DE69120632T2 - Abgasrückführungssystem - Google Patents

Abgasrückführungssystem

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Description

    Allgemeiner Stand der Technik 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung belrifft eine System zur Abgasrückführung in einer Brennkraftmaschine.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • In einem dem Stand der Technik entsprechenden System, das durch die Japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 25971/1979 beispielhaft dargestellt wird, wird in einem Ansaugrohr ein Loch für die Einführung der Abgasrückführung erzeugt, wobei das Loch in dem Schaft der Ansaugleitung gestaltet wird.
  • Bei dem vorstehend genannten, dem Stand der Technik entsprechenden System, weist das in dem Ansaugrohr ausgebildete Abgaseinführungsloch einen angemessenen Abstand zu dem Ansaugventilabschnitt auf. Daraus ergibt sich, daß die Abgase und die Ansaugluft in einem Sammelkasten vollständig gemischt werden, so daß die Abgase bei der Einführung in den Zylinder über dem Gas verteilt werden. Die Verbrennung verschlechtert sich, wenn zuviel Abgase zurückgeführt werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird versucht, ein Abgasrückführungssystem für einen Motor vorzusehen, bei dem sich die Motorleistung nicht verschlechtert, selbst wenn übermäßig Abgase zurückgeführt werden.
  • In GB-A-2073320, das als die verwandteste Offenbarung gemäß dem Stand der Technik angesehen wird, wird ferner eine Zeitgebereinrichtung für die Rückführung von Gasen gelehrt, die schichtweise in den Zylinder eingeführt werden, und wobei dieses Bezugspatent den Oberbegriff des gegenständlichen Anspruchs 1 bildet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Vorgesehen ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System zur Regelung der Abgasrückführung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wobei das System folgendes umfaßt:
  • (a) einen Ansaugkanal, der so angeschlossen ist, daß er einer Brennkraftmaschine ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuführt;
  • (b) einen Auspuffkanal, der so angeschlossen ist, daß er Abgase aus der Brennkraftmaschine ausstößt;
  • (c) einen Abgasrückführungskanal für die Zufuhr eines Teils der Abgase aus dem Auspuffkanal durch ein entsprechendes Verteilerrohr für jeden der Motorzylinder, das in der Nähe eines Ansaugventils des entsprechenden Zylinders in den Ansaugkanal führt;
  • (d) eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
  • (e) eine Zeitgebereinrichtung, die sich in dem Abgasrückführungskanal befindet, um die Abgase mit vorbestimmter Zeitgebung und über einen vorbestimmten Zeitraum während den Hüben der Brennkraftmaschine zurückzuführen, so daß der genannte Teil der Abgase aus dem Auspuffkanal zusammen mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in laminarer Form jedem Zylinder zugeführt wird, so daß sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch in Nachbarschaft zu einer Zündkerze befindet, und wobei der genannte Teil der Abgase in dem Zylinder von der Zündkerze weg verteilt wird;
  • (f) eine Steuereinrichtung zur Erfassung des Rauheitsgrades der Brennkraftmaschine, um der Zeitgebereinrichtung in dem Rückführungskanal ein Steuersignal zur Steuerung der Rückflusses gemäß dem genannten Rauheitsgrad zuzuführen; und
  • (g) wobei die genannte Zeitgebereinrichtung einen Verteiler mit einer Mehrzahl von Auslaßanschlüssen umfaßt, die der Anzahl von Zylindern des Mehrzylindermotors entspricht, und mit einer Einrichtung, die in dem genannten Verteiler einen drehbaren Kanal definiert, um einen Einlaß des Verteilers so anzuschließen, daß dieser die genannten Abgase empfängt und um die Abgase einem der entsprechenden Auslässe zuzuführen, die mit den entsprechenden Verteilerrohren verbunden sind.
  • Zur Verwirklichung der obengenannten Aufgabe erfolgt die Abgasverteilung in dem Zylinder bei der vorliegenden Erfindung auf einheitliche Weise.
  • In vorteilhafter Weise werden Rückführungsfluß- Erfassungseinrichtungen vorgesehen, die dazu dienen, den Rückführungsfluß der Abgase auf der Basis eines Lastsignals zu bestimmen, wenn die Abgase zurückgeführt werden, und eines Lastsignals, wenn die Abgase nicht zurückgeführt werden.
  • In geeigneter Weise ermittelt die genannte Steuereinrichtung einen maximal zulässigen Rückführungsfluß gemäß dem Rauheitsgrad, um dadurch das genannte Steuersignal festzulegen.
  • In vorteilhafter Weise befindet sich in dem genannten Abgasrückführungskanal ein Rückführungs-Regelventil, das dafür sorgt, daß die Abgase während den Hüben der genannten Brennkraftmaschine mit vorbestimmter Taktung und über einen vorbestimmten Zeitraum zurückgeführt werden.
  • In geeigneter Weise ist der genannte Verteiler so angeschlossen, daß die Abgase einem Zylinder synchron zu einem Ansaughub des genannten Zylinders und diesen Ansaughub überlagernd zugeführt werden.
  • In vorteilhafter Weise ist der genannte Verteiler so angeschlossen, daß die Abgase dem genannten Zylinder zugeführt werden, wobei die erste Hälfte des Ansaughubs des genannten Zylinders überlagert wird.
