DE69912898T2

DE69912898T2 - Abgasrückführungsvorrichtung für Brennkraftmaschine und Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückführungsventils

Info

Publication number: DE69912898T2
Application number: DE69912898T
Authority: DE
Inventors: Jun Toyota-shi Takahashi; Hiroyuki Toyota-shi Mizuno; Hironao Toyota-shi Kishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: US6212881B1; EP0980970A3; EP0980970A2; EP0980970B1; KR20000017318A; JP3591317B2; KR100344719B1; DE69912898D1; JP2000064910A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsvorrichtung (EGR) für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückführungsventils. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technologie zur optimalen Aktivierung eines Abgasrückführungsventils, das in einem Rückführungskanal vorgesehen ist.
Eine typische Brennkraftmaschine hat eine Abgasrückführungsvorrichtung zur Reduzierung von Stickoxid im Abgas durch Rückführung eines Teils des Abgases aus einem Abgaskanal in einen Einlasskanal. Die Abgasrückführungsvorrichtung umfasst einen Rückführungskanal, der den Abgaskanal mit dem Einlasskanal verbindet und ein Abgasrückführungsventil, das im Rückführungskanal vorgesehen ist. Der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils muss fein gesteuert werden, um die Menge des rückgeführten Abgases zu optimieren. Ein typisches Abgasrückführungsventil ist ein Tellerventil, das eine Ventilspindel und einen Ventilkörper umfasst. Die Ventilspindel wird durch ein Stellglied in axialer Richtung bewegt. Der Ventilkörper ist am entfernten Ende der Ventilspindel befestigt und im Rückführungskanal angeordnet.
Wenn ein Abgasstrom durch den Rückführungskanal strömt, sammelt sich eine Ablagerung an einem Teil der im Rückführungskanal exponierten Ventilspindel an. Die angesammelte Ablagerung wird entfernt, wenn die Ventilspindel auf dem Dichtelement gleitet. Allerdings wird der Ventilkörper manchmal für einen längeren Zeitraum nur innerhalb eines kleinen Bereichs bewegt, ohne vollständig geöffnet zu werden. In diesem Fall gleitet nur ein begrenzter Bereich der Ventilspindel auf dem Dichtelement. Dadurch verbleibt die Ablagerung auf dem Teil der Spindel, der sich im Rückführungskanal befindet und nicht auf dem Dichtelement gleitet. Die verbleibende Ablagerung haftet fest an der Ventilspindel an. Die anhaftende Ablagerung kann nicht einfach entfernt werden, auch wenn der entsprechende Teil der Ventilspindel auf dem Dichtelement gleitet, wenn sich die Ventilspindel bewegt, um den Ventilkörper vollständig zu öffnen. Die anhaftende Ablagerung behindert eine gleichförmige Bewegung des Ventilkörpers und verhindert, dass das Abgasrückführungsventil genau gesteuert werden kann.
Um Ablagerungen auf der Ventilspindel zu verhindern, kann das Abgasrückführungsventil bei laufender Brennkraftmaschine zwangsweise vollständig geöffnet werden. Dies würde allerdings die Verbrennung in der Brennkraftmaschine verschlechtern, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verringert und die Abgaswerte verschlechtert würden. Aus diesem Grunde ist es problematisch, das Abgasrückführungsventil zu dem Zweck vollständig zu öffnen, um Ablagerungen auf der Ventilspindel zu entfernen, während die Brennkraftmaschine läuft.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Japanese Unexamined Patent Publication) No. 8-303307 veröffentlicht eine Vorrichtung, die ein Abgasrückführungsventil zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position bewegt, wenn eine Brennkraftmaschine gestoppt wird. Das Bewegen des Abgasrückführungsventils zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position beim Stoppen der Brennkraftmaschine entfernt Ablagerungen auf der Ventilspindel. Das bedeutet in anderen Worten, dass die Vorrichtung verhindert, dass Ablagerungen an der Ventilspindel anhaften.
Allerdings wird, wenn die Brennkraftmaschine wieder gestartet wird, unmittelbar nachdem sie gestoppt wurde, die Brennkraftmaschine mit dem weit geöffneten Abgasrückführungsventil gestartet. Dies verhindert, dass die Brennkammer ausreichend Sauerstoff erhält, wodurch das Starten der Brennkraftmaschine unzufriedenstellend wird.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Japanese Unexamined Patent Publication) No. 7-293355 veröffentlicht eine Vorrichtung, die ein Abgasrückführungsventil vollständig öffnet, wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird, um eine Brennkraftmaschine zu starten. Allerdings startet die Vorrichtung der Veröffentlichung No. 7-293355 genau wie die Vorrichtung der Veröffentlichung No. 8-303307 die Brennkraftmaschine mit dem weit geöffneten Abgasrückführungsventil und behindert dadurch das Starten der Brennkraftmaschine.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Abgasrückführungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Steuern eines Abgasrückführungsventils bereitzustellen, mit dem Ablagerungen auf einer Ventilspindel entfernt werden, ohne dabei den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu verschlechtern.
Um diese vorstehend genannte und weitere Aufgaben zu erfüllen und in Übereinstimmung mit dem Zweck dieser Erfindung wird eine Abgasrückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Brennkammer, einen Einlasskanal zum Zuführen von Luft in die Brennkammer, einen Abgaskanal zum Ausstoßen von Abgas aus der Brennkammer, einen Rückführungskanal, ein Abgasrückführungsventil, ein Stellglied und eine Steuerung. Der Rückführungskanal verbindet den Abgaskanal mit dem Einlasskanal, um einen Teil des Abgases vom Abgaskanal in den Einlasskanal zuzuführen. Das Abgasrückführungsventil ist im Rückführungskanal vorgesehen und dient zum Einstellen der Menge des in den Einlasskanal rückgeführten Abgases. Fremdkörper im Abgas im Rückführungskanal haften an einem Teil des Abgasrückführungsventils an, der im Rückführungskanal exponiert ist. Das Stellglied verstellt den Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils entsprechend des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine. Die Steuerung zwingt das Abgasrückführungsventil vollständig zu öffnen, wenn eine vorbestimmte Bedingung für das vollständige Öffnen erreicht wird, während die Brennkraftmaschine läuft, wodurch die Fremdkörper vom exponierten Teil des Abgasrückführungsventils entfernt werden. Das Verhältnis der Menge des rückgeführten Abgases zur Menge der in die Brennkammer zugeführten Luft wird durch ein Rückführverhältnis dargestellt. Die Bedingung für das vollständige Öffnen ist eine Bedingung, bei der Schwankungen des Rückführverhältnisses innerhalb eines vorbestimmten Akzeptanzbereichs liegen müssen, wenn das Abgasrückführungsventil vollständig geöffnet ist.
Die vorliegende Erfindung kann auch als ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückführungsventils einer Brennkraftmaschine ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst die Einstellung des Öffnungsgrads des Abgasrückführungsventils entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine und das zwangsweise vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils, wenn eine vorbestimmte Bedingung für das vollständige Öffnen erreicht wird, während die Brennkraftmaschine läuft, wodurch die Fremdkörper vom exponierten Teil des Abgasrückführungsventils entfernt werden. Das Verhältnis der Menge des rückgeführten Abgases zur Menge der in die Brennkammer zugeführten Luft wird durch ein Rückführverhältnis dargestellt. Die Bedingung für das vollständige Öffnen ist eine Bedingung, bei der Schwankungen des Rückführverhältnisses innerhalb eines vorbestimmten Akzeptanzbereichs liegen müssen, wenn das Abgasrückführungsventil vollständig geöffnet ist.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Erklärung erkennbar, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird und anhand eines Beispiels das Prinzip der Erfindung darstellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Die Erfindung kann zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten anhand der nachstehenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
1 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit Zylinder-Direkteinspritzung und einer Abgasrückführungsvorrichtung entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführung;
2 ist eine schematische Schnittansicht eines Zylinders der Brennkraftmaschine aus 1;
3 ist eine Draufsicht der Oberseite eines Kolbens in der Brennkraftmaschine aus 1;
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der 2;
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der 2;
6 ist eine Schnittansicht, die ein Abgasrückführungsventil platziert in der Brennkraftmaschine der 1 darstellt;
7(A) ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das zur Auswahl einer Einspritzart verwendet wird;
7(B) ist eine Tabelle, die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse und Einspritzzeitpunkte in unterschiedlichen Einspritzarten zeigt;
8 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem Niederdrückgrad eines Gaspedals und dem Öffnungsgrad einer Drosselklappe zeigt;
9 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem Niederdrückgrad eines Gaspedals und der Kraftstoff-Einspritzmenge zeigt;
10 ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das zur Bestimmung einer Grund-Einspritzmenge verwendet wird;
11 ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das zur Bestimmung eines Zielöffnungsgrads eines Wirbelsteuerventils dient;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum vollständigen Öffnen eines Abgasrückführungsventils oder eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer ersten Ausführung zeigt;
13 ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das zur Berechnung des Öffnungsgrads eines Abgasrückführungsventils dient;
14 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer zweiten Ausführung zeigt;
15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer dritten Ausführung zeigt;
16 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer vierten Ausführung zeigt;
17 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer fünften Ausführung zeigt;
18 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer sechsten Ausführung zeigt;
19 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Unterroutine der Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend der sechsten Ausführung zeigt;
20 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer siebten Ausführung zeigt; und
21 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Zwangs-Vollöffnungsroutine entsprechend einer achten Ausführung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Nachstehend wird eine Brennkraftmaschine 1 mit Zylinder-Direkteinspritzung entsprechend einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung unter Verweis auf die 1 bis 13 beschrieben. 1 zeigt die Brennkraftmaschine 1 und eine Abgasrückführungsvorrichtung. Die Brennkraftmaschine 1 enthält einen Zylinderblock 2. Vier Zylinder 1a sind im Zylinderblock 2 geformt. Wie in den 1 bis 5 dargestellt, ist ein Kolben 3 reziprok in jedem Zylinder 1a untergebracht. Ein Zylinderkopf 4 ist an der Oberseite des Zylinderblocks 2 angeordnet. Eine Brennkammer 5 ist zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 in jedem Zylinder 1a definiert.
