastzyklusgeregelte,
elektromagnetische Regelungsventil 51, das den Rückkoppelungswert
(den Korrekturwert des Ventilhubs des Abgasrückführungsventils 24)
repräsentiert,
wird verwendet, um auf der vertikalen Achse abgetragen zu werden.
Wenn die Luftmengendifferenz DAFS auf der positiven Seite groß ist, so
zeigt dies an, dass der Ist-Wert
der Luftmenge Qact zu groß ist,
woraufhin der Korrekturwert (das Tastverhältnis) erhöht wird, um das Abgasrückführungsventil 24 angemessen
zu öffnen.
Im Gegensatz hierzu zeigt eine große Luftmengendifterenz DAFS auf
der negativen Seite an, dass der Ist-Wert der Luftmenge Qact zu
klein ist, woraufhin der Korrektunnrert verringert wird, um das
Abgasrückführungsventil 24 angemessen
zu schließen.
Wenn die/eine Luftmengendifterenz DAFS so klein ist, dass sie innerhalb des
Totbereichs liegt, bleibt der Korrekturwert unverändert.
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In dem Motorbetriebsbereich X1 besteht
ein Bedarf für
ein Steigerung der Abgasrückführungsmenge,
das Ansaugluftdrosselventil 18 wird geschlossen, um den
kleinsten effektiven Querschnitt des gemeinsamen Ansaugluftkanals 12 vorzusehen, und
das Verwirbelungssteuerventil 20 wird, um die Zündwilligkeit/Flammbarkeit
in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
der Abgasrückführungsmenge
zu gewährleisten,
geschlossen, wodurch ein Frischluftstrom verstärkt wird. Obwohl der Soll-Wert
der Luftmenge Qtgt gemäß eines
Steuerungs/Regelungsentscheidungsmusters festgelegt ist, das den
Soll-Wert der Luftmenge Qtgt unter Einbeziehung beispielsweise der
Treibstoffeinspritzmenge Finj und der Motordrehzahl definiert, wird
dieser Soll-Wert der Luftmenge verringert oder hin zu einem kleineren
Wert verändert,
wenn das Ansaugluftdrosselventil 18 geschlossen ist. Der
Wert der Reduzierung der Luftmenge Qcrt wird dahingehend bestimmt,
dass er mit einer Reduzierung der Ansaugluftmenge übereinstimmt, die
tatsächlich
aufgrund des Schließens
des Ansaugluftdrosselventils 18 verursacht wird. Obwohl
die maximale Luftmenge, die durch den gemeinsamen Ansaugluftkanal 12 strömen kann,
mit einer Reduzierung der Öffnung
oder des Ventilhubs des Ansaugluftdrosselventils 18 sinkt,
wird insbesondere der Betrag der Reduzierung der Luftmenge gleich
einer Differenz zwischen der größten Luftmenge
gesetzt, wenn sich das Ansaugluftdrosselventil 18 in der
vollkommen geschlossenen Stellung befindet (bereitstellt) und wenn
dieses vollkommen geöffnet
ist.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Ablaufroutine der Rückkopplungsregelung der Abgasrückführungsmenge
veranschaulicht, welche die Steuer/Regelungseinheit 100 gemäß den oben
erwähnten
Voraussetzungen durchführt.
Wenn die Abfolgelogik startet, schreitet die Regelung zu einem Block
in Schritt Q1, in dem die Steuer-/Regelungseinheit 100 vielfältige Signale
einliest, zu denen gehören:
wenigstens ein Luftströmungsratensignal
Safr des Luftströmungsmessers 14,
ein Ansaugluft-Drucksignal Siap des Ansaugluftdrucksensors 17,
ein Gaspedalstellungssignal Sact eines Gaspedalstellungssensors S1,
und ein Motordrehzahlsignal Sens. Daran anschließend wird, nachdem in Schritt Q2 auf
der Grundlage des Gaspedalstellungssignals Sact und des Motordrehzahlsignals
Sens eine Treibstoffeinspritzmenge Finj berechnet ist, in Schritt Q3 gemäß dem in 4 gezeigten Motorbetriebsbereichsentscheidungsmuster
eine Entscheidung getroffen, ob eine gegenwärtige Motorbetriebsbedingung
für die
mittels Rückkopplung
geregelte Abgasrückführung in
dem Motorbetriebsbereich X4 liegt. Falls die gegenwärtige Motorbetriebsbedingung
außerhalb
des Motorbetriebsbereichs X4 liegt, werden in Schritt Q4 sowohl
das Ansaugluftdrosselventil 18 als auch das Verwirbelungssteuerventil 20 geöffnet. Anschließend führt der
Schritt einen Return-Befehl aus, um die Ablaufroutine von Neuem
durchzuführen.