  • Wenn die Abgaseinlaßöffnung in der Nähe des Einlaßventils ausgebildet ist, so konzentriert sich die Verteilung der Abgase um das Einlaßventil. Wenn der Ansaughub beginnt, das Einlaßventil zu öffnen, so werden die Abgase in einer ersten Saugstufe angesaugt, so daß deren Verteilung in dem Zylinder heterogen ist. Die Abgase werden kennzeichnenderweise in dem unteren Abschnitt des Zylinders verteilt, wohingegen ein neues Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem oberen Abschnitt des Zylinders verteilt wird. Auch bei der Erzeugung vieler Abgase verschlechtert sich die Verbrennung nicht, da das frische Gemisch in dem oberen Abschnitt des Zylinders um die Zündkerze verteilt wird. Des weiteren kann die maximal zulässige Abgasmenge auf der Basis der Laufruhe des Motors eingelassen werden, wobei diese durch einen an dem Abgasrohr angebrachten Sauerstoffsensor bestimmt wird. Ein großer Rückführungsfluß reduziert den Kraftstoffverbrauch und die Stickoxidemissionen, wobei eine zu große Strömung zu einer Fehlzündung führt. Durch die Erfassung des Fehlzündungszustands durch den Sauerstoffsensor wird immer der maximale Abgasfluß eingelassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachstehend in bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1 in schematischer Form den Aufbau eines Abgasrückführungssystems für einen Motor, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern;
  • Figur 2 in schematischer Form den Aufbau bei einem Mehrzylindermotor;
  • die Figuren 3(a) bis (e) und 4(a) und (b) Diagramme des Funktionsprinzips;
  • Figur 5 eine Abbildung des Abgasrückführungssystems (AGR);
  • Figur 6 ein Kontrollflußdiagramm;
  • Figur 7 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Abgasrückführungssystems;
  • die Figuren 8 und 9(a) bis (e) Diagramme des Funktionsprinzips des Aufbaus aus Figur 7;
  • die Figuren 10 und 11 die erfindungsgemäße Anwendung eines Zylinders mit einer Mehrzahl von Einlaßventilen;
  • die Figuren 12(a) und (b) Graphikdiagramme des Prinzips zur Bestimmung des Abgasrückführungsverhältnisses;
  • Figur 13 ein Kontrollflußdiagramm für das Ausführungsbeispiel aus Figur 12;
  • die Figuren 14(a) und (b) Prinzipskizzen, die ein anderes Verfahren zur Bestimmung des Abgasrückführungsverhältnisses darstellen;
  • die Figuren 15(a) und (b) graphische Kurvenformen, die das Prinzip des Verfahrens aus den Figuren 14(a) und (b) veranschaulichen;
  • Figur 16 ein Kontrollflußdiagramm zur Berechnung des Abgasrückführungsverhältnisses;
  • Figur 17 ein kennzeichnendes Diagramm des Abgasrückführungsverhältnisses und verschiedener anderer Parameter;
  • die Figuren 18(a) und (b) Graphikdiagramme der Ausgabe des O&sub2;- Sensors;
  • Figur 19(a) ein Schaltschema und
  • die Figuren 19(b) bis (d) die durch die Ausgabe des O&sub2;-Sensors erfaßte Rauheit;
  • die Figuren 20(a) bis (e) Graphikdiagramme einer anderen Methode zur Erfassung der Rauheit;
  • Figur 21 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Abgasrückführungsverhältnis und den anderen Parametern zeigt; und
  • die Figuren 22 und 23 Kontrollflußdiagramme der Einschränkung der Abgasrückführungsregelung.
  • In den Figuren bezeichnen übereinstimmende Bezugsziffern die gleichen Teile.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachstehend bezug auf Figur 1 genommen, in der Abgase durch einen Kanal 3, der eine Auspuffleitung 1 und eine Ansaugleitung 2 miteinander verbindet, in die Ansaugleitung 2 eingelassen bzw. eingeführt werden. Bei dem Aufbau handelt es sich um einen Basisaufbau für die Abgasrückführung. Der Kanal 3 ist mit einem Stromventil 4 ausgestattet. Bei der vorliegenden Erfindung weist der Kanal 3 in der Nähe eines Einlaßventils 5 der Ansaugleitung 2 eine Öffnung bzw. ein Loch 6 auf. Des weiteren werden die Signale eines Saugluft-Strömungssensors 7 und eines Sauerstoffsensors 8 in eine Steuereinheit 9 eingegeben, um den Abgasrückführungsfluß zu erfassen, woraus der optimale Abgasrückführungsfluß bestimmt werden kann. Der auf diese Weise bestimmte Abgasrückführungsfluß wird nach der Messung durch das Stromventil 4 zugeführt. Das Einlaßventil und das Auslaßventil (nicht abgebildet) des Motors werden durch eine Nockenwelle 81 zeitlich gesteuert.
  • Der Aufbau aus Figur 1 ist für alle Zylinder eines Vierzylindermotors aus Figur 2 dargestellt. Die Abgase werden über den Kanal 3 aus dem Loch bzw. der Öffnung 6 zugeführt, das bzw. die in der Nähe des Einlaßventils 5 jedes Zylinders offen ist. Somit werden Übertragungsverbindungen zwischen den Abgaseinlaßöffnungen 6 in die einzelnen Zylinder 11 vorgesehen. Alternativ dazu kann sich eine Abgasrückführungsleitung in der Ansaugleitung 2 erstrecken, um die Abgase so nahe wie möglich an dem Einlaßventil einzulassen.
