Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung belrifft eine System zur
Abgasrückführung in einer Brennkraftmaschine.
2. Beschreibung des Stands der Technik
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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.
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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.
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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.
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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
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Vorgesehen ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
ein System zur Regelung der Abgasrückführung in einer
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wobei das System folgendes
umfaßt:
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(a) einen Ansaugkanal, der so angeschlossen ist, daß er
einer Brennkraftmaschine ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuführt;
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(b) einen Auspuffkanal, der so angeschlossen ist, daß er
Abgase aus der Brennkraftmaschine ausstößt;
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(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;
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(d) eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
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(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;
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(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
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(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.
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Zur Verwirklichung der obengenannten Aufgabe erfolgt die
Abgasverteilung in dem Zylinder bei der vorliegenden Erfindung
auf einheitliche Weise.
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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.
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In geeigneter Weise ermittelt die genannte Steuereinrichtung
einen maximal zulässigen Rückführungsfluß gemäß dem
Rauheitsgrad, um dadurch das genannte Steuersignal festzulegen.
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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.
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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.
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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.
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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
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Die Erfindung wird nachstehend in bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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Figur 1 in schematischer Form den Aufbau eines
Abgasrückführungssystems für einen Motor, um das Verständnis
der Erfindung zu erleichtern;
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Figur 2 in schematischer Form den Aufbau bei einem
Mehrzylindermotor;
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die Figuren 3(a) bis (e) und 4(a) und (b) Diagramme des
Funktionsprinzips;
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Figur 5 eine Abbildung des Abgasrückführungssystems (AGR);
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Figur 6 ein Kontrollflußdiagramm;
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Figur 7 den Aufbau eines erfindungsgemäßen
Abgasrückführungssystems;
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die Figuren 8 und 9(a) bis (e) Diagramme des Funktionsprinzips
des Aufbaus aus Figur 7;
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die Figuren 10 und 11 die erfindungsgemäße Anwendung eines
Zylinders mit einer Mehrzahl von Einlaßventilen;
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die Figuren 12(a) und (b) Graphikdiagramme des Prinzips zur
Bestimmung des Abgasrückführungsverhältnisses;
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Figur 13 ein Kontrollflußdiagramm für das Ausführungsbeispiel
aus Figur 12;
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die Figuren 14(a) und (b) Prinzipskizzen, die ein anderes
Verfahren zur Bestimmung des Abgasrückführungsverhältnisses
darstellen;
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die Figuren 15(a) und (b) graphische Kurvenformen, die das
Prinzip des Verfahrens aus den Figuren 14(a) und (b)
veranschaulichen;
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Figur 16 ein Kontrollflußdiagramm zur Berechnung des
Abgasrückführungsverhältnisses;
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Figur 17 ein kennzeichnendes Diagramm des
Abgasrückführungsverhältnisses und verschiedener anderer
Parameter;
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die Figuren 18(a) und (b) Graphikdiagramme der Ausgabe des O&sub2;-
Sensors;
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Figur 19(a) ein Schaltschema und
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die Figuren 19(b) bis (d) die durch die Ausgabe des O&sub2;-Sensors
erfaßte Rauheit;
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die Figuren 20(a) bis (e) Graphikdiagramme einer anderen
Methode zur Erfassung der Rauheit;
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Figur 21 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem
Abgasrückführungsverhältnis und den anderen Parametern zeigt;
und
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die Figuren 22 und 23 Kontrollflußdiagramme der Einschränkung
der Abgasrückführungsregelung.
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In den Figuren bezeichnen übereinstimmende Bezugsziffern die
gleichen Teile.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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):
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.