Jeder Zylinder 1a ist mit vier Ventilen versehen. Die vier Ventile umfassen ein erstes Einlassventil 6a, ein zweites Einlassventil 6b und zwei Auslassventile B. Das erste Einlassventil 6a ist entsprechend einer ersten Einlassöffnung 7a angeordnet, während das zweite Einlassventil 6b entsprechend einer zweiten Einlassöffnung 7b angeordnet ist. Auf die gleiche Art und Weise ist jedes der beiden Auslassventile 8 entsprechend einer Auslassöffnung 9 angeordnet. Das erste und das zweite Einlassventil 6a und 6b und die beiden Auslassventile 8 sind im Zylinderkopf 4 definiert.
Wie in 2 dargestellt, ist die erste Einlassöffnung 7a eine Spiralöffnung, die sich spiralförmig erstreckt. Die zweite Einlassöffnung 7b erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig. Eine Zündkerze 10 ist entsprechend jeder Brennkammer 5 im mittleren Bereich des Zylinderkopfs 4 angeordnet. Ein Kraftstoffeinspritzventil 11 ist in der Nähe jedes Satzes aus erstem und zweitem Einlassventil 6a und 6b an der Innenwand des Zylinderkopfes 4 angeordnet.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, ist ein im Wesentlichen kreisförmiger Teller 12 im oberen Bereich jedes Kolbens 3 geformt. Der Teller 12 erstreckt sich von direkt unterhalb des Kraftstoffeinspritzventils 11 bis direkt unterhalb der Zündkerze 10. Eine halbkugelförmige Schale 13 ist im Zentrum des Tellers 12 geformt. Eine bogenförmige Vertiefung 14 ist zwischen dem Teller 12 und der Schale direkt unterhalb der Zündkerze 10 geformt.
Wie in 1 dargestellt, sind die erste und die zweite Einlassöffnung 7a, 7b jedes Zylinders 1a an einen Druckausgleichsbehälter 16 über einen ersten Einlasskanal 15a beziehungsweise einen zweiten Einlasskanal 15b angeschlossen. Der erste und der zweite Einlasskanal 15a, 15b erstrecken sich durch einen Einlassverteiler 15 hindurch. Ein Wirbelsteuerventil 17 ist in jedem zweiten Einlasskanal 15b angeordnet. Die Wirbelsteuerventile 17 sind an einen Motor 19 (einen Gleichstrommotor oder Schrittmotor) über eine gemeinsame Welle 18 angeschlossen. Der Motor 19 wird über einen elektronischen Regler (elektronisches Steuergerät ECU) 30 gesteuert. Der Druckausgleichsbehälter 16 ist an einen Luftfilter 21 über einen Einlasskrümmer 20 angeschlossen. Eine Drosselklappe 23, die durch einen Motor 22 (einen Gleichstrommotor oder Schrittmotor) betätigt wird, ist im Einlasskrümmer 20 angeordnet.
Die Abgasöffnungen 9 jedes Zylinders 1a sind an einen ersten Dreiwegekatalysator 9b über eine Auslassöffnung 9 angeschlossen. Das bedeutet in anderen Worten, dass jeder Zylinder 1a an einen der vier ersten Dreiwegekatalysatoren 9b angeschlossen ist. Die in Strömungsrichtung vorn liegenden Dreiwegekatalysatoren 9b sind an einen Abgaskrümmer 24 angeschlossen. Ein in Strömungsrichtung hinterer Dreiwegekatalysator 24a ist an der in Strömungsrichtung hinteren Seite des Abgaskrümmers 24 angeschlossen. Die in Strömungsrichtung vorn liegenden Dreiwegekatalysatoren 9b sind Dreiwegekatalysatoren normalen Typs. Der in Strömungsrichtung hinten liegende Dreiwegekatalysator 24a ist ein Stickoxid-Okklusions-Reduktions-Katalysator. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hoch ist, das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager ist, steigt die Menge des Stickoxids im Abgas an und die in Strömungsrichtung vorn liegenden Dreiwegekatalysatoren 9b können nicht das gesamte Stickoxid reduzieren. In diesem Fall adsorbiert und speichert der in Strömungsrichtung hinten liegende Dreiwegekatalysator 24a Stickoxid, wodurch das Stickoxid am Entweichen in die Atmosphäre gehindert wird. Wenn der in Strömungsrichtung hinten liegende Katalysator 24a annähernd mit Stickoxid gesättigt ist, wird Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt. Das bedeutet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweilig abgesenkt wird, um das Stickoxid zu reduzieren, das in dem in Strömungsrichtung hinten liegenden Katalysator 24a okkludiert wurde, wodurch die Menge des adsorbierten Stickoxids verringert wird.
Der Abgaskrümmer 24 ist an den Druckausgleichsbehälter 16 über einen Rückführungskanal 29a angeschlossen. Der Rückführungskanal 29a führt einen Teil der Abgase aus dem Abgaskrümmer in den Druckausgleichsbehälter 16 zurück. Ein Abgasrückführungsventil 29 ist im Rückführungskanal 29a angeordnet.
Der Regler 30, der ein digitaler Computer ist, führt verschiedene Steuervorgänge durch, wie beispielsweise eine Verbrennungssteuerung der Brennkraftmaschine 1 und die Öffnungsgradsteuerung des Abgasrückführungsventils 29. Obgleich in den Zeichnungen nicht abgebildet, umfasst der Regler 30 einen Zentralprozessor (CPU), einen Festspeicher (ROM), einen Standby-Arbeitsspeicher (RAM), einen Signaleingang, einen Signalausgang, einen Analog-Digital-Wandler und verschiedene Treiber, die miteinander über einen bidirektionalen Bus verbunden sind.
Ein Gaspedal 25 ist an einen Gaspedalsensor 2b angeschlossen. Wenn der Fahrer das Gaspedal 25 niedertritt, erzeugt der Gaspedalsensor 26 eine Spannung proportional zum Grad des Niedertretens oder der Position des Gaspedals 25 und gibt die Spannung an den Regler 30 aus.
Ein Oberer-Totpunkt-Sensor 27 erzeugt ein Impulssignal, wenn der Kolben in einem bestimmten Zylinder 1a während des Einlasshubs seinen oberen Totpunkt erreicht und gibt das Signal an den Regler 30 aus. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 28 erzeugt jedes Mal ein Impulssignal, wenn eine Kurbelwelle (nicht abgebildet) der Brennkraftmaschine um beispielsweise dreißig Grad rotiert. Die CPU 30 berechnet den Kurbelwellenwinkel auf der Basis der Impulse der Sensoren 27, 28 und berechnet die Motordrehzahl auf der Basis der Impulse vom Kurbelwellenwinkelsensor 28.
Ein Wirbelsteuerventil-Sensor 19a ist an einem Ende der Welle 18 angebracht. Der Wirbelsteuerventil-Sensor 19a erzeugt eine Spannung proportional zum Öffnungsgrad der Wirbelsteuerventile 17 und gibt die Spannung an den Regler 30 aus. Ein Einlassdrucksensor 39 erzeugt eine Spannung proportional zum Ansaugdruck PM (Absolutdruck) und gibt die Spannung an den Regler 30 aus. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 ist im Abgaskrümmer 24 angeordnet. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 41 erzeugt eine Spannung proportional zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis und gibt die Spannung an den Regler 30 aus. Der Regler berechnet die Fahrstrecke des Fahrzeugs auf der Basis von Daten von einem Wegstreckenzähler 32.
Der Regler 30 steuert die Kraftstoffeinspritzventile 11, die Motoren 19, 22 und das Abgasrückführungsventil 29 anhand der vorstehend beschriebenen Sensoren optimal.
Als Nächstes wird die Struktur des Abgasrückführungsventils 29 unter Verweis auf 6 beschrieben. Das Abgasrückführungsventil 29 ist ein elektrisch gesteuertes Ventil zum Steuern einer Flüssigkeitsströmung. Das Gehäuse des Abgasrückführungsventils 29 umfasst einen oberen Gehäuseteil 54, einen unteren Gehäuseteil 58 und einen mittleren Gehäuseteil 60, der zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseteil 54, 58 angeordnet ist. Ein Schrittmotor 52 ist am oberen Gehäuseteil 54 mit einer Platte 52b angebracht. Der Schrittmotor 52 hat einen Steckkontakt 52a. Der Steckkontakt 52a hat Anschlüsse 92. Die Gehäuseteile 54, 58, 60 und die Platte 52b sind mit einer Schraube 62 aneinander befestigt.
Der untere Gehäuseteil 58 hat einen Einlass 64 und einen Auslass 66. Der Einlass 64 ist an den in Strömungsrichtung vorderen Bereich des Rückführungskanals 29a angeschlossen und der Auslass 66 ist an den in Strömungsrichtung hinteren Bereich des Rückführungskanals 29a angeschlossen. Der Einlass 64 und der Auslass 66 sind durch eine Ventilkörperkammer 68 verbunden, die im unteren Gehäuseteil 58 definiert ist. Die Ventilkörperkammer 68 enthält einen Ventilkörper 56. Der Ventilkörper 56 wird axial bewegt. Der Ventilkörper 56 ist ein Tellerventil, das nach innen öffnet, und enthält eine Ventilspindel 56a und einen Ventildichtkörper 56b. Der Ventildichtkörper 56b ist am unteren Ende der Ventilspindel 56a befestigt. Der Ventildichtkörper 56b hat eine angefaste Fläche 56c, die auf der Unterseite geformt ist.