  • In Figur 3 ist das Verhalten der Abgase und des frischen Luft- Kraftstoff-Gemischs in jedem der Zylinder 11 und der Ansaugleitung 2 bei den einzelnen Hüben dargestellt. Diese einzelnen Hübe des Motors sind in Figur 3(a) dargestellt. In den entsprechenden Figuren 3(b) bis (e) ist das Verhalten des Gases zu den Augenblicken bzw. Momenten (b) bis (e) aus Figur 3(a) dargestellt. In Figur 3(b) ist der Zustand bei der Endperiode des Auspuffhubs dargestellt. In den Figuren 3(b) bis (e) werden die Abgase durch ausgefüllte Kreise angezeigt, während die unausgefüllten Kreise das frische Luft-Kraftstoff- Gemisch anzeigen. Aufgrund der Tatsache, daß sich die Öffnung 6 nahe dem geschlossenen Einlaßventil 5 (Figur 3(b)) befindet, werden die Abgase dort hindurch nach oben zu einem oben gelegenen Sammler 12 geleitet. Folglich werden die Abgase ausschließlich in der Umgebung des Einlaßventils 5 der Ansaugleitung 2 verteilt. Als nächstes werden nur die Abgase in den Zylinder 11 gesaugt, wie dies in Figur 3(c) dargestellt ist. Daraus ergibt sich, daß die Abgase ausschließlich in dem Zylinder 11 verteilt werden. Bei fortschreitendem Hub, bei dem die in der Ansaugleitung 2 stockenden Abgase angesaugt werden, werden die Abgase und das frische Luft-Kraftstoff-Gemisch daraufhin gleichzeitig aus der Öffnung 6 gesaugt, wie dies in Figur 3(d) dargestellt ist. Daraus ergibt sich, daß das frische Gemisch in dem oberen Abschnitt des Inneren des Zylinders 11 verteilt wird, wenn das Einlaßventil 5 geschlossen wird, wie dies in Figur 3(e) dargestellt ist. Da das frische Gemisch bei dieser Verteilung ausschließlich in der Umgebung einer Zündkerze 13 vorhanden ist, tritt kaum eine Verschlechterung der Zündempfindlichkeit und der Verbrennung ein, selbst wenn eine hohe Abgasrückführung eingelassen wird. Wenn die Abgase auf diese Weise in die Umgebung des Einlaßventils 5 geleitet werden, so kann das Gas der Abgasrückführung laminar in dem Zylinder 11 verteilt werden, so daß eine große Gasmenge eingeführt werden kann.
  • In den Figuren 4 (a) und (b) ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzverfahrens dargestellt. In Figur 4(a) ist das Verhältnis zwischen dem Ansaughub und der Kraftstoffeinspritzzeit dargestellt. Der Kraftstoff wird in der zweiten Hälfte des Ansaughubs eingespritzt. Dieser Einspritzvorgang wird beim Ansaugen einer großen Menge des frischen Gemischs in den Zylinder zeitlich gesteuert, wie dies in Figur 3(d) dargestellt ist. Des weiteren wird die Einspritzendzeit tref bestimmt, um einen Fehler zu vermeiden, wenn der Einspritzvorgang während dem Ansaughub nicht beendet ist. Die Einspritzzeit wird nach Verlangen in Richtung der ursprünglichen Zeit für den Ansaughub verlängert, wie dies bei (A), (B), (C) und (D) dargestellt ist, während tref unverändert bleibt. Kurz gesagt bedeutet dies, daß die Einspritzanfangszeit zur Veränderung der Einspritzzeit verändert wird. In Figur 4(b) ist das Verhalten des in den Zylinder gesaugten Gases und Kraftstoffs dargestellt. Das Intervall zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt (OT-UT) zeigt den Ansaughub an. Gemäß der Darstellung bei (E) strömen nur die Abgase in den Zylinder. In diesem Zusammenhang wird das frische Gemisch eingeführt, wie dies bei (F) dargestellt ist. In diesem Fall strömt jedoch eine geringe Abgasmenge in den Zylinder. Die Kraftstoffeinspritzung wird zeitlich mit der Einführung des frischen Gemischs abgestimmt, wie dies bei (G) dargestellt ist. Durch diese Einführungen wird nicht nur das frische Gemisch sondern auch der Kraftstoff laminar angeordnet und in dem oberen Abschnitt des Zylinders verteilt, wodurch die Zündempfindlichkeit und die Verbrennung verbessert werden.
  • In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Steuerung zur Ausführung der obengenannten Vorgänge dargestellt. In Figur 5 ist das Abgasrückführungsverhältnis in Verbindung mit der Drehzahl und dem Lastzustand des Motors abgebildet. In der Steuereinheit 9 sind die Kurven a bis e des Abgasrückführungsverhältnisses gespeichert. Die Steuereinheit 9 liest die Abgasrückführungsverhältnisse und steuert das Stromventil 4, um den beabsichtigten Fluß der Abgasrückführung zuzuführen.
