Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer insbesondere seibstzündenden Brennkraftmaschine, die ein Kurbelgehäuse, zumindest einen Zylinder und einen Zylinderkopf mit einer Ansaugleitung und einer Abgas- leitung, die über eine Abgasrückführleitung verbindbar sind, aufweist, wobei die Abgasrückführrate von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 42 35 794 bekannt. Dabei ist gemäß diesem Dokument ein Regler vorgesehen, der ganz allgemein über eine Drossel und ein Absperrventil die Abgasrückführrate in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine regelt. Nähere Angaben zu den Betriebsparametern sind nicht gege- ben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, das/die die verschiedensten Einsatz- bedingungen einer Brennkraftmaschine berücksichtigen kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung ein Grundkennfeld über den Parametern „Brennkraftmaschinen-Drehzahl" und „je Arbeitsspiel zugeführte Kraftstoffmenge" aufweist und daß die Grundsignale des Grundkennfeldes durch Korrektursignale ab- gebende, bedarfsmäßig zuschaltbare Korrektureinrichtungen beeinflußbar sind. In dem Grundkennfeld sind über den zuvor genannten Parametern Kennlinien abgelegt, die die Grundsignale festlegen. Schon mit diesen Grundsignalen kann zumindest bei bestimmten Einsätzen der Brennkraftmaschine die Abgasrückführung gesteuert wer- den, wobei auch vorgesehen ist, daß beispielsweise bei einem Störfall durch beispielsweise defekte Sensoren für eine oder mehrere Korrektureinrichtungen ein "Notprogramm" nach den Grundsignalen gefahren wird. In den meisten Anwendungsfällen der Brennkraftmaschine wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Grundkennfeld durch Korrektursignale abgebende Korrektureinrichtungen bedarfsmäßig beeinflußt. So ist es vorteilhaft vorgesehen, in dem Grundkennfeld die Abgasrückführwerte allgemein für verschiedene Brennkraftmaschinen abzulegen, wobei dann diese Grundsignale je nach Bauart und Ausführung der Brennkraftmaschine (Zylinderzahl, einge- stellte Leistung usw.) und den nachfolgend beschriebenen sonstigen Korrektureinrichtungen beeinflußbar sind. Durch diese Ausbildung kann immer die gleiche Vorrichtung verwendet werden und die Teilevielfalt gering gehalten werden.
In Weiterbildung ist zunächst eine Verwendungs-Korrektureinrichtung vorgesehen, die ein Verwendungs-Korrektursignal abgibt, das dem Grundsignal multiplikativ aufgeschaltet wird. Diese Verwendungs- Korrektureinrichtung berücksichtigt also ganz allgemein den vorgegebenen Verwendungszweck der Brennkraftmaschine und legt hierfür Korrektursignale fest, mit denen die Grundsignale überlagert werden.
Mögliche Verwendungszwecke sind beispielsweise der Einsatz der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, einer landwirtschaftlichen Maschine einem Baufahrzeug oder einem Gerät.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Brennkraftmaschinen-Abnahme-Korrektureinrichtung vorgesehen, die ebenfalls entsprechende Korrektursignale abgibt. In diese Korrektureinrichtung werden folglich bei dem Abnahmelauf der Brennkraftmaschine nach deren Herstellung und Montage grundlegende Korrekturwerte eingespeichert, die ganz speziell auf den jeweiligen Abnahmelauf der Brennkraftmaschine zugeschnitten sind. Darunter sind auch grundlegende Werte zu dem Typ und der Ausführung der Brennkraftmaschine zu verstehen.
Weiterhin ist eine Fahrzeugdaten-Korrektureinrichtung vorgesehen. In dieser können dann relevante Fahrzeugdaten, wie beispielsweise Fahrzeugdaten und Einsatzgebiet, abgespeichert werden. In diesem Zusammenhang ist weiterhin eine Fahrzeugbeschleunigungs-Korrek- tureinrichtung vorgesehen, die in weiterer Ausgestaltung die Para- meter: Einspritzpumpenreglervorgabe, Gaspedalstellung und Rauchgrenze berücksichtigt. Hierbei werden dann in jeweils einem Kompe- rator die aktuelle Gaspedalstellung mit der Einspritzpumpenreglervorgabe und die Rauchgrenze mit der Einspritzpumpenreglervorgabe verglichen. Wenn bei dem Vergleich in beiden Komperatoren festge- stellt wird, daß vorgebbare Einstellungen überschritten werden, wird das Ausgangssignal jeweils als Störgröße erfaßt, wobei die beiden Ausgangsstörgrößen in einem Und-Glied zusammengefaßt werden. D. h., nur wenn bei beiden Komperatoren eine Störgröße vorliegt, wird hinter dem Und-Glied ein weiterer Schalter betätigt. Gleichzeitig werden die Einspritzpumpenreglervorgabe und die Rauchgrenze in einem Divisor zusammengeführt und entsprechend dem sich ergebenden Wert wird aus einer nachfolgenden Bewertungskurve ein
Wert für das Maß der Schließung der Abgasrückführung entnommen. Dieser Wert wird dann multiplikativ auf das Grundsignal aufgeschaltet, wenn dem zuvor erläuterten Schalter das Vorliegen einer Störgröße signalisiert wird.
Weiterhin ist eine Umgebungsdruck-Korrektureinrichtung vorgesehen, die insbesondere bei Einsatz der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs im Gebirge zum Einsatz kommt.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Kühlmitteltemperatur- Korrektureinrichtung vorgesehen, die die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine bei der Steuerung der Abgasrückführung berücksichtigt.
Darüber hinaus ist eine Dynamik-Korrektureinrichtung vorgesehen, die die Fahrweise des Fahrers eines Fahrzeuges berücksichtigt. In dieses Dynamik-Korrektursignal gehen die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die zugeführte Kraftstoffmenge je Arbeitsspiel ein, wobei aus beiden ermittelt wird, ob ein stationärer Fahrzustand vorliegt oder eine extreme Fahrweise (Gaspedalwechsel andauernd zwischen Nullstellung und Vollaststellung). Wenn bei dieser Einrichtung das Vorliegen eines dynamischen Betriebs ermittelt wird, wird im Unterschied zu den bisherigen Signalen bei dieser Einrichtung ein Korrekturwert auf das Grundsignal aufaddiert.
Allen diesen Korrektureinrichtungen ist eine Einrichtung nachgeschaltet, die überprüft, ob die Motorbremse des Fahrzeuges eingeschaltet ist. Sofern dies der Fall ist, wird die Abgasrückführung automatisch auf null reduziert bzw. ganz ausgeschaltet. Ebenfalls wird während des Startvorgangs die Abgasrückführung abgeschaltet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
In dem Grundkennfeld 1 sind verschiedene Kennlinien abgespeichert, von denen jeder einzelne Punkt der Kennlinie eine bestimmte Abgasrückführrate festlegt. Dabei wird dieser jeