DE69716754T2

DE69716754T2 - Luftzufuhrsystem für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69716754T2
Application number: DE69716754T
Authority: DE
Inventors: Gilles Dubos; Marc Zuber
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: EP0927298B1; FR2753488B1; FR2753488A1; DE69716754D1; EP0927298A1; WO1998012428A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Luft, sowie Verfahren zur Steuerung der Rückführungsmenge in einer Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Luft, insbesondere eines Dieselmotors (siehe zum Beispiel 6B-A- 22 79 769).
Es sind Anordnungen zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Luft bekannt, die eine Lufteinlassleitung aufweisen, die die Atmosphäre mit dem Einlasskrümmer des Motors verbindet, eine Abgasleitung aufweisen, die die Atmosphäre mit dem Abgaskrümmer des Motors verbindet, eine Abzweigleitung aufweisen, die die Einlassleitung mit der Abgasleitung unter Umgehung des Motors verbindet, einen Mengenmesser aufweisen, der in der Einlassleitung stromaufwärts der Stelle angeordnet ist, an der die Abzweigleitung in der Einlassleitung mündet, ein steuerbares Ventil aufweisen, das in die Abzweigleitung eingesetzt ist und einen Regler aufweisen zur Steuerung der Öffnung des Ventils als Funktion eines Vergleichs zwischen der vom Mengenmesser gemessenen Menge und einem Sollwert der Menge.
Der Mengenmesser dient dazu, die Rückführungsmenge zu messen. Er ist jedoch in der Einlassleitung angeordnet und nicht in der Abzweigleitung, da er darin verrussen würde. Da ausserdem diese Leitung von heissen Gasen durchströmt wird und der Mengenmesser sehr empfindlich auf hohe Temperaturen reagiert, können leicht falsche Messwerte abgegeben werden.
Die Anordnung des Mengenmessers in der Einlassleitung vermeidet zwar das Verrussen und die Einwirkung der hohen Temperaturen, weist jedoch dafür andere Nachteile auf. Für geringe Rückführungsmengen ist die Einlassmenge entsprechend gross, wobei ein Messfehler, der, ausgedrückt in %, für eine grosse Einlassmenge akzeptabel ist, hinsichtlich der Rückführungsmenge, ebenfalls ausgedrückt in %, zu gross wäre.
Ausserdem führt die Messung der Menge in einem Abstand von dem dadurch gesteuerten Ventil, das in die Abzweigleitung eingesetzt ist, zu einer hohen Trägheit der Messung für die tatsächlich die Abzweigleitung durchströmende Menge. Eine vollständige Schliessung des Ventils (und damit der Abzweigung) wird vom Mengenmesser, der dabei feststellt, dass die Einlassmenge gleich der Gesamtmenge ist, erst ungefähr eine Sekunde später gemessen.
Bei anderen älteren Anordnungen ist der Mengenmesser durch eine Vorrichtung zur Messung der Öffnung des Ventils ersetzt worden, die in der Nähe dieses Ventils angeordnet worden ist und zwar in der Abzweigleitung. Diese Anordnung reagiert jedoch auf Temperaturschwankungen (Ausdehnung) und auf Verrussen, wodurch Messfehler auftreten können.
Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Luft zu schaffen, die, ohne dass der Mengenmesser den heissen und mit Russ beladenen Gasen ausgesetzt wird, eine zuverlässige Steuerung auch kleiner Rückführungsmengen mit geringer Trägheit ermöglicht.
Erfindungsgemäss ist zu diesem Zweck vorgesehen, dass die Anordnung zur Versorgung mit Luft eine Vorrichtung zur Messung der Öffnung des Ventils und einen zusätzlichen Regler aufweist, der die Öffnung des Ventils steuert als Funktion eines Vergleichs zwischen der gemessenen Öffnung und einem Sollwert der Öffnung, sowie eine Vorrichtung aufweist um einen der beiden Regler dem anderen unterzuordnen oder um ihn von ihm zu befreien.
Da hierbei eine zusätzliche Steuerung der Öffnung des Ventils durch die Vorrichtung zur Messung der Öffnung des Ventils erfolgt, die in der Nähe dieses Ventils in der Abzweigleitung angeordnet ist, kann eine auch für kleine Rückführungsmengen oder für stark pulsierende Luftversorgungen zuverlässige Anordnung geschaffen werden, ohne dass der Mengenmesser der Einwirkung der heissen und mit Russ beladenen Gase ausgesetzt wird und dies mit geringer Trägheit.
Zur Erreichung dieses Ziels ist in vorteilhafter Weise eine automatische Vorrichtung zur Unterordnung/Freigabe vorgesehen, die es ermöglicht, dass der Regler, der die Regelung durchführt als Funktion der Messung der Vorrichtung zur Messung der Öffnung des Ventils bezüglich des anderen Reglers freigegeben wird, sodass die Steuerung ausschliesslich durch diesen Regler durchgeführt wird (Freigabe) oder dass eine Steuerung durch den Regler beibehalten wird, der die Steuerung als Funktion der vom Mengenmesser gemessenen Menge durchführt (Unterordnung).
Die Genauigkeit der Steuerung wird in dem Fall, in dem die Abzweigungsmengen zu kein sind, dadurch verbessert, dass die Steuerung von dem Regler durchgeführt wird, der von der Messung der Öffnung des Ventils ausgeht.
Die Erfindung schlägt ferner ein Verfahren zur Steuerung der Rückführungsmenge einer Anordnung zur Versorgung mit Luft vor, das darin besteht, eine Steuerung der Öffnung eines Ventils durchzuführen als Funktion eines Vergleichs zwischen der vom Mengenmesser gemessenen Menge und einem Sollwert der Menge, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass eine zusätzliche Steuerung der Öffnung des Ventils durchgeführt wird mittels eines Vergleichs zwischen einem Messwert der Öffnung, der von einer Vorrichtung zur Messung der Öffnung des Ventils stammt und einem Sollwert der Öffnung, wobei eine der Steuerungen der anderen untergeordnet wird.
Eine Verbesserung dieses Verfahrens besteht darin, die zusätzliche Steuerung durch die Messung der Öffnung der ersten Steuerung durch die Messung der Menge unterzuordnen.
Eine weitere Verbesserung dieses Verfahrens besteht darin, eine Möglichkeit vorzusehen, die zusätzliche Steuerung von der ersten Steuerung zu befreien, sodass die Öffnung des Ventils nur durch die Steuerung erfolgt, die auf der Messung der Öffnung beruht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nicht begrenzend ist, im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Einlassanordnung nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerung der Einlassanordnung nach Fig. 1.
In Fig. 1 versorgt eine Einlassleitung 1 den Einlasskrümmer 2 eines Motors 3 mit Frischluft. Eine Abgasleitung 4 verbindet den Abgaskrümmer 5 des Motors 3 mit der Atmosphäre. Eine Abzweigleitung 6 verbindet die Abgasleitung 4 mit der Einlassleitung 1 unter Umgehung des Motors 3. Ein Mengenmesser 7 ist derart angeordnet, dass er die Menge in der Einlassleitung 1 stromaufwärts der Stelle misst, an der die Abzweigleitung 6 in der Einlassleitung 1 mündet. Ein Ventil 8 mit steuerbarer Öffnung ist in die Abzweigleitung 6 eingesetzt, wobei die Öffnung dieses Ventils eine Regelung der vom Abgaskrümmer 5 in Richtung zum Einlasskrümmer 2 strömenden Rückführmenge ermöglicht. Ausserdem ist eine Vorrichtung 9 zur Messung der Öffnung des Ventils 8 vorgesehen. Die Vorrichtung 9 liefert einen Messwert bezüglich der Fläche der Öffnung durch Messung des Vorschubs eines Arretierstiftes, der eine direkte Funktion der Fläche der Öffnung des Ventils ist.