  • In Figur 6 ist ein Ablaufplan zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzverstellung dargestellt. Die ermittelte Einspritzimpulsbreite Ti wird ausgelesen, und die Drehzahl N wird ausgelesen, um den Kurbelwinkel zu bestimmen, dem die Impulsbreite Ti entspricht. Mit anderen Worten wird der Kurbelwinkel θi bestimmt, der der Zeit Ti entspricht. Als nächstes wird aus der Einspritzendzeit tref aus Figur 4 die Einspritzanfangszeit θinj ermittelt. Das Einlaßventil wird mit der Impulsbreite θinj geöffnet. Der Einspritzvorgang kann durch die bisher beschriebenen Steuerungen verwirklicht werden, wie dies in Figur 4(b) dargestellt ist.
  • In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Kanal 3 mit einer Zeitgebereinrichtung versehen ist, die einen Verteiler 20 umfaßt. Der Verteiler 20 wird synchron zu der Motorrotation gedreht. Wenn eine Öffnung 21 in dem Verteiler in Paßgenauigkeit mit einer entsprechenden Verteilerleitung 22 für jeden der Motorzylinder gelangt, so fließen die Abgase zu der Ansaugleitung 2. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Abgase somit mit vorbestimmter Zeitgebung der Motorhübe der Ansaugleitung zugeführt. Die Rotation des Verteilers kann durch einen Antrieb der Kurbelwelle oder durch einen Motor (nicht abgebildet) bewirkt werden.
  • In Figur 8 sind die Motorhübe aller vier Zylinder dargestellt sowie das Fließ- bzw. Strömungsverhalten des Gases der Abgasrückführung, wie dies durch Zylinder Nr. 1 beispielhaft dargestellt ist. Der Verteiler 20 ist so eingestellt, daß das Gas der Abgasrückführung ausschließlich während der ersten Hälfte des Ansaughubs des Motors fließt. Bei einem Viertakt-, Vierzylindermotor stellt der Verteiler die Verteilerleitung 22 so ein, daß zuerst der Zylinder Nr. 1 und dann die Zylinder mit den Nummern 3, 4 und 2 mit dem Gas der Abgasrückführung gespeist werden. Somit kann jedem Zylinder nur während dessen ersten Hälfte des Ansaughubs Gas zugeführt werden.
  • In den Figuren 9(a) bis (e) ist das Verhalten des Gases in dem Zylinder 11 und der Ansaugleitung 2 aus dem Ausführungsbeispiel aus Figur 7 dargestellt. In Figur 9(a) sind die Motorhübe dargestellt. Das Verhalten des Gases bei den Einstellungen, die (b) bis (e) aus Figur 9(a) entsprechen, ist in den entsprechenden Figuren 9(b) bis (e) dargestellt. Gemäß der Darstellung aus Figur 9(b) hat sich der Verteiler 20 in der zweiten Hälfte des Auspuffhubs an eine Position gedreht, an der das Gas entsprechend dem Zylinder der Verteilerleitung 22 zugeführt werden kann. Folglich werden die Abgase in die Ansaugleitung 2 geleitet. In Figur 9(b) zeigen die ausgefüllten Kreise die Abgase und die unausgefüllten Kreise das Luft- Kraftstoff-Gemisch an. In Figur 9(c) befindet sich der Verteiler 20 an einer Drehstellung, an der der Verteilerleitung 22 keine Abgase zugeführt werden. Daraus ergibt sich, daß der diesem Zylinder entsprechenden Ansaugleitung 2 keine Abgase zugeführt werden. Durch diese Einstellung hat der Zylinder nur die Abgase angesaügt. In Figur 9(d) wird ausschließlich das frische Gemisch in den Zylinder 11 gesaugt, da keine zuzuführenden Abgase vorhanden sind. Dieses frische Gemisch ist durch die unausgefüllten Kreise dargestellt. Wenn der Ansaughub beendet ist, wird gemäß der Darstellung aus der Figur 9(e) in dem Moment (e) aus Figur 9(a) das frische Gemisch in dem oberen Abschnitt des Zylinders 11 verteilt, während das Gas der Abgasrückführung in dem unteren Abschnitt verteilt wird. Die Schichtung des Gases der Abgasrückführung wird durch diesen einfachen Aufbau verwirklicht. In den Momenten (c), (d) und (e) aus Figur 9 werden der Ansaugleitung 2 keine Abgase zugeführt. Der Verteiler 20 ist hierin zwar als drehbarer Verteiler dargestellt, jedoch können ähnliche Effekte auch dann erzielt werden, wenn die Verteilerleitung 22 für jeden Zylinder mit einem Schaltventil versehen ist.
  • Durch diese Laminierung der Gase der Abgasrückführung kann eine stabile Verbrennung verwirklicht werden, so daß der Kraftstoffverbrauch und die Stickoxidemissionen auch bei der Rückführung einer großen Gasmenge verringert werden können.
  • In Figur 10 ist ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung an einem Motor dargestellt, bei dem jeder Zylinder 11 mit einer Mehrzahl (zwei) von Einlaßventilen 5a und 5b ausgestattet ist. Jede der verzweigten Einlaßleitungen 35a und 35b kann mit einer Öffnung 6 zur Einführung der Abgase ausgebildet sein, wobei die Öffnung in dem Ausführungsbeispiel in der Leitung 35b abgebildet ist. In den restlichen Zylindern werden die Abgase auf ähnliche Weise nur der Ansaugleitung zugeführt, die einem der Einlaßventile entspricht. Hierbei werden die Gase der Abgasrückführung durch einen Versatz der Zufuhreinrichtung schichtweise angeordnet. Der Fluß bzw. Strom der Abgase kann zu diesem Zeitpunkt unterbrochen oder ununterbrochen sein.