Eine Durchgangsloch 60d ist im mittleren Gehäuseteil 60 geformt. Ein Dichtelement 70 und ein Anschlag 72 sind im Durchgangsloch 60d angeordnet. Die Ventilspindel 56a erstreckt sich durch ein Loch 70a, das im Dichtelement 70 geformt ist, und ein Loch 72b, das im Anschlag 72 geformt ist. Zwischen der Ventilspindel 56a und den Löchern 70a, 72b besteht nur ein geringer Abstand. Ein kreisförmiger Ventilsitz 74 ist am unteren Gehäuseteil 58 zwischen dem Einlass 64 und der Ventilkörperkammer 68 angebracht. Wenn die Ventilspindel 56a axial bewegt wird, wird die Ventilfläche 56c des Ventildichtkörpers 56b näher an den Ventilsitz 74 herangebracht oder davon entfernt.
Eine Federkammer 60a ist im mittleren Gehäuseteil 60 definiert. Die Ventilspindel 56a erstreckt sich vom unteren Gehäuseteil 58 in die Federkammer 60a. Ein runder Scheibensitz 76 ist am oberen Ende der Ventilspindel 56a befestigt. Eine Ventilfeder 78 ist zwischen dem Federsitz 76 und der Unterfläche des oberen Gehäuseteils 54 angeordnet. Die Feder 78 drückt den Ventilkörper 56 nach unten oder in einer Richtung zum Ventilsitz 74 hin. Ein Vorsprung 76a ist am Umfang des Scheibensitzes 76 vorgesehen. Eine Vertiefung 60b ist an der Innenwand der Federkammer 60a geformt. Die Vertiefung 60 erstreckt sich in Richtung der Ventilspindel 56a. Der Vorsprung 76b greift in die Vertiefung 60b ein und wird von dieser geführt, wodurch ein Drehen des Federsitzes 76 und der Ventilspindel 56 verhindert wird.
Der Schrittmotor 52 enthält einen Rotor 80 und obere und untere Statoren 82. Die Achse des Rotors 80 ist mit der Achse der Ventilspindel 56a ausgerichtet. Die Statoren 82 befinden sich um den Rotor 80 herum. Der Rotor 80 hat einen zylindrischen Halter 80a und einen zylindrischen Permanentmagneten 80b, der um den Halter 80a herum angeordnet ist. Der Permanentmagnet 80b enthält Nordpole und Südpole, die in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Eine Rotorwelle 86 ist in den Halter 80a eingesetzt. Der Rotor 80 rotiert zusammen mit der Rotorwelle 86. Ein Tragezylinder 54a erstreckt sich so vom oberen Gehäuseteil 54 nach oben, dass er die Rotorwelle 86 umgibt. Die Rotorwelle 86 ist drehbar auf dem Tragezylinder 54a mit einem Lager 84 befestigt.
Ein Außengewinde 86a ist am entfernten Ende der Rotorwelle 86 geformt. Das Außengewinde 86a erstreckt sich durch den Tragezylinder 54a, ein Loch 54b im oberen Gehäuseteil 54 und die Federkammer 60a des mittleren Gehäuseteils 60.
Ein im Wesentlichen zylindrischer Ventilantrieb 88 ist auf das Außengewinde 86a aufgeschraubt. Der Ventilantrieb 88 enthält einen Innengewindebereich 88a. Der Innengewindebereich ist auf das Außengewinde 86a der Welle 86 aufgeschraubt und in das Loch 54b des oberen Gehäuseteils 54 eingesteckt. Der Ventilantrieb 88 umfasst ebenfalls einen Beinbereich 88b, der an den Federsitz 76 gekoppelt ist. Der Federsitz 76 rotiert relativ zum Ventilantrieb 88 nicht, kann sich aber axial relativ zum Ventilantrieb 88 bewegen.
Eine Feder 90 ist zwischen dem Federsitz 76 und dem Ventilantrieb 88 vorgesehen. Die Feder 90 drückt den Federsitz 76 vom Ventilantrieb 88 weg und bestimmt dadurch die axiale Position des Federsitzes 76 relativ zum Ventilantrieb 88. Eine Rotation der Rotorwelle 86 veranlasst den Ventilantrieb 88, den Federsitz 76 und den Ventilkörper 56 zu einer gemeinsamen Bewegung in axialer Richtung. Falls ein Fremdkörper zwischen dem Ventildichtkörper 56b und dem Ventilsitz 74 eingeklemmt wird, wenn sich der Ventildichtkörper 56b in Richtung des Ventilsitzes 74 bewegt, zieht sich die Feder 90 zusammen, um dem Ventil 56 und dem Federsitz 76 eine axiale Bewegung relativ zum Ventilantrieb 88 zu ermöglichen. Dies verhindert, dass der Schrittmotor 52 unzulässige Kräfte, verursacht durch den Fremdkörper, aufnimmt, wodurch die Lebensdauer des Schrittmotors 52 verbessert wird.
Jeder Stator 82 umfasst als Beispiel drei Sätze von Adern und ist an die Anschlüsse 92 im Steckkontakt 52a angeschlossen. Wenn er ein Impulssignal vom Regler 30 über die Anschlüsse 92 empfängt, rotiert der Schrittmotor 52 abhängig vom angelegten Impuls in die eine oder die andere Richtung. Dementsprechend wird der Ventilkörper 56 axial durch die Rotorwelle 86 und den Ventilantrieb 88 bewegt, welche die Öffnung des Ventilkörpers 56 steuern.
Der Anschlag 72 hat eine im Wesentlichen tassenförmige Gestalt. Wenn er Kontakt zum Ventildichtkörper 56b hat, definiert der Anschlag 72 die obere Endposition oder die maximale Öffnung des Ventildichtkörpers 56b. Darüber hinaus entfernt der Anschlag 72 Fremdkörper von der Oberfläche der Ventilspindel 56a und hindert dadurch Fremdkörper am Erreichen des Dichtelements 70 und der Federkammer 60a. Der Anschlag 72 ist aus einem wärmebeständigen Werkstoff hergestellt, wie beispielsweise nichtrostendem Stahl. Das untere Ende 72a des Anschlags 72 liegt dem Ventildichtkörper 56b gegenüber. Ein Loch 72b ist im unteren Ende 72a geformt. Der Durchmesser des Loches 72b ist etwas größer als der Durchmesser der Ventilspindel 56a. Wenn die Ventilspindel 56a axial bewegt wird, entfernt die innere Oberfläche des Loches 72b Fremdkörper wie beispielsweise Ablagerungen von der Oberfläche der Ventilspindel 56a.
Zwei Nippel 94 stehen aus dem mittleren Gehäuseteil 60 hervor. In 6 liegen die Nippel 94 in der gleichen Ebene, weshalb nur einer sichtbar ist. Jeder Nippel 94 ist mit der Federkammer 60a über einen Kühlflüssigkeitskanal 60c verbunden. Die Nippel 94 leiten Kühlflüssigkeit in die Federkammer 60a hinein und aus dieser heraus, wodurch der mittlere Gehäuseteil 60 und der Ventilkörper 56 gekühlt werden. Das Kühlmittel verhindert einen negativen Einfluss der hohen Temperatur des Abgases auf den Schrittmotor 52.
Als Nächstes wird die Verbrennungssteuerung durch den Regler 30 beschrieben. Der Regler 30 wählt eines von vier Brennverfahren R1, R2, R3 oder R4 auf der Basis der Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE und einer Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL entsprechend dem Kennfeld aus 7(A) aus. Die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL ist ein Wert, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und ist optimiert, um das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine 1 auf einen Zielwert einzustellen. Die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL wird bestimmt auf der Basis der Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine 1 wie beispielsweise der Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE und dem Niederdrückgrad ACCP des Pedals 25. Die Werte QQl, QQ2 und QQ3 sind Grenzwerte der Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL, bei denen das Brennverfahren zwischen R1, R2, R3 und R4 umgeschaltet wird. Die Werte QQl, QQ2 und QQ3 sinken, wenn die Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE ansteigt.
Wie in 7(B) gezeigt, ist, wenn eine der ersten drei Einspritzarten R1 bis R3 durchgeführt wird, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen höher als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das bedeutet in anderen Worten, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer gemacht wird. Allerdings wird, wenn der Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweilig abgesenkt. Wenn die vierte Einspritzart R4 durchgeführt wird, ist das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Allerdings kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine niedriger als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein. Wenn die erste Einspritzart R1 durchgeführt wird, wird Kraftstoff am Ende des Kompressionshubs des Kolbens 3 eingespritzt. Wenn die zweite Einspritzart R2 durchgeführt wird, wird Kraftstoff zweimal eingespritzt, einmal während des Ansaughubs und einmal am Ende des Kompressionshubs. Wenn die dritte Einspritzart R3 oder die vierte Einspritzart R4 durchgeführt wird, wird Kraftstoff während des Ansaughubs des Kolbens 3 eingespritzt.
8 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem Niederdrückgrad ACCP des Gaspedals 25 und dem Öffnungsgrad THROT der Drosselklappe 23 zeigt. Grenzwerte ACCP1, ACCP2, ACCP3 des Niederdrückgrads ACCP sind Werte, bei denen die Einspritzart zwischen R1 bis R4 umgeschaltet wird. In jeder Einspritzart R1 bis R4 steigt der Öffnungsgrad THROT der Drosselklappe 23 an, wenn der Niederdrückgrad ACCP zunimmt.
Wenn eine der ersten drei Einspritzarten R1 bis R3 durchgeführt wird, wird der Öffnungsgrad des Wirbelsteuerventils 17 verringert. Darüber hinaus ist das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den ersten drei Einspritzarten R1 bis R3 das hohe Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Deshalb wird in den der ersten drei Einspritzarten R1 bis R3 ein Wirbel S in der Brennkammer 5 (siehe 2) erzeugt.