Wenn die gegenwärtige
Motorbetriebsbedingung hingegen innerhalb des Motorbetriebsbereichs X4 fällt, wird
in Schritt Q5 gemäß dem Motorbetriebsbereichsentscheidungsmuster
eine weitere Entscheidung getroffen, ob die gegenwärtige Motorbetriebsbedingung
innerhalb des Motorbetriebsbereichs X1 liegt. Wenn die
gegenwärtige
Motorbetriebsbedingung innerhalb des Motorbetriebsbereichs X1 fällt, wird,
nachdem in Schritt Q6 sowohl das Ansaugluftdrosselventil 18 als
auch das Verwirbelungssteuerventil 20 geschlossen wurde,
ein Soll-Wert der Luftmenge Qtgt ermittelt, indem in Schritt Q7 ein
Korrekturwert (positiver Wert) Qcrt von einer Basisluftmenge Qbsc
abgezogen wird, die einer Motorbetriebsbedingung (nämlich der
Treibstoffeinspritzmenge Finj und dem Motordrehzahlsignal Sens)
entspricht. Die Verminderung der Basisluftmenge Qbsc um den Korrekturwert
geschieht, um zu verhindern, dass das Abgasrückführungsventil 24 aufgrund
eines durch das Schließen
des Ansaugluftdrosselventils 18 verursachten, starken Absinkens
des Ist-Werts der Luftmenge Qact den Ventilhub zu wenig ändert. Mit
anderen Worten, die Korrektur der Basisluftmenge Qbsc erfolgt, um
ein Auftreten einer Situation zu verhindern, in der, falls keine
Korrektur des Soll-Werts der
Luftmenge Qbsc durchgeführt
wird, das Abgasrückführungsventil 24 endgültig geschlossen
wird, um für
einen Ist-Wert der Luftmenge Qact zu sorgen, der gleich dem Soll-Wert
der Luftmenge Stgt ist. Daran anschließend, nachdem ein schmaler
Totbereich in Schritt Q8 gesetzt wird, fährt die
Abfolgelogik mit einem Block in Schritt Q12 fort, wo eine
Luftmengendifferenz DAFS berechnet wird. Wenn andernfalls die gegenwärtige Motorbetriebsbedingung
außerhalb des
Motorbetriebsbereichs X1 liegt, wird in Schritt Q10,
nachdem in Schritt Q9 sowohl das Ansaugluftdrosselventil 18 als
auch das Verwirbelungssteuerventil 20 vollkommen geöffnet wird,
eine abhängig von
der Motorbetriebsbedingung ermittelte Basisluftmenge Qbsc als ein
Soll-Wert der Luftmenge Qtgt bestimmt. Daran anschließend fährt die
Abfolgelogik, nachdem in Schritt Q11 ein vorgegebener breiter
Totbereich gesetzt ist, mit dem Block in Schritt Q12 fort, um
eine Luftmengendifferenz DAFS zu berechnen.
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Nach der Berechnung eine Luftmengendifferenz
DAFS durch Subtraktion des Soll-Werts
der Luftmenge Qtgt von dem Ist-Wert der Luftmenge Qact in Schritt Q12,
wird anschließend
in Schritt Q13 eine Entscheidung getroffen, ob die Luftmengendifferenz
DAFS ausreichend groß ist,
um den Totbereich zu überschreiten.
Falls die Luftmengendifferenz DAFS groß ist, wird in Schritt Q14 ein
Rückkoppelungskor rekturwert
entsprechend der Luftmengendifferenz DAFS in Übereinstimmung mit dem in 5 gezeigten Graphen verändert. Andernfalls,
wenn die Luftmengendifferenz DAFS zu klein ist, um den Totbereich
zu überschreiten,
wird in Schritt Q15 ein letzter Rückkoppelungskorrekturwert beibehalten.
Wenn in Schritt Q14 oder Schritt Q15 ein Rückkoppelungskorrekturwert
festgesetzt ist, gibt die Steuer/Regelungseinheit 100 an
das tastzyklusgeregelte, elektromagnetische Regelungsventil 51 ein
Betätigungssignal
in Übereinstimmung
mit dem Rückkoppelungskorrekturwert
aus, mit dem das tastzyklusgeregelte, elektromagnetische Regelungsventil 51 betätigt wird, um
das Abgasrückführungsventil 24 zu
regeln, so dass dadurch das Abgasrückführungsventil 24 betätigt wird.
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Das Ansaugluftdrosselventil 18 kann
von einer Bauart sein, bei welcher der Ventilhub in drei oder mehr
Stufen veränderlich
ist, oder von einer Bauart, bei welcher der Ventilhub linear veränderlich
ist. Die Veränderung
des Soll-Werts der Luftmenge erfolgt abhängig von der Bauart des Ansaugluftdrosselventils 10 bevorzugt
in Stufen oder linear. Im Falle der Verwendung des linear veränderlichen
Ansaugventils als Ansaugdrosselventil 18 ist es möglich den Soll-Wert
der Luftmenge nicht linear sondern in Stufen oder in einer sonstigen
gewünschten
Weise zu verändern.
D. h. die Form der Veränderung
des Soll-Werts der Luftmenge muss nicht immer konform gehen mit
einer Bauart des Ansaugluftdrosselventils 18. Die Art und
Weise der Veränderung
des Soll-Werts der Luftmenge kann erfolgen, indem anstelle einer
unmittelbaren Veränderung
des Soll-Werts der Luftmenge ein Parameter für die Bestimmung des Soll-Werts
der Luftmenge, der eine Veränderung
des Soll-Werts der Luftmenge bewirkt, verändert wird. Ferner kann die
Treibstoffeinspritzmenge abhängig
von einer Veränderung
des Soll-Werts der Luftmenge, d. h. einer Veränderung des Ventilhubs des
Ansaugluftdrosselventils 18, variiert werden.
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Die Abgasrückführung der vorliegenden Erfindung
kann in Motoren einer anderen Bauart als derjenigen der Direkteinspritzung
oder in Motoren verwendet werden, die nicht mit einer Turboladereinrichtung
ausgerüstet
sind.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
anhand deren bevorzugter Ausführungsform
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erschöpfend
beschrieben wurde, können dem
Fachmann vielfältige
Abwandlungen und sonstige Ausführungsformen
als offensichtlich erscheinen. Wenn derartige Abwandlungen und sonstige
Ausführungsformen
nicht in sonstiger Weise von dem Gegenstand der Erfindung abweichen,
sollten diese folglich von dem Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche abgedeckt
sein.