  • In Figur 11 ist das Verhalten des Gases in dem Zylinder eines solchen Falls dargestellt. Die Abgase werden in dem äußeren Umfang des Zylinders verteilt, wie dies durch die ausgefüllten Kreise dargestellt ist, da die Abgase nur von einem Einlaßventil 5b fließen. Das frische Gemisch, das durch unausgefüllte Kreise dargestellt ist, wird in dem Inneren des Zylinders 11 verteilt. Aufgrund dieser Verteilungen konzentriert sich das frische Gemisch um die Zündkerze 13, so daß sich die Verbrennung auch bei der Einführung einer großen Menge des Gases der Abgasrückführung nicht verschlechtert.
  • In Figur 12 ist das Verfahren zur Erfassung der Menge des Gases der Abgasrückführung dargestellt. Dieses Verfahren kann bei dem System mit den Strukturen aus den Figuren 1, 7 und 10 angewandt werden. In Figur 12(a) ist die durch den Kanal 3 fließende Menge des Gases der Abgasrückführung dargestellt. In Figur 12(b) ist der Ausgabewert VAFM des Ansaugluft-Durchflußsensors 7 dargestellt, wobei die von dem Ansaugluft-Durchflußsensor erfaßte Menge ansteigt, wenn die Abgasrückführung ausgeschaltet wird. Wenn der Laufzustand des Motors konstant ist, wird die Abgasrückführung durch Schließen des Stromventils 4 gestoppt, so daß das Abgasrückführungsverhältnis aus der Veränderung der Ansaugluftströmung zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird. Der Ausgabewert VAFM während der Zufuhr des Gases der Abgasrückführung gemäß der Darstellung aus Figur 12(a) ist mit V&sub1; bezeichnet, wie dies in Figur 12(b) dargestellt ist. Der Wert VAFM bei abgeschalteter Abgasrückführung ist mit V&sub2; bezeichnet. Das Abgasrückführungsverhältnis wird aus der Differenz zwischen V&sub1; und V&sub2; bestimmt. Da das Gas der Abgasrückführung unterhalb (auf der Motorseite) des Ansaugluft- Durchflußsensors 7 eingelassen wird, verändert sich der Fluß der Ansaugluft abhängig von dem Vorhandensein bzw. dem Fehlen des Gasflusses.
  • In Figur 13 ist ein Ablaufplan zur Erfassungszeit dargestellt. Zuerst werden die Drosselöffnung θth und die Motordrehzahl N eingelesen (in dem Schritt 40). Dann wird entschieden (in dem Schritt 41), ob sich die Werte θth und N im Dauerzustand befinden. Der Programmablauf endet, wenn sie sich nicht im Dauerzustand befinden. Wenn sie sich im Dauerzustand befinden, wird der Wert V&sub1; für AGR EIN eingelesen (in dem Schritt 42). Als nächstes wird die Abgasrückführung abgeschaltet (in dem Schritt 43), und zu diesem Zeitpunkt wird der Wert V&sub2; eingelesen (in dem Schritt 44). Danach wird die Abgasrückführung wieder eingeschaltet (in dem Schritt 45). Zu diesem Zeitpunkt wird geprüft (in dem Schritt 46), ob die Werte θth und N während den Schritten 40 bis 46 unverändert geblieben sind. Der Ablauf endet ohne die Berechnung des Abgasrückführungsverhältnisses REGR, wenn dies nicht der Fall ist. Wenn dies der Fall ist, erfolgt die Berechnung (V&sub1; - V&sub2;)/V&sub1; zur Bestimmung des Verhältnisses REGR (in dem Schritt 47). Als nächstes wird entschieden (in dem Schritt 48), ob das erfaßte Verhältnis REGR dem Zielwert entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Abgasrückführungsverhältnis REGR in diesem Laufzustand korrigiert (in dem Schritt 49). Wenn dies jedoch der Fall ist, so endet der Programmablauf.
  • In dem in bezug auf die Figur 13 beschriebenen Verfahren kann nur festgestellt werden, daß das Abgasrückführungsverhältnis so erfaßt werden kann, daß es hinsichtlich einer genauen Steuerung immer auf den Zielwert berichtigt werden kann, selbst wenn sich der Motor, das Stromventil 4, usw. mit der Zeit verändern.