9 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem Niederdrückgrad ACCP des Gaspedals 25 und der Kraftstoffeinspritzmenge zeigt, wenn die ersten drei Einspritzarten R1 bis R3 durchgeführt werden. Wenn die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL kleiner als der Grenzwert QQ1 ist, wird Kraftstoff am Ende des Kompressionshubs eingespritzt. Das bedeutet in anderen Worten, dass bei der ersten Einspritzart R1, in welcher der Niederdrückgrad ACCP kleiner als der Grenzwert ACCP1 ist, Kraftstoff am Ende des Kompressionshubs eingespritzt wird. Gleichzeitig wird die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, weil der Niederdrückgrad ACCP ansteigt. Der eingespritzte Kraftstoff trifft die Wandung der Schale 13 (siehe 3 und 4). Dann wird der Kraftstoff vergast und durch den Wirbel S verteilt, der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vertiefung 14 und der Schale 13 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Brennkammer 5 mit Ausnahme der Vertiefung 14 und der Schale 13 mit Luft gefüllt. Das Gemisch wird durch die Zündkerze 10 gezündet. Auf diese Art und Weise wird in der ersten Einspritzart R1 der Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt und eine Schichtladeverbrennung durchgeführt.
Wenn die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL zwischen dem Grenzwert QQ1 und dem Grenzwert QQ2 liegt, wird zweimal Kraftstoff eingespritzt. Das bedeutet in anderen Worten, dass bei Durchführung der zweiten Einspritzart R2 (wenn der Niederdrückgrad ACCP zwischen den Grenzwerten ACCP1 und ACCP2 liegt) Kraftstoff zweimal eingespritzt wird, einmal während des Ansaughubs und einmal während des Kompressionshubs. Der während des Ansaughubs eingespritzte Kraftstoff wird mit der Luft vermischt, die in die Brennkammer 5 einströmt, und bildet ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch. Am Ende des Kompressionshubs wird Kraftstoff in Richtung auf die Schale 13 und den Teller 12 eingespritzt, wodurch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem brennfähigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Vertiefung 14 und der Schale 13 erzeugt wird. Dieses Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze 10 gezündet und löst die Verbrennung des mageren Gemisches in der gesamten Brennkammer 5 aus. Auf diese Art und Weise wird in der zweiten Einspritzart R2 Kraftstoff im Ansaughub und im Kompressionshub eingespritzt. Das Brennverfahren der zweiten Einspritzart wird als Semi-Schichtladeverbrennung bezeichnet und liegt zwischen der Schichtladeverbrennung und der Homogenverbrennung.
Wenn die zweite Einspritzart R2 durchgeführt wird, wird weniger Kraftstoff eingespritzt als bei der dritten Einspritzzart R3 und der im Ansaughub eingespritzte Kraftstoff bildet in der gesamten Brennkammer 5 ein einigermaßen mageres Gemisch. Allerdings bleibt der Öffnungsgrad der Wirbelsteuerventile 17 während der zweiten Einspritzart R2 klein, wodurch ein starker Wirbel in der Brennkammer 5 erzeugt wird. Der Wirbel überträgt die gezündete Flamme schnell auf das gesamte magere Gemisch, wodurch ungeachtet des mageren Gemisches eine zufriedenstellende Verbrennung erfolgt. Die Menge des am Ende des Kompressionshubs eingespritzten Kraftstoffs ist ausreichend, wenn der Kraftstoff als Verbrennungsauslöser funktioniert. Aus diesem Grund ist, wie in 9 dargestellt, die Menge des während des Kompressionshubs eingespritzten Kraftstoffs unabhängig vom Niederdrückgrad ACCP des Gaspedals 25 konstant. Auf der anderen Seite nimmt die Menge des während des Ansaughubs eingespritzten Kraftstoffs zu, wenn der Niederdrückgrad ACCP zunimmt.
Wenn die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL zwischen dem Grenzwert QQ2 und dem Grenzwert QQ3 liegt, wird Kraftstoff während des Ansaughubs eingespritzt. Das bedeutet, dass bei Durchführung der dritten Einspritzart R3 (wenn der Niederdrückgrad ACCP zwischen den Grenzwerten ACCP2 und ACCP3 liegt) Kraftstoff während des Ansaughubs eingespritzt wird. Der eingespritzte Kraftstoff wird mit der Luft vermischt, die in die Brennkammer 5 einströmt, und bildet in der gesamten Brennkammer 5 ein brennfähiges homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze 10 gezündet und verbrannt. Auf diese Art und Weise wird in der dritten Einspritzart R3 Kraftstoff im Ansaughub eingespritzt und eine Homogenverbrennung oder eine Homogen-Magerverbrennung durchgeführt. Die Kraftstoffeinspritzmenge nimmt zu, wenn der Niederdrückgrad ACCP des Gaspedals 25 zunimmt.
Wenn die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL über dem Grenzwert QQ3 liegt, wird Kraftstoff während des Ansaughubs eingespritzt. Das bedeutet, dass bei Durchführung der vierten Einspritzart R4, in welcher der Niederdrückgrad ACCP größer als der Grenzwert ACCP3 ist, Kraftstoff genau wie in der dritten Einspritzart R während des Ansaughubs eingespritzt wird. Dadurch bildet sich in der Brennkammer 5 ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Zünden des homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisches startet eine Homogenverbrennung oder eine stöchiometrische Homogenverbrennung. Die Kraftstoffeinspritzmenge bei der stöchiometrischen Homogenverbrennung unterscheidet sich von der Magerverbrennungs-Kraftstoffeinspritzmenge. Der Regler 30 berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge der stöchiometrischen Homogenverbrennung auf der Basis einer Grund-Einspritzmenge QBS und eines Korrekturfaktors FAF. Die Grund-Einspritzmenge QBS wird auf der Basis des Ansaugdrucks PM im Druckausgleichsbehälter 16 und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE mit Bezug auf das Kennfeld aus 10 bestimmt. Der Korrekturfaktor FAF wird auf der Basis der Signale vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 41 bestimmt und wird verwendet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abzugleichen. Während das vierte Brennverfahren R4 durchgeführt wird, wird die Drosselklappenöffnung THROT erhöht, wenn der Niederdrückgrad ACCP erhöht wird, wie in 8 dargestellt.
Auf diese Art und Weise wird in der vierten Einspritzart R4 die Kraftstoffeinspritzung auf der Basis einer Kraftstoffeinspritzmenge gesteuert, die auf andere Art und Weise berechnet wird als die Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL. Allerdings muss die Einspritzart auf der Basis der Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL bestimmt werden. Aus diesem Grund wird, auch wenn die vierte Einspritzart R4 durchgeführt wird, die Berechnung der Magerverbrennungs-Einspritzmenge QL weitergeführt.
11 zeigt ein Kennfeld für die Bestimmung eines Ziel-Öffnungsgrads OP des Wirbelsteuerventils 17, wenn die vierte Einspritzart R4 durchgeführt wird. Der Ziel-Öffnungsgrad OP des Wirbelsteuerventils 17 nimmt zu, wenn der Ansaugdruck PM zunimmt, welcher der Last entspricht, die auf die Brennkraftmaschine wirkt. Der Ziel-Öffnungsgrads OP nimmt auch zu, wenn die Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE zunimmt. In einem Bereich T, in dem der Ansaugdruck PM und die Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE relativ groß sind, beträgt der Ziel-Öffnungsgrad OP 100%. Das bedeutet in anderen Worten, dass, wenn dies Motorlast groß ist und die Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE hoch ist, das Wirbelsteuerventil 17 vollständig geöffnet ist. Aus diesem Grund saugt die Brennkraftmaschine eine bedeutende Menge Luft an, wenn die Drehzahl und die Last groß sind, wodurch Pumpverluste verringert werden. Auf diese Art und Weise steuert das Wirbelsteuerventil 17 auch die Ansaugmenge.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils beschrieben. Dieses Verfahren wird vom Regler 30 durchgeführt. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das dieses Verfahren zeigt. Die Routine von 12 wird auf unterbrechende Art in vorbestimmten Intervallen durchgeführt.
Beim Starten der Routine stellt der Regler 30 fest, ob eine Vollständig-Offen-Markierung XEGR auf den Wert OFF (Aus) in Schritt S110 gesetzt ist. Die Vollständig-Offen-Markierung XEGR wird auf OFF (Aus) gesetzt, wenn der Zündschalter (nicht abgebildet) eingeschaltet ist, um die Brennkraftmaschine 1 zu starten, oder wenn der Regler 30 eingeschaltet wird. Die Vollständig-Offen-Markierung XEGR wird auf ON (Ein) gesetzt, wenn das Abgasrückführungsventil 29 zum ersten Mal während einer Fahrt der Brennkraftmaschine 1 vollständig geöffnet ist. Dabei entspricht eine Fahrt einem Zeitraum vom Starten der Brennkraftmaschine 1 bis zum Abschalten der Brennkraftmaschine 1. Sobald der Wert ON (Ein) anliegt, bleibt die Vollständig-Offen-Markierung XEGR auf ON (Ein), bis die Brennkraftmaschine 1 abgeschaltet wird, unabhängig vom Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils 29.
Wenn die Vollständig-Offen-Markierung XEGR in Schritt S110 auf OFF (Aus) steht, das heißt, wenn das Abgasrückführungsventil 29 während einer Fahrt der Brennkraftmaschine 1 noch nicht vollständig geöffnet gewesen ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S120. In Schritt S120 stellt der Regler 30 fest, ob die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge Q vom Kraftstoffeinspritzventil 11 zwischen dem niedrigsten Wert Q1 und dem höchsten Wert Q2 liegt. Die Kraftstoffeinspritzmenge Q entspricht der Last, die auf die Brennkraftmaschine 1 wirkt. Das Abgasrückführungsventil 29 kann vollständig geöffnet werden, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q im Bereich zwischen dem niedrigsten Wert Q1 und dem höchsten Wert Q2 liegt. Das bedeutet in anderen Worten, dass im Bereich zwischen den Werten Q1 und Q2 relativ große Fluktuationen des Rückführverhältnisses (Abgasrückführungsverhältnisses) den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 nicht negativ beeinflussen. Das Rückführverhältnis bezeichnet das Verhältnis zwischen der Menge der zurückgeführten Abgase zur Menge der Ansaugluft.