Aus dem Blockschaltbild gemäs Fig. 2 geht hervor, dass die Anordnung einen Automaten 10 und einen Schalter 11 aufweist, wobei der Schalter 11 zwei Eingänge und einen Ausgang enthält. Im leitenden Zustand, der in der Zeichnung dargestellt ist, ist der Ausgang des Schalters 11 mit einem ersten Regler 12 über ein Kabel 13a verbunden. Im geschlossenen Zustand des Reglers ist der Ausgang mit dem anderen Eingang des Schalters verbunden (Kurzschlussschaltung).
Das Umschalten des Schalters 11 vom leitenden Zustand in den geschlossenen Zustand und umgekehrt wird von dem Automaten 10 gesteuert.
Die Anordnung weist ausserdem einen Schalter 14 auf, der in der Zeichnung ebenfalls im leitenden Zustand dargestellt ist. Sein Ausgang ist mit einem zusätzlichen Regler 15 über ein Kabel 13c verbunden und einer seiner Eingänge ist mit dem Ausgang des Schalters 11 über ein Kabel 13b verbunden. Die Kabel 13a, 13b und 13c ermöglichen es dem Regler 12 den Regler 15 zu steuern, wobei der Sollwert für den Regler 15 gleich der Summe ist aus einem Sollwert der Öffnung des Ventils und dem Ausgangswert des übergeordneten Reglers 12.
Der Schalter 14 ist ferner mit einer Vorrichtung 16 verbunden, die mittels eines Steuerkabels in ähnlicher Weise wie oben beschrieben das Umschalten des Schalters 14 vom leitenden in den geschlossenen Zustand bewirkt.
Des weiteren ist ein Schalter 17 in der Anordnung vorgesehen, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Schalters 18 verbunden ist, während einer seiner Eingänge mit dem Regler 15 über ein Kabel 19a verbunden ist und sein anderer Eingang mit dem Regler 12 verbunden ist. Der Schalter 17 ist in derjenigen Stellung dargestellt, in dem er den Regler 15 mit dem Schalter 18 verbindet. In der anderen Stellung verbindet er den Regler 12 mit dem Schalter 18. Das Umschalten zwischen diesen beiden Stellungen wird durch eine Vorrichtung 20 und ein Kabel 21 gesteuert, das die Vorrichtung 20 mit dem Schalter 17 verbindet.
Der Ausgang des Schalter 18 ist schliesslich mit dem Ventil 8 verbunden und einer seiner Eingänge ist mit dem Ausgang des Schalters 17 verbunden, während der andere Eingang mit dem Eingang einer Kurzschlussschaltung verbunden ist. Das Umschalten zwischen der (in der Zeichnung dargestellten) leitenden Stellung in die geschlossene Stellung (in der der Eingang mit dem Ausgang kurzgeschlossen ist) erfolgt über eine Vorrichtung 22 und ein Kabel 25.
Die Vorrichtung 9 zur Messung der Öffnung des Ventils misst die Öffnung des Ventils und führt den Messwert dem Regler 15 zu (der ein PID-Regler oder ein analoger Regler ist), der einen Vergleich mit einem Sollwert der Öffnung des Ventils durchführt und das Ventil 8 über eines der Kabel 19a, 19b, 19c ansteuert.
Die Vorrichtung 20 zur Feststellung von Anomalien ist mit der Vorrichtung 9 zur Messung verbunden und unterbricht die Signalübertragung über die Kabel 19a,b,c mittels des Schalters 17, wenn sie eine Anomalie des Messwertes feststellt, insbesondere wenn der Messwert für die Öffnung ausserhalb eines vorgegebenen zulässigen Wertebereichs liegt. Dieser Bereich hängt von der Art des Ventils ab und entspricht demjenigen Bereich, in dem die Messwerte zuverlässig sind und damit einen normalen Betrieb des Ventils anzeigen.