  • In Figur 14 ist ein anderes Verfahren zur Erfassung des Abgasrückführungsverhältnisses dargestellt, wobei zusätzlich zu dem Ansaugluft-Durchflußsensor 7 ein Ansaugleitungs-Drucksensor 50 vorgesehen ist. Bei diesem Aufbau kann das Abgasrückführungsverhältnis auch in einem ungleichmäßigen Laufzustand erfaßt werden. In Figur 14(b) ist ein vereinfachtes Modell des Aufbaus aus Figur 14(a) dargestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit der durch eine Drosselklappe 51 fließenden Luft ist mit QS bezeichnet und wird durch den Durchflußsensor 7 erfaßt. Der Druck in der Ansaugleitung 2 ist mit P bezeichnet und wird durch den Drucksensor 50 erfaßt. Die durch die Drosselklappe 51 in den Zylinder 11 strömende Luftströmungsgeschwindigkeit ist mit QC bezeichnet. Des weiteren ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases der Abgasrückführung mit QE bezeichnet. Dabei sind die Werte QC und QE unbekannt. In den Figuren 15 und 16 ist das Verfahren zur Erfassung des Verhältnisses REGR unter Verwendung dieser Parameter dargestellt. In Figur 15(a) ist die Veränderung des Drucks P im unbeständigen Zustand dargestellt. Der Druck einen Zyklus (d.h. 180 Grad bei dem Viertakt-, Vierzylindermotor) nach einem Druck P&sub1; ist mit P&sub2; bezeichnet. In Figur 15(b) ist andererseits ein integrierter Wert S des Luftstroms für einen Hub dargestellt. Das Verhältnis REGR wird auf der Basis der Werte P&sub1;, P&sub2; und S ermittelt.
  • In Figur 16 ist ein Ablaufplan für diese Ermittlung dargestellt. Die Druckwerte P&sub1; und P&sub2; werden eingelesen (in dem Schritt 52). Die Ausgabe des Durchflußsensors 7 wird für einen Hub integriert, um den Wert S zu bestimmen (in dem Schritt 53). Dabei weisen die einzelnen Parameter die folgenden Beziehungen bzw. Verhältnisse untereinander auf:
  • QS + QE - QC = K&sub1; dP/dt ...(1)
  • Bei Integration:
  • S + E - C = K&sub1; (P&sub1; - P&sub2;)/dt ...(2)
  • mit:
  • K&sub1;: eine Konstante
  • und
  • T: Periode eines Hubs.
  • Ohne Abgasrückführung,
  • S' - C' = K&sub1; (P&sub2;' - P&sub1;')/T ...(3)
  • Bei Umschreibung der Gleichunge (2) und (3):
  • C - E = S - K&sub1; (P&sub2; - P&sub1;)/T ...(4)
  • und
  • C' = S' - K&sub1; (P&sub2;' - P&sub1;')/T ...(5)
  • Das Verhältnis zwischen dem Druck P und der in den Motor angesaugten Luftströmung QC wird unter Verwendung des Völligkeitsgrades η wie folgt ausgedrückt:
  • C' = K&sub2; η ' ...(6)
  • mit:
  • : durchschnittlicher Druckwert für einen Hub.
  • Ohne Abgasrückführung erhält man die folgende Gleichung:
  • C' = S - K&sub1; (P&sub2;' - P&sub1;)/T = K&sub2; η' ' ...(7)
  • Aus der Gleichung (7) wird der Völligkeitsgrad η wie folgt ermittelt:
  • Wenn die Abgasrückführung jedoch gemischt wird, so verändert sich der Völligkeitsgrad η . Der Grund dafür ist es, daß der Wert ηE durch die folgende Gleichung aus der Gleichung (4) ermittelt wird:
  • Kurz gesagt, der Wert η ändert sich durch den Wert E der Gleichung (4). Bei diesem Erfassungsverfahren wird das Abgasrückführungsverhältnis durch die Veränderung des Wertes η bestimmt.
  • In dem Schritt 54 wird somit der folgende Wert ΔP = (P&sub2; - P&sub1;)/T berechnet. In dem Schritt 55 wird die Gleichung (4) berechnet. Des weiteren wird in dem Schritt 56 der Wert ηE ermittelt. Dabei werden dieser Wert ηE und der Wert η bei fehlender gespeicherter Abgasrückführung ausgelesen, um das Verhältnis REGR aus der Differenz zwischen den Werten ηE und η wie folgt zu bestimmen:
  • REGR = (η - ηE)/η ...(10)
  • Diese Gleichung (10) wird in dem Schritt 57 berechnet.
  • Durch das vorstehend beschriebene Verfahren wird das Verhältnis REGR bestimmt, so daß es immer in bezug auf den Zielwert geregelt werden kann.
  • In Figur 17 ist die Beziehung zwischen dem Abgasrückführungsverhältnis und dem Kraftstoffverbrauch be sowie den Abgasen von HC und NOx dargestellt.
  • Bei ansteigendem Abgasrückführungsverhältnis sinken die Werte von be und NOx. Wenn das Abgasrückführungsverhältnis einen bestimmten Grenzwert übersteigt, steigen die Werte HC, be und NOx wieder an. Die Wendepunkte von HC, be und NOx definieren das Grenz-Abgasrückführungsverhältnis. Wenn die Abgasrückführung über diesen Wendepunkt erhöht wird, so weist der Motor eine Fehlzündung auf, wodurch die Werte von HC und be erhöht werden. Hinsichtlich der Steuerung wird das zuzuführende Abgasrückführungsverhältnis wünschenswerterweise so festgelegt, daß der Wert be so gering wie möglich gehalten wird. Nachstehend wird nun ein Verfahren zur Erfassung des Grenz- Abgasrückführungsverhältnisses zur dauerhaften Festlegung beschrieben.