Wenn die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge Q zwischen dem niedrigsten Wert Q1 und dem höchsten Wert Q2 liegt, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S130. In Schritt S130 stellt der Regler 30 fest, ob die Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE zwischen dem niedrigsten Wert NEL und dem höchsten Wert NEH liegt. Im Bereich zwischen dem niedrigsten Wert NEL und dem höchsten Wert NEH kann das Abgasrückführungsventil 29 vollständig geöffnet werden. Das bedeutet in anderen Worten, dass im Bereich zwischen den Werten NEL und NEH relativ große Fluktuationen des Rückführverhältnisses (Abgasrückführungsverhältnisses) den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 nicht negativ beeinflussen.
Wenn die aktuelle Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE zwischen den Werten NEL und NEH liegt, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S140. In Schritt S140 stellt der Regler 30 fest, ob ein Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT des Abgasrückführungsventils 29 gleich einem oder kleiner als ein Referenzwert TEGR ist. Der Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT des Abgasrückführungsventils 29 wird auf der Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 berechnet. Genauer gesagt wird der Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE in Bezug auf ein Kennfeld aus 13 berechnet. Der Referenzwert TEGR ist kleiner als der maximale Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils 29. Wenn der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils 29 zwischen dem Referenzwert TEGR und dem maximalen Öffnungsgrad verändert wird, verändert sich das Rückführverhältnis nicht signifikant. In diesem Fall liegen die Fluktuationen des Rückführverhältnisses in einem akzeptablen Bereich.
Wenn der Grund-Zielöffnungsgrad EGRRRT gleich dem oder größer als der Referenzwert TEGR ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S150. In Schritt S150 stellt der Regler 30 fest, ob ein Zählwert EGRWOC einen Referenzwert Ti erreicht hat. Der Zählwert EGRWOC entspricht einer Zeitdauer, die von einem Zeitmesser in der CPU des Reglers 30 gemessen wird. Der Zählwert EGRWOC wird kontinuierlich schrittweise erhöht, solange der Regler 30 eingeschaltet ist.
Falls einer der Schritte S110 bis S140 mit NO (Nein) beurteilt wird, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190 und setzt den Zählwert EGRWOC auf Null zurück. Nach Schritt S190 geht der Regler 30 weiter zu Schritt S220. Wenn der Zählwert EGRWOC in Schritt S150 kleiner als der Referenzwert Ti ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S220. Das bedeutet in anderen Worten, dass der Regler 30 auch dann weiter zu Schritt S220 geht, wenn alle Schritte S110 bis S140 korrekt sind, bis dieser Zustand für den durch den Referenzwert Ti dargestellten Zeitraum angehalten hat.
In Schritt S220 korrigiert der Regler 30 den berechneten Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT entsprechend einer Funktion Fe, um einen Zielöffnungsgrad EGRREQ des Abgasrückführungsventils 29 zu erhalten. Danach unterbricht der Regler 30 die Verarbeitung zeitweilig. Der Regler 30 steuert den Schrittmotor 52 so an, dass das Abgasrückführungsventil 29 bis zum Zielöffnungsgrad EGRREQ geöffnet wird. Im Ergebnis wird die Öffnung des Abgasrückführungsventils 29 entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 eingestellt.
Wenn der Zählwert EGRWOC in Schritt S150 gleich dem oder größer als der Referenzwert Ti ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S160. Das bedeutet in anderen Worten, dass der Regler 30 weiter zu Schritt S160 geht, wenn alle Schritte S110 bis S140 während des durch den Referenzwert Ti dargestellten Zeitraums erfüllt sind. In Schritt S160 legt der Regler 30 einen maximalen Öffnungsgrad EGRMAX als Zielöffnungsgrad EGRREQ des Abgasrückführungsventils 29 fest. Im Ergebnis steuert der Regler 30 den Schrittmotor 52 so an, dass er das Abgasrückführungsventil 29 unabhängig von dem Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT, der auf der Basis des Kennfelds in 13 bestimmt worden ist, vollständig öffnet.
In einem anschließenden Schritt S170 stellt der Regler 30 fest, ob der aktuelle Öffnungsgrad EGRNOW des Abgasrückführungsventils 29 gleich dem oder größer als der maximale Öffnungsgrad EGRMAX ist. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad EGRNOW kleiner als der maximale Öffnungsgrad EGRMAX ist, stellt der Regler 30 fest, dass sich das Abgasrückführungsventil 29 gerade in die vollständig geöffnete Position bewegt und unterbricht die Verarbeitung zeitweilig. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad EGRNOW gleich dem oder größer als der maximale Öffnungsgrad EGRMAX ist, stellt der Regler 30 fest, dass das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 abgeschlossen ist und geht weiter zu Schritt S180. In Schritt S180 setzt der Regler 30 die Vollständig-Offen-Markierung XEGR auf ON (Ein) und unterbricht die Verarbeitung zeitweilig.
Die Vollständig-Offen-Markierung XEGR bleibt auf ON (Ein), solange die Brennkraftmaschine 1 weiterläuft. Dadurch ist die Bestimmung von Schritt S110 immer NO (Nein), wenn die Brennkraftmaschine 1 läuft. Aus diesem Grund werden, sobald das Abgasrückführungsventil 29 während einer Fahrt der Brennkraftmaschine 1 einmal vollständig geöffnet gewesen ist, nur die Schritte S190 und S220 wiederholt, und der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils 29 wird entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 gesteuert.
Die Ausführung gemäß den 1 bis 13 bietet die folgenden Vorteile:
Ob das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 die Verbrennung der Brennkraftmaschine 1 negativ beeinflusst, wird auf der Basis der Bestimmungen der Schritte S120 bis S140 festgestellt. Im Besonderen wird in Schritt S140 festgestellt, ob der Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT gleich dem oder kleiner als der Referenzwert TEGR ist. Abhängig von der Bestimmung in Schritt S140 stellt der Regler 30 fest, ob die Fluktuationen des Rückführverhältnisses in einem annehmbaren Bereich liegen werden, wenn das Abgasrückführungsventil 29 in die vollständig geöffnete Position bewegt wird. Wenn die Bestimmungen der Schritte S120 bis S140 alle mit YES (Ja) bestimmt werden, das heißt, wenn der Regler 30 feststellt, dass die Verbrennung der Brennkraftmaschine 1 nicht behindert wird, und wenn dieser Zustand für eine bestimmte Zeitdauer anhält, wird das Abgasrückführungsventil 29 zwangsweise vollständig geöffnet. Das bedeutet genauer gesagt, dass die Ventilspindel 56a angehoben wird, bis der Ventildichtkörper 56b an das untere Ende 72a des Anschlags 72 anstößt. Die Innenfläche des Lochs 72b im Anschlag 72 entfernt Ablagerungen von der Ventilspindel 56a. Darüber hinaus behindert die Entfernung der Ablagerungen den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 nicht.
Das Abgasrückführungsventil 29 ist vollständig geöffnet, wenn die Brennkraftmaschine 1 läuft. Aus diesem Grund und im Gegensatz zur früheren Technik, in der das Abgasrückführungsventil vollständig geöffnet wird, wenn die Brennkraftmaschine gestoppt ist, verschlechtert die Ausführung gemäß der 1 bis 13 nicht die Startbedingungen der Brennkraftmaschine 1.
Bei einer Fahrt der Brennkraftmaschine 1 wird das Abgasrückführungsventil 29, wenn es einmal zwangsweise vollständig geöffnet gewesen ist, nicht erneut zwangsweise vollständig geöffnet. Das verhindert, dass das Abgasrückführungsventil 29 häufig vollständig geöffnet ist, wodurch Verbrennungsfluktuationen durch das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 minimiert werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer zweiten Ausführung unter Verweis auf ein Ablaufdiagramm aus 14 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet. Die Ausführung gemäß 14 unterscheidet sich dahingehend von der Ausführung gemäß 12, dass der Schritt S135 zwischen den Schritten S130 und S140 eingefügt wurde.
In Schritt S135 stellt der Regler 30 fest, ob die Einspritzart entweder die erste Einspritzart R1 oder die zweite Einspritzart R2 ist. Das bedeutet in anderen Worten, dass der Regler 30 feststellt, ob Kraftstoff im Kompressionshub des Kolbens 3 eingespritzt wird. Wenn die Antwort YES (Ja) ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S140. Wenn die Antwort NO (Nein) ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190.
Wie bereits vorstehend unter Verweis auf die 8 und 9 beschrieben, wird bei Auswahl der ersten Einspritzart R1 oder der zweiten Einspritzart R2 eine Magerverbrennung durchgeführt und der Drosselklappenöffnungsgrad THROT ist für die Kraftstoffeinspritzmenge relativ groß. Kraftstoff wird deshalb im Kompressionshub eingespritzt, um die Brennfähigkeit zu verbessern und eine geschichtete Verbrennung durchzuführen.
In der Ausführung gemäß 14 wird das Abgasrückführungsventil 29 vollständig geöffnet, wenn der Schritt S135 zusätzlich zu den Schritten S110, S120, S130 und S140 erfüllt ist. Das bedeutet, dass das Abgasrückführungsventil 29 nur dann vollständig geöffnet wird, wenn eine Schichtladeverbrennung durchgeführt wird, bei der Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt wird. Bei der Schichtladeverbrennung ist die Menge der Ansaugluft relativ groß, wodurch die Fluktuationen des Rückführverhältnisses aufgrund der Änderung des Öffnungsgrads des Abgasrückführungsventils 29 unterdrückt werden. Aus diesem Grund verhindert die Ausführung gemäß 14 effektiv die Beeinflussung der Verbrennung durch das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29.
In einigen Fällen geben die Bestimmungen der Schritte S120 und S130 auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 aufgrund von Hysteresen nicht genau wieder. Allerdings ist in der Ausführung gemäß 14 der Schritt S135 hinzugefügt. Das bedeutet, dass die Frage, ob Kraftstoff im Kompressionshub eingespritzt wird oder nicht, als eine der Bedingungen für das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 verwendet wird, wodurch der Prozess optimiert wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer dritten Ausführung unter Verweis auf ein Ablaufdiagramm aus 15 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet. Die Ausführung gemäß 15 unterscheidet sich dahingehend von der Ausführung gemäß 12, dass die Schritte S132 und S134 zwischen den Schritten S130 und S140 eingefügt wurden.