Der Mengenmesser 7 führt dem Regler 12 einen Messwert bezüglich der Luftmenge zu, der vom Regler 12 (der ein PID- Regler oder ein analoger Regler ist) mit einem Sollwert der Luftmenge verglichen wird, der von der elektronischen Motorsteuerung stammt.
Als Funktion dieses Vergleichs steuert der Regler 12 den Regler 15, wobei ersterer der übergeordnete und letzterer der nachgeordnete Regler ist. Dies bedeutet, dass der nachgeordnete Regler 15 die Öffnung des Ventils entsprechend den Werten steuert, die ihm vom übergeordneten Regler 12 zugeführt werden, wobei diese Werte vom Regler 12 berechnet werden als Funktion des Sollwertes der Menge und der vom Mengenmesser gemessenen Menge. Die Übertragung der Steuerwerte zwischen dem nachgeordneten Regler 15 und dem übergeordneten Regler 12 erfolgt mittels der Kabel 13a,b,c.
Der Automat 10 für die Unterordnung/Freigabe steuert die Unterbrechung der Verbindung 13a,b,c mittels des Schalters 11 als Funktion des Sollwertes der Öffnung des Ventils.
Das bedeutet, dass in dem Fall, in dem der Sollwert der Öffnung des Ventils kleiner ist als ein Schwellwert, der von den Abmessungen der Leitungen und der Ventile abhängt und für den bekannt ist, dass die Messungen der Menge unzuverlässig sind, der Regler 15 freigegeben wird und damit unabhängig vom Regler 12 und allein die Öffnung des Ventils 8 steuert.
Eine Vorrichtung zur Pulsermittlung 24 zeigt ferner dem Automaten 10 an, wenn die pulsierende Luft in der Einlassleitung eine Frequenz besitzt, die oberhalb eines Schwellwertes der Frequenz liegt, sodass der Automat 10 in diesem Fall ebenfalls die Verbindung 13a,b,c unterbricht als Folge dieser Information, da eine Messung der Luftmenge für einen pulsierenden Luftstrom ab einer bestimmten Frequenz zu ungenau wäre, wobei diese Frequenz von den Abmessungen der Leitungen und der Mengen abhängt.
Eine Vorrichtung 16 zur Feststellung eines Fehlbetriebs überwacht die vom Mengenmesser 7 gemessene Menge, wobei in dem Fall, in dem die Menge einen vorgegebenen zulässigen Bereich verlässt, ausserhalb dessen die Messwerte des Mengenmessers unzuverlässig sind und einem Fehlbetrieb der Anordnung entsprechen würden, die Vorrichtung 16 den Schalter 14 betätigt, der damit die Verbindung zwischen den beiden Reglern unterbricht, sodass der Regler 15 allein die Steuerung des Ventils übernimmt.
Eine Vorrichtung 25 zur Feststellung von Kohärenzfehlern zwischen den Reglern 12 und 15 unterbricht die Kabelverbindung 19a,b,c und damit jegliche Steuerung mittels des Schalters 18, wenn die Differenz zwischen zwei Messwerten der Öffnung, von denen der eine aus einer Direktmessung stammt und der andere von der Menge abgeleitet ist, einen Wert oberhalb eines Schwellwertes aufweist, der vom Hersteller vorab festgelegt worden ist. In diesem Fall gibt es keine weitere Steuerung und der Fahrer kann zum Beispiel durch ein optisches Signal darüber informiert werden.

Claims

1. Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Luft, die eine Lufteinlassleitung (1) aufweist, die die Atmosphäre mit dem Einlasskrümmer (2) des Motors verbindet, eine Abgasleitung (4) aufweist, die die Atmosphäre mit dem Abgaskrümmer (5) des Motors verbindet, eine Abzweigleitung (6) aufweist, die die Einlassleitung mit der Abgasleitung unter Umgehung des Motors verbindet, einen Mengenmesser (7) aufweist, der in der Einlassleitung (1) stromaufwärts der Stelle angeordnet ist, an der die Abzweigleitung (6) in der Einlassleitung (1) mündet, ein steuerbares Ventil (8) aufweist, das in die Abzweigleitung (6) eingesetzt ist und einen ersten Regler (12) aufweist, der die Öffnung des Ventils (8) als Funktion eines Vergleichs zwischen der vom Mengenmesser (7) gemessenen Menge und einem Sollwert der Menge steuert, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (9) zur Messung der Öffnung des Ventils, durch einen zusätzlichen Regler (15), der die Öffnung des Ventils (8) steuert als Funktion eines Vergleichs zwischen der gemessenen, Öffnung und einem Sollwert der Öffnung und durch eine Vorrichtung um einen der beiden Regler (12, 15) dem anderen unterzuordnen oder um ihn von ihm zu befreien.

2. Anordnung zur Versorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Regler (15) dem ersten Regler (12) untergeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Automaten (10) zur Unterordnung/Freigabe aufweist, der die Freigabe des zusätzlichen Reglers (15) vom ersten Regler (12) ermöglicht (Freigabe) oder eine Rückkehr zur Regelung durch den ersten Regler (12) ermöglicht (Unterordnung).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Automat (10) zur Unterordnung/Freigabe den zusätzlichen Regler (15) freigibt wenn die von der Vorrichtung (9) gemessene Öffnung des Ventils kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist oder wenn die Einlassluft pulsiert mit einer Frequenz, die grösser ist als eine Grenzfrequenz.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25) zur Feststellung von Kohärenzfehlern zwischen den Reglern (12, 15), die eine Deaktivierung der beiden Regler (12, 15) steuert.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (20) zur Feststellung von Anomalien, die die Deaktivierung des zusätzlichen Reglers (15) steuert.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (16) zur Feststellung eines Fehlbetriebs, die die Deaktivierung des Reglers (15) steuert.

8. Verfahren zur Steuerung der Rückführungsmenge einer Anordnung zur Versorgung mit Luft, die eine Lufteinlassleitung (1) aufweist, die die Atmosphäre mit dem Einlasskrümmer (2) des Motors verbindet, eine Abgasleitung (4) aufweist, die die Atmospähre mit dem Abgaskrümmer (5) des Motors verbindet, eine Abzweigleitung (6) aufweist, die die Einlassleitung (1) mit der Abgasleitung (4) unter Umgehung des Motors verbindet, einen Mengenmesser (7) aufweist, der in der Einlassleitung (1) stromaufwärts der Stelle angeordnet ist, an der die Abzweigleitung (6) in der Einlassleitung (1) mündet und ein steuerbares Ventil (8) aufweist, das in die Abzweigleitung (6) eingesetzt ist, wobei es darin besteht, eine Steuerung der Öffnung des Ventils durchzuführen als Funktion eines Vergleichs zwischen der vom Mengenmesser gemessenen Menge und einem Sollwert der Menge, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem darin besteht, eine zusätzliche Steuerung der Öffnung des Ventils durchzuführen mittels eines Vergleichs zwischen einer Messung der Öffnung, die von einer Vorrichtung zur Messung der Öffnung des Ventils stammt und einem Sollwert der Öffnung und dass eine dieser Steuerungen der anderen untergeordnet wird.

9. Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 8, das darin besteht, dass die zusätzliche Steuerung durch die Messung der Öffnung der ersten Steuerung durch die Messung der Menge untergeordnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Möglichkeit vorzusehen, die zusätzliche Steuerung von der ersten zu befreien, sodass die Öffnung des Ventils nur durch die Steuerung auf grund der Messung der Öffnung durchgeführt wird.