  • Durch die Erfassung der Rauheit des Motors wird bestimmt, ob sich das Abgasrückführungsverhältnis auf dem Grenzwert befindet oder nicht. In Figur 18 ist das Prinzip zur Erfassung der Rauheit mit einem Sauerstoffsensor dargestellt (der hierin als "O&sub2;-Sensor" bezeichnet wird, der durch die Bezugsziffer 8 aus Figur 1 gekennzeichnet ist). In Figur 18(a) ist das Signal des O&sub2;-Sensors für das entsprechende Abgasrückführungsverhältnis dargestellt. Im Vergleich dazu zeigt die Darstellung aus Figur 18(b) das Signal des O&sub2;-Sensors, wenn die Grenze des Abgasrückführungsverhältnisses überschritten worden ist. Das Signal aus Figur 18(b) weist Signalstörungen aufgrund einer Fehlzündung auf. Der Grad der Störungen wird erfaßt und als Rauheit des Motors verwendet. Diese verwendete Motorrauheit kann als Drehzahlschwankungen des Motors und als Schwankungen des Vakuums in der Ansaugleitung erfaßt werden.
  • In Figur 19 ist ein Verfahren zur Erfassung des Rauheitsgrades aus dem Signal aus Figur 18(b) dargestellt. In Figur 19(a) ist ein Beispiel der Schaltung für das Verfahren dargestellt. Das Signal eines O&sub2;-Sensors 60 wird in einen Verstärker 61 eingegeben. Nach der Verstärkung wird die Hochfrequenzkomponente des Signals durch einen Hochpaßfilter 62 extrahiert, und dessen Spitze wird durch ein Peak-Holding- System 63 erfaßt und als Rauheitsmaß verwendet. Die Signale (b) bis (d) aus Figur 19(a) sind in den entsprechenden Figuren 19(b) bis (d) dargestellt. In Figur 19(c) ist das ursprüngliche Signal (Figur 19(b)) dargestellt, das durch den Hochpaßfilter 62 verlaufen ist. Dieses gefilterte Signal zeigt den Grad der Motorrauheit an. Dieses Signal wird für das Peak-Holding-System in ein Pegelsignal verarbeitet, wie dies in Figur 19(d) dargestellt ist. Die Steuereinheit 9 bestimmt den Grad (das Ausmaß) der Motorrauheit gemäß der Stärke des Signals (d). Der Wert dieses Signals (d) wird mit VP bezeichnet.
  • In Figur 20 ist ein weiteres Verfahren zur Erfassung des Rauheitsgrades dargestellt. In Figur 20(a) ist das ursprüngliche Signal des O&sub2;-Sensors dargestellt. Dieses Signal wird durch einen Vergleicher mit einem konstanten Bezugswert Vref verglichen, so daß es in das in der Figur 20(b) dargestellte Signal umgewandelt wird. Die EIN-AUS-Dauer dieses Signals (b) entspricht dem Grad der Motorrauheit. Die EIN-AUS- Zahl dieses Signals (b) wird durch eine Zählerschaltung gezählt. Wenn in die Zählerschaltung Rückstellimpulse (Figur 20(c)) eingegeben werden, so werden diese gemäß der Darstellung aus Figur 20(d) jedesmal vorwärtsgezählt, wenn das Signal aus Figur 20(b) ein- und ausgeschaltet wird. Als nächstes wird der bis zur Eingabe des Rückstellimpulses gezählte Wert gehalten, wie dies in Figur 20(e) dargestellt ist. In bezug auf diesen Haltewert VC entscheidet die Steuereinheit über den Grad der Motorrauheit. Dies bedeutet kurz gesagt, daß der Rauheitsgrad bei einem höheren Haltewert VC höher festgelegt wird.
  • In Figur 21 sind die Beziehungen zwischen dem sich verändernden Abgasrückführungsverhältnis und den Werten HC, be, VP und VC dargestellt. Wenn die Abgasrückführung den Wendepunkt übersteigt, bei dem die Werte HC und be ansteigen, so steigen auch die Werte VP und VC an, durch die das Grenz- Abgasrückführungsverhältnis ermittelt werden kann.
  • In Figur 22 ist ein Ablaufplan für die Grenz- Abgasrückführungssteuerung dargestellt, der dem Ausführungsbeispiel aus Figur 19 entspricht. Zuerst wird der Wert VP eingelesen (in dem Schritt 60). Danach wird entschieden (in dem Schritt 61), ob der Wert VP einen Bezugswert V* überschreitet. Wenn der Wert VP kleiner ist als der Wert V*, so wird festgestellt, daß das Grenz-Abgasrückführungsverhältnis noch nicht erreicht worden ist, und das Abgasrückführungsverhältnis wird erhöht (in dem Schritt 63). Wenn der Wert VP größer ist als der Wert V*, so wird festgestellt, daß das Grenz-Abgasrückführungsverhältnis überschritten worden ist, und das Abgasrückführungsverhältnis wird verringert (in dem Schritt 62). Die neu bestimmten Abgasrückführungsverhältnisse werden in dem Speicher gespeichert (in dem Schritt 64). Somit können die Steuerungen immer mit dem Abgasrückführungsverhältnis verwirklicht werden, das der Grenze am nahesten ist.
  • In Figur 23 ist ein Kontrollflußdiagramm für die in bezug auf die Figuren 20(a) bis (e) beschriebene Anordnung dargestellt. Der Wert VC wird eingelesen (in dem Schritt 65) und mit dem Bezugswert V* verglichen (in dem Schritt 66). Bei VC > V* wird das Abgasrückführungsverhältnis verringert (in dem Schritt 67). Bei VC ≤ V* wird das Abgasrückführungsverhältnis erhöht (in dem Schritt 68). Danach wird das Abgasrückführungsverhältnis an der Speicherstelle gespeichert (in dem Schritt 69), die dem Laufzustand zu diesem Zeitpunkt entspricht.
  • Die Verbrennung verschlechtert sich bei der vorliegenden Erfindung selbst dann nicht, wenn in einem Zylinder mehr Gas der Abgasrückführung gemischt wird, als wie dies bei dem dem Stand der Technik entsprechenden System möglich ist. Somit können der Kraftstoffverbrauch und die Stickoxidemissionen in den Abgasen drastisch reduziert werden.

Claims (7)

  1. -1. System zur Regelung der Abgasrückführung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wobei das System folgendes umfaßt:
    (a) einen Ansaugkanal (2), der so angeschlossen ist, daß er einer Brennkraftmaschine ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuführt;
    (b) einen Auspuffkanal (1), der so angeschlossen ist, daß er Abgase aus der Brennkraftmaschine ausstößt,
    (c) einen Abgasrückführungskanal (3) für die Zufuhr eines Teils der Abgase aus dem Auspuffkanal durch ein entsprechendes Verteilerrohr (22) für jeden der Motorzylinder, das in der Nähe eines Ansaugventils des entsprechenden Zylinders in den Ansaugkanal führt;
    (d) eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
    (e) eine Zeitgebereinrichtung, die sich in dem Abgasrückführungskanal befindet, um die Abgase mit vorbestimmter Zeitgebung und über einen vorbestimmten Zeitraum während den Hüben der Brennkraftmaschine zurückzuführen, so daß der genannte Teil der Abgase aus dem Auspuffkanal zusammen mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in laminarer Form jedem Zylinder zugeführt wird, so daß sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch in Nachbarschaft zu einer Zündkerze befindet, und wobei der genannte Teil der Abgase in dem Zylinder von der Zündkerze weg verteilt wird;
    (f) eine Steuereinrichtung (9) zur Erfassung des Rauheitsgrades der Brennkraftmaschine, um der Zeitgebereinrichtung in dem Rückführungskanal ein Steuersignal zur Steuerung der Rückflusses gemäß dem genannten Rauheitsgrad zuzuführen; und
    (g) wobei die genannte Zeitgebereinrichtung einen Verteiler (20) mit einer Mehrzahl von Auslaßanschlüssen umfaßt, die der Anzahl von Zylindern des Mehrzylindermotors entspricht, und mit einer Einrichtung (21), die in dem genannten Verteiler einen drehbaren Kanal definiert, um einen Einlaß des Verteilers so anzuschließen, daß dieser die genannten Abgase empfängt und um die Abgase einem der entsprechenden Auslässe zuzuführen, die mit den entsprechenden Verteilerrohren (22) verbunden sind.
  2. 2. System nach Anspruch 1, wobei der genannte Verteiler (20) so angeschlossen ist, daß er Abgase einem Zylinder synchron zu einem Ansaughub des genannten Zylinders und diesen Hub überlagernd zuführt.
  3. 3. System nach Anspruch 1, wobei der genannte Verteiler (20) so angeschlossen ist, daß er dem Zylinder Abgase zuführt, wobei eine erste Hälfte des Ansaughubs des genannten Zylinders überlagert wird.
  4. 4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rückführungsfluß-Erfassungseinrichtungen (Figur 17) so vorgesehen sind, daß sie den Rückführungsfluß der Abgase auf der Basis eines Lastsignals ermitteln, wenn die Abgase zurückgeführt werden, und eines Lastsignals, wenn die Abgase nicht zurückgeführt werden.
  5. 5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Abgasverhältnis aus den Ausgangssignalen eines Luftströmungssensors (7) und eines Ansaugleitungs-Drucksensors (50) berechnet wird.
  6. 6. System nach Anspruch 1, wobei jeder Zylinder des Motors zwei Einlaßventile aufweist, wobei von einem der Einlaßventile versetzt Locheinrichtungen vorgesehen sind, und wobei der genannte Rückführungskanal so angeschlossen ist, daß er die genannten Abgase den Locheinrichtungen zuführt, wodurch die Abgase in dem Zylinder laminiert werden.
  7. 7. System nach Anspruch 1, wobei das System ferner folgendes umfaßt:
    einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks der Ansaugleitung des Motors;
    einen Luftströmungsgeschwindigkeitssensor zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit der durch eine Drosselklappe fließenden Luft;
    eine Recheneinrichtung zur Berechnung:
    (i) des Völligkeitsgrades unter Vorhandensein einer Abgasrückführung durch den Drucksensor und den Luftströmungssensor; und
    (ii) des Völligkeitsgrades ohne Vorhandensein einer Abgasrückführung; und
    (iii) des Abgasrückführungsgrades aus einem Vergleich des Völligkeitsgrades unter Vorhandensein einer Abgasrückführung mit dem Völligkeitsgrad ohne Vorhandensein einer Abgasrückführung; und
    eine Einrichtung, die das berechnete Abgasrückführungsverhältnis so regelt, daß dieses einem vorbestimmten Zielwert entspricht.
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