In Schritt S132 stellt der Regler 30 fest, ob ein Betriebsartenwert NMODE gleich Null ist. Der Betriebsartenwert NMODE wird auf Null gesetzt, wenn eine Einspritzart zur Durchführung der geschichteten Einspritzung (die erste Einspritzart R1 oder die zweite Einspritzart R2) ausgewählt ist und kein Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt wird. Fettgemisch-Spitzenbetrieb bezieht sich auf einen Steuerungsvorgang zur Verringerung der Menge der angesaugten Luft zum Anfetten des Luft-Kraftstoff-Gemisches entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 (beispielsweise der Zeitdauer, in der ein Magerverbrennungsbetrieb durchgeführt wurde und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Magerverbrennung). Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn der Katalysator 24a annähernd mit Stickoxiden gesättigt ist, ein Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt. Das bedeutet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweilig abgesenkt wird, um das Stickoxid zu reduzieren, das in dem in Strömungsrichtung hinten liegenden Katalysator 24a okkludiert wurde, wodurch die Menge des adsorbierten Stickoxids verringert wird. Um den Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchzuführen, berechnet der Regler 30 kontinuierlich die Menge QZNOXCNT des Stickoxids, das in dem in Strömungsrichtung hinten liegenden Katalysator 24a adsorbiert wurde, auf der Basis der Zeitdauer, in der ein Magerverbrennungsbetrieb durchgeführt wurde, und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Magerverbrennung. Wenn die berechnete Menge QNOXCNT gleich einem oder größer als ein vorbestimmter akzeptabler Wert ist, führt der Regler 30 einen Fettgemisch-Spitzenbetrieb durch. Zu diesem Zeitpunkt ist der Betriebsartenwert NMODE auf einen Wert ungleich Null gesetzt.
Wenn der Betriebsartenwert NMODE in Schritt S132 nicht gleich Null ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190 und führt eine normale Abgasrückführungssteuerung entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 durch. Wenn der Betriebsartenwert NMODE in Schritt S132 gleich Null ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S134. In Schritt S134 stellt der Regler 30 fest, ob die adsorbierte Menge QNOXCNT gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Referenzwert XNOX ist. Der Referenzwert XNOX ist etwas kleiner als der Wert der für die Bestimmung verwendet wird, ob der Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt zu werden braucht. Wenn die adsorbierte Menge QNOXCNT den Bestimmungswert XNOX übersteigt, steht die Durchführung des Fettgemisch-Spitzenbetriebs unmittelbar bevor.
Wenn die adsorbierte Menge QNOXCNT größer als der Referenzwert XNOX ist, das heißt, wenn der Start des Fettgemisch-Spitzenbetriebs unmittelbar bevorsteht, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190. In Schritt S190 führt der Regler 30 eine normale Abgasrückführungssteuerung entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 durch. Wenn die adsorbierte Menge QNOXCNT gleich dem oder kleiner als der Referenzwert XNOX ist, das heißt, wenn noch eine relativ lange Zeit bis zur Durchführung des Fettgemisch-Spitzenbetriebs verbleibt, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S140.
In der Ausführung gemäß 12 öffnet der Regler 30 das Abgasrückführungsventil 29 vollständig, wenn die Schritte S110, S120, S130 und S140 erfüllt sind. Darüber hinaus öffnet der Regler 30 das Abgasrückführungsventil 29 in der Ausführung gemäß 15 vollständig, wenn gerade kein Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt wird und noch eine relativ lange Zeit bis zur Durchführung des Fettgemisch-Spitzenbetriebs verbleibt.
Während des Fettgemisch-Spitzenbetriebs wird die Menge der Ansaugluft verringert. Aus diesem Grund fluktuiert das Rückführverhältnis relativ stark aufgrund von Änderungen der Öffnung des Abgasrückführungsventils 29. In der Ausführung gemäß 15 wird das Abgasrückführungsventil 29 nicht vollständig geöffnet, wenn der Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt wird. Damit werden Fluktuationen des Rückführverhältnisses aufgrund von Änderungen der Öffnung des Abgasrückführungsventils 29 unterdrückt. Aus diesem Grund verhindert die Ausführung gemäß 15 zusätzlich die Beeinflussung der Verbrennung durch das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29.
Wenn der Steuervorgang zum vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 unmittelbar vor dem Starten des Fettgemisch-Spitzenbetriebs gestartet wird, wird der Steuervorgang zum vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 aufgrund einer Reaktionsverzögerung des Abgasrückführungsventils 29 vor dem Starten des Fettgemisch-Spitzenbetriebs manchmal nicht abgeschlossen werden. Deshalb wird in der Ausführung gemäß 15 die Steuerung für das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 nicht nur während des Fettgemisch-Spitzenbetriebs verhindert, sondern auch unmittelbar vor dem Starten des Fettgemisch-Spitzenbetriebs. Dadurch kann die Steuerung für das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 die Verbrennung nicht beeinflussen.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer vierten Ausführung unter Verweis auf ein Ablaufdiagramm aus 16 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet. Die Ausführung gemäß 16 unterscheidet sich dahingehend von der Ausführung gemäß 12, dass die Schritte S102, S104 und S106 vor dem Schritt S110 hinzugefügt wurden und dass der Schritt S182 nach dem Schritt S180 hinzugefügt wurde.
In Schritt S102 stellt der Regler 30 fest, ob eine Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI auf den Wert ON (Ein) gesetzt ist. Wenn die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI nicht ON (Ein) ist, stellt der Regler 30 fest, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht läuft und geht weiter zu Schritt S190. Wenn die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI ON (Ein) ist, stellt der Regler 30 fest, dass die Brennkraftmaschine 1 läuft und geht weiter zu Schritt S104.
In Schritt S104 beginnt der Regler 30, die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 1 zu messen. Die gemessene Zeitdauer CENG wird im Standby-Arbeitsspeicher (RAM) im Regler 30 gespeichert. Der Regler 30 fährt mit der Messung der Zeit fort, solange die Brennkraftmaschine 1 läuft. Wenn die Brennkraftmaschine 1 durch Abschalten des Zündschalters gestoppt wird, wird die gemessene Zeitdauer CENG nicht gelöscht. Die gemessene Zeitdauer CENG ist ein kumulierter Wert der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 1.
In einem anschließenden Schritt S106 stellt der Regler 30 fest, ob die gemessene Zeitdauer CENG gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert Tx ist. Wenn die gemessene Zeitdauer CENG kleiner als der Wert Tx ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190. Wenn die gemessene Zeitdauer CENG gleich dem oder größer als der Wert Tx ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S110 und führt den gleichen Ablauf durch wie in 12 dargestellt.
Wenn die Vollständig-Offen-Markierung XEGR in Schritt S180 auf den Wert ON (Ein) gesetzt ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S182 und setzt die gemessene Zeitdauer CENG auf Null zurück. Dadurch wird, nachdem das Abgasrückführungsventil 29 einmal vollständig geöffnet worden ist, das Abgasrückführungsventil 27 nicht mehr vollständig geöffnet, solange die kumulierte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 1 kleiner als der vorbestimmte Wert Tx ist.
Wie bereits bei der Ausführung gemäß 12 beschrieben, wird das Abgasrückführungsventil 29 bei jeder Fahrt der Brennkraftmaschine 1 einmal vollständig geöffnet. Wenn in einem kurzen Zeitraum viele Fahrten durchgeführt werden, kann das Abgasrückführungsventil 29 häufig vollständig geöffnet werden. Allerdings wird in der Ausführung gemäß 16, nachdem das Abgasrückführungsventil 29 vollständig geöffnet worden ist, das Abgasrückführungsventil 29 nicht mehr vollständig geöffnet, bis die kumulierte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 1 den vorbestimmten Wert Tx erreicht, wodurch verhindert wird, dass das Abgasrückführungsventil 29 zu häufig vollständig geöffnet wird. Das bedeutet in anderen Worten, dass das Abgasrückführungsventil 29 in geeigneten Zeitintervallen vollständig geöffnet wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer fünften Ausführung unter Verweis auf ein Ablaufdiagramm aus 17 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet. Die Ausführung gemäß 17 unterscheidet sich dahingehend von der Ausführung gemäß 12, dass die Schritte S202, S204 und S206 vor dem Schritt S110 hinzugefügt wurden und dass der Schritt S282 nach dem Schritt S180 hinzugefügt wurde.
In Schritt S202 stellt der Regler 30 wie in Schritt S102 aus 16 fest, ob eine Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI auf den Wert ON (Ein) gesetzt ist. Wenn die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI nicht ON (Ein) ist, stellt der Regler 30 fest, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht läuft und geht weiter zu Schritt S190. Wenn die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI ON (Ein) ist, stellt der Regler 30 fest, dass die Brennkraftmaschine 1 läuft und geht weiter zu Schritt S204.
In Schritt S204 beginnt der Regler 30, die Fahrstrecke des Fahrzeugs zu messen. Der Regler 30 misst die Fahrstrecke des Fahrzeugs auf der Basis der Signale des Wegstreckenzählers 32 (siehe 1) und speichert die gemessene Fahrstrecke CDIS im Standby-Arbeitsspeicher (RAM) im Regler 30. Solange die Brennkraftmaschine 1 läuft, wird die gemessene Fahrstrecke CDIS erhöht, wenn sich das Fahrzeug bewegt. Wenn die Brennkraftmaschine 1 durch Abschalten des Zündschalters gestoppt wird, wird die gemessene Fahrstrecke CDIS nicht gelöscht. Die gemessene Fahrstrecke CDIS ist ein kumulierter Wert der gefahrenen Strecke des Fahrzeugs.
In einem anschließenden Schritt S206 stellt der Regler 30 fest, ob die gemessene Fahrstrecke CDIS gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert Dx ist. Wenn die gemessene Fahrstrecke CDIS kleiner als der Wert Dx ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190. Wenn die gemessene Fahrstrecke CDIS gleich dem oder größer als der Wert Dx ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S110 und führt den gleichen Ablauf durch wie in 12 dargestellt.
In Schritt S180 geht, wenn die Vollständig-Offen-Markierung XEGR auf den Wert ON (Ein) gesetzt ist, der Regler 30 weiter zu Schritt S282 und setzt CDIS auf Null zurück. Dadurch wird, nachdem das Abgasrückführungsventil 27 einmal vollständig geöffnet worden ist, das Abgasrückführungsventil 27 nicht mehr vollständig geöffnet, solange die kumulierte Fahrstrecke des Fahrzeugs nicht den Wert Dx erreicht hat.
Wie vorstehend beschrieben, wird, nachdem das Abgasrückführungsventil 29 einmal vollständig geöffnet worden ist, das Abgasrückführungsventil 29 nicht mehr vollständig geöffnet, solange die kumulierte Strecke, die das Fahrzeug zurückgelegt hat, nicht den Wert Dx erreicht hat. Dadurch wird auch bei häufigen kurzen Fahrten das Abgasrückführungsventil 29 nicht häufig vollständig geöffnet. Das bedeutet in anderen Worten, dass das Abgasrückführungsventil 29 in geeigneten Intervallen vollständig geöffnet wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer sechsten Ausführung unter Verweis auf Ablaufdiagramme aus 18 und 19 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet.
In Schritt S302 aus 18 stellt der Regler 30 wie in Schritt S202 aus 17 fest, ob die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI auf den Wert ON (Ein) gesetzt ist. Wenn die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI nicht auf ON (Ein) gesetzt ist, stellt der Regler 30 fest, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht läuft und geht weiter zu Schritt S220. Wenn die Brennkraftmaschinen-Zustandsmarkierung XSTEFI auf ON (Ein) gesetzt ist, stellt der Regler 30 fest, dass die Brennkraftmaschine 1 läuft und geht weiter zu Schritt S304.
In Schritt S304 beginnt der Regler 30 mit einem Zählvorgang wie im Ablaufschema in 19 dargestellt. Wie in 19 dargestellt, führt der Regler 30 die Schritte S110, S120, S130 und S140 wie in der Ausführung gemäß 12 durch. Wenn mindestens einer der Schritte S110, S120, S130 und S140 nicht erfüllt ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S190 und setzt den Zählwert EGRWOC auf Null. In einem anschließenden Schritt S195 setzt der Regler 30 eine Zustandsmarkierung XCn auf OFF (Aus) und geht weiter zu Schritt S306 aus 18.
Wenn alle Schritte S110 bis S140 erfüllt sind, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S150 und stellt fest, ob der Zählwert EGRWOC gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert Ti ist. Wenn der Zählwert EGRWOC kleiner als der vorbestimmte Wert Ti ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S306 aus 18. Wenn der Zählwert EGRWOC gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert Ti ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S152. Das bedeutet in anderen Worten, dass, wenn alle Schritte S110 bis S140 für einen Zeitraum erfüllt sind, der dem Wert Ti entspricht, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S152.
In Schritt S152 stellt der Regler 30 fest, ob die Zustandsmarkierung XCn auf OFF (Aus) gesetzt ist. Wenn die Zustandsmarkierung XCn nicht auf OFF (Aus) gesetzt ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S306 aus 18. Wenn die Zustandsmarkierung XCn auf OFF (Aus) gesetzt ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S154 und erhöht einen Zählwert Cn um den Wert Eins. In einem anschließenden Schritt S156 setzt der Regler 30 die Zustandsmarkierung XCn auf ON (Ein) und geht weiter zu Schritt S306 aus 18.
Wenn alle Schritte S110 bis S150 erfüllt sind und die Zustandsmarkierung XCn auf OFF (Aus) gesetzt ist, wird der Zählwert Cn um den Wert Eins erhöht. Dann wird die Zustandsmarkierung XCn auf ON (Ein) gesetzt. Solange die Schritte S110 bis S150 erfüllt sind, nachdem der Zählwert Cn erhöht worden ist, bleibt die Zustandsmarkierung XCn auf ON (Ein) gesetzt. In diesem Zustand wird der Zählwert Cn nicht erhöht. Der Zählwert Cn wird erhöht, wenn die Schritte S110 bis S150 wieder erfüllt sind, nachdem mindestens einer der Schritte S110 bis S140 nicht erfüllt gewesen ist und die Zustandsmarkierung XCn in Schritt S195 auf OFF (Aus) gesetzt worden ist.
In Schritt S306 aus 18 stellt der Regler 30 fest, ob der Zählwert Cn gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert Kx ist. Der Wert Kx ist beispielsweise eine natürliche Zahl. Wenn der Zählwert Cn kleiner als der Wert Kx ist, geht der Regler 30 weiter zu Schritt S220 und steuert die Öffnung des Abgasrückführungsventils 29 entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1. Wenn der Zählwert Cn gleich dem oder größer als der Wert Kx ist, führt der Regler 30 die Schritte S160, S170 und S180 aus. Das bedeutet, wie bei der Ausführung gemäß 12 beschrieben, dass der Regler 30 das Abgasrückführungsventil 29 zwangsweise vollständig öffnet und die Vollständig-Offen-Markierung XEGR auf ON (Ein) setzt.
In einem anschließenden Schritt S382 setzt der Regler 30 den Zählwert Cn auf Null zurück und unterbricht die Verarbeitung zeitweilig.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Abgasrückführungsventil 29 nur dann vollständig geöffnet, wenn die Bedingungen für das vollständige Offnen des Abgasrückführungsventils 29 (Schritte S110 bis S150) erfüllt sind, bis die Routine so oft wiederholt worden ist, wie es dem Wert Kx entspricht. Dadurch kann das Zeitintervall zwischen den Vorgängen für das vollständige Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 entsprechend dem Typ der Brennkraftmaschine 1 angepasst werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der Vorgänge für das zwangsweise Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gesteuert werden, um die Verbrennung der Brennkraftmaschine 1 zu optimieren.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer siebten Ausführung unter Verweis auf Ablaufdiagramme aus 20 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet. Die Ausführung gemäß 20 unterscheidet sich dahingehend von der Ausführung gemäß 12, dass der Schritt S162 zwischen den Schritten S160 und S170 eingefügt wurde und der Schritt 5222 nach dem Schritt S220 hinzugefügt wurde.
In Schritt S222 empfängt der Regler 30 einen Drosselklappenöffnungsgrad THROT entsprechend des Kennfelds aus 8 und setzt den erhaltenen Öffnungsgrad THROT als Soll-Öffnungsgrad TRTREQ. Auf der anderen Seite addiert in Schritt S162 der Regler 30 einen vorbestimmten Wert α (α > 0) zum Drosselklappenöffnungsgrad THROT aus dem Kennfeld der 8 hinzu und setzt den erhaltenen Öffnungsgrad als Soll-Öffnungsgrad TRTREQ.
Das bedeutet, dass, wenn das Abgasrückführungsventil 29 zwangsweise vollständig geöffnet wird, die Drosselklappe 23 weiter geöffnet wird als dann, wenn das Abgasrückführungsventil 29 nicht voll geöffnet wird. Da bei einer weiteren Öffnung der Drosselklappe 23 die Ansaugluftmenge erhöht wird, wird die Fluktuation des Rückführverhältnisses aufgrund der Änderung des Öffnungsgrads des Abgasrückführungsventils 29 verringert, wodurch die Verbrennung verbessert wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 gemäß einer achten Ausführung unter Verweis auf Ablaufdiagramme aus 21 beschrieben. Die gleichen Schritte wie im entsprechenden Ablaufdiagramm aus 12 sind mit den gleichen Positionsnummern bezeichnet. Die Ausführung gemäß 21 unterscheidet sich dahingehend von der Ausführung gemäß 12, dass der Schritt S262 zwischen den Schritten S160 und S170 eingefügt wurde und der Schritt S322 nach dem Schritt S220 hinzugefügt wurde.
Der Regler 30 berechnet einen Einspritzzeitpunkt SA entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1. In Schritt korrigiert der Regler 30 den berechneten Einspritzzeitpunkt SA auf der Basis einer Funktion Fs, wodurch sich ein korrigierter Einspritzzeitpunkt Fs(SA) ergibt. Der Regler 30 setzt den korrigierten Einspritzzeitpunkt Fs(SA) als Soll-Einspritzzeitpunkt SAREQ. Auf der anderen Seite zieht in Schritt S262 der Regler 30 den Einspritzzeitpunkt Fs(SA) um einen Wert β (β > 0) vor und setzt das Ergebnis als Soll-Einspritzzeitpunkt SAREQ. Der Einspritzzeitpunkt entspricht einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle (nicht abgebildet) und das Vorziehen des Einspritzzeitpunkts um den Wert β entspricht einem Vorverlegen des Einspritzzeitpunkts.
Wie vorstehend beschrieben wird, wenn der Steuervorgang für das zwangsweise Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 durchgeführt wird, der Einspritzzeitpunkt um den Wert β vorverlegt im Verhältnis zu dem Zustand, wenn der Steuervorgang für das zwangsweise Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 nicht durchgeführt wird. Um eine zufriedenstellende Verbrennung zu erreichen, ist es empfehlenswert, den Einspritzzeitpunkt vorzuverlegen, wenn das des Rückführverhältnis zunimmt oder wenn der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils 29 zunimmt. In der Ausführung gemäß 21 wird der Einspritzzeitpunkt vorverlegt, wenn der Steuervorgang für das zwangsweise Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 durchgeführt wird, wodurch eine zufriedenstellende Verbrennung beibehalten wird.
Die vorliegende Erfindung kann alternativ in den folgenden Formen ausgeführt werden:
In Schritt S120 stellt der Regler 30 fest, ob die Kraftstoffeinspritzmenge Q, die der Last entspricht, die auf die Brennkraftmaschine 1 wirkt, zwischen dem niedrigsten Wert Q1 und dem höchsten Wert Q2 liegt. Statt der Kraftstoffeinspritzmenge Q kann der Regler 30 andere Werte nutzen, die der Last entsprechen, die auf die Brennkraftmaschine 1 wirkt, wie beispielsweise die Ansaugluftmenge, den Öffnungsgrad der Drosselklappe 23, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und den Ansaugdruck, und feststellen, ob dieser gewählte Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.
In Schritt S140 stellt der Regler 30 fest, ob ein Grund-Zielöffnungsgrad EGRRAT, der auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE berechnet wird, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Referenzwert TEGR ist. Allerdings kann der Regler 30 auch andere Werte wie beispielsweise den aktuellen Öffnungsgrad EGRNOW des Abgasrückführungsventils 29 oder den Soll-Öffnungsgrad EGRREQ verwenden und feststellen, ob dieser gewählte Wert gleich einem oder größer als ein bestimmter Referenzwert ist.
In der Ausführung gemäß 15 kann der Steuervorgang für das zwangsweise Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Abschluss des Fettgemisch-Spitzenbetriebs gesperrt werden.
Die Schritte S110 und S180 können entfallen. Das bedeutet in anderen Worten, dass der Steuervorgang für das zwangsweise Öffnen des Abgasrückführungsventils 29 mehr als einmal während jeder Fahrt durchgeführt werden kann.
Mindestens einer der Schritte S120 und S130 kann entfallen. Das bedeutet, dass nicht festgestellt wird, ob die Kraftstoffeinspritzmenge Q innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Alternativ kann darauf verzichtet werden, festzustellen, ob die Brennkraftmaschinen-Drehzahl NE innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Aus diesem Grund sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungen als beispielhaft zu betrachten und die Erfindung ist nicht auf die darin enthaltenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Gleichwertigkeit der anhängenden Ansprüche modifiziert werden.
Eine Abgasrückführungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Ein Teil des von Brennkammern (5) ausgestoßenen Abgases wird in die Brennkammern (5) über einen Rückführungskanal (29a) rückgeführt. Ein Abgasrückführungsventil (29) ist im Rückführungskanal (29a) vorgesehen und dient zur Steuerung der Menge des rückgeführten Abgases. Fremdkörper, die im Abgas im Rückführungskanal (29a) enthalten sind, haften an einer Ventilspindel (56a) des Abgasrückführungsventils (29) an, die im Rückführungskanal (29a) exponiert ist. Im Normalfall wird der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils (29) entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine gesteuert. Wenn der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils (29), der entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bestimmt wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist, stellt ein Regler (30) fest, dass das Rückführverhältnis innerhalb eines Akzeptanzbereichs bleibt, auch wenn das Abgasrückführungsventil (29) aus der aktuellen Position heraus vollständig geöffnet wird. Aus diesem Grund öffnet der Regler (30) das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig. Im Ergebnis werden die Fremdkörper von der Ventilspindel (56a) entfernt, ohne dass die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verschlechtert werden.

Claims

Eine Abgasrückführungsvorrichtung in einer Brennkraftmaschine bestehend aus: einer Brennkammer (5); einem Einlasskanal (16, 20) zum Zuführen von Luft in die Brennkammer (5); einem Abgaskanal (9a, 24) zum Ausstoßen von Abgas aus der Brennkammer (5); einem Rückführungskanal (29a), der den Abgaskanal (9a, 24) mit dem Einlasskanal (16, 20) verbindet, um einen Teil des Abgases vom Abgaskanal (9a, 24) in den Einlasskanal (16, 20) zuzuführen; einem Abgasrückführungsventil (29), das im Rückführungskanal (29a) vorgesehen ist, wobei das Abgasrückführungsventil (29) dazu dient, die Menge des in den Einlasskanal (16, 20) rückgeführten Abgases zu steuern, wobei Fremdkörper im Abgas im Rückführungskanal (29a) an einem Teil des Abgasrückführungsventils (29) anhaften, der im Rückführungskanal (29a) exponiert ist; und einem Regler (30) zum Einstellen des Öffnungsgrads des Abgasrückführungsventils (29) entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine; wobei der Mechanismus dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Regler (30) das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig öffnet, wenn eine vorbestimmte Bedingung für das vollständige Öffnen erreicht wird, während die Brennkraftmaschine läuft, und dabei die Fremdkörper vom exponierten Teil des Abgasrückführungsventils (29) entfernt werden, wobei das Verhältnis der Menge des rückgeführten Abgases zur Menge der in die Brennkammer (5) zugeführten Luft durch ein Rückführverhältnis dargestellt wird, und wobei die Bedingung für das vollständige Öffnen eine Bedingung ist, bei der Schwankungen des Rückführverhältnisses innerhalb eines vorbestimmten Akzeptanzbereichs liegen müssen, wenn das Abgasrückführungsventil (29) vollständig geöffnet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (30) entscheidet, dass die Bedingung für das vollständige Öffnen erfüllt ist, wenn der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils (29), der entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bestimmt wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2; dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung für das vollständige Öffnen es erfordert, dass die auf die Brennkraftmaschine wirkende Last innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Brennkraftmaschine wirkende Last durch die Menge des in die Brennkammer (5) zugeführten Kraftstoffs, die Menge der in die Brennkammer (5) zugeführten Luft, den Druck des Einlasskanals (16, 20), das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer (5) oder den Öffnungsgrad einer Drosselklappe (23) dargestellt wird, die im Einlasskanal (16, 20) vorgesehen ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung für das vollständige Öffnen es erfordert, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Brennverfahren durchführt, das aus einer Vielzahl von Brennverfahren ausgewählt wird, dass die Brennverfahren mindestens ein Schichtladebrennverfahren umfassen, bei dem das Gemisch in konzentrierter Form in der Brennkammer (5) verteilt wird, wobei die Bedingung für das vollständige Öffnen es erfordert, dass das Schichtladebrennverfahren durchgeführt wird.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Einspritzventil (11) aufweist, das Kraftstoff direkt in den Brennraum (5) einspritzt, wobei die Bedingung für das vollständige Öffnen es erfordert, dass das Einspritzventil (11) Kraftstoff in einem Kompressionshub einspritzt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysator (24a) im Abgaskanal (9a, 24) vorgesehen ist, um Stickoxid im Abgas zu adsorbieren, wobei, wenn der Katalysator (24a) annähernd mit Stickoxid gesättigt ist, die Brennkraftmaschine einen Fettgemisch-Spitzenbetrieb zum Verringern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und zur Reduktion des Stickoxids durchführt, wobei der Regler (30) den Vorgang des vollständigen Öffnens des Abgasrückführungsventils (29) verhindert, während der Fettgemisch-Spitzenbetrieb durchgeführt wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8; dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (30) den Vorgang des vollständigen Öffnens des Abgasrückführungsventils (29) für einen vorbestimmten Zeitraum vor einer Durchführung des Fettgemisch-Spitzenbetriebs oder für einen vorbestimmten Zeitraum nach einer Durchführung des Fettgemisch-Spitzenbetriebs verhindert:
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig geöffnet wird, der Regler (30) den Vorgang des vollständigen Öffnens des Abgasrückführungsventils (29) bis zum Ablauf einer vorbestimmten Sperrdauer verhindert.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10; dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrdauer eine Zeitdauer ist, die vom zwangsweise vollständigen Öffnen des Abgasrückführungsventils (29) bis zum Stopp der Brennkraftmaschine dauert.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10; dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrdauer durch einen Wert bestimmt wird, der während der Zeit des Laufens der Brennkraftmaschine kumuliert wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10; dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrdauer durch einen Wert bestimmt wird, der die Fahrstrecke darstellt, die ein durch die Brennkraftmaschine angetriebenes Kraftfahrzeug zurückgelegt hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13; dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (30) das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig öffnet, wenn die Bedingung für das vollständige Öffnen öfter als eine bestimmte Anzahl von Malen erfüllt worden ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14; dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhungsvorrichtung (23) zur Erhöhung der Menge der in die Brennkammer (5) zugeführten Luft vorgesehen ist, wenn das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig geöffnet worden ist.
Die Vorrichtung mach Anspruch 15; dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungsvorrichtung eine Drosselklappe (23) umfasst, die im Einlasskanal (16, 20) vorgesehen ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16; dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (30) zur Vorverstellung des Zündzeitpunkts vorgesehen ist, wenn das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig geöffnet worden ist.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückführungsventils (29) einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine einen Rückführungskanal (29a) enthält, um einen Teil des von der Brennkammer (5) ausgestoßenen Abgases in die Brennkammer (5) rückzuführen, das Abgasrückführungsventil (29) im Rückführungskanal (29a) vorgesehen ist, um die Menge des rückgeführten Abgases zu steuern, wobei Fremdkörper im Abgas im Rückführungskanal (29a) an einem Teil des Abgasrückführungsventils (29) anhaften, der im Rückführungskanal (29a) exponiert ist; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils (29), entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine gesteuert wird; und das Abgasrückführungsventil (29) zwangsweise vollständig geöffnet wird, wenn eine vorbestimmte Bedingung für das vollständige Öffnen erreicht wird, während die Brennkraftmaschine läuft, und dabei die Fremdkörper vom exponierten Teil des Abgasrückführungsventils (29) entfernt werden, wobei das Verhältnis der Menge des rückgeführten Abgases zur Menge der in die Brennkammer (5) zugeführten Luft durch ein Rückführverhältnis dargestellt wird, und wobei die Bedingung für das vollständige Öffnen eine Bedingung ist, bei der Schwankungen des Rückführverhältnisses innerhalb eines vorbestimmten Akzeptanzbereichs liegen müssen, wenn das Abgasrückführungsventil (29) vollständig geöffnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 18; dadurch gekennzeichnet, dass entschieden wird, dass die Bedingung für das vollständige Öffnen erfüllt ist, wenn der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils (29), der entsprechend des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bestimmt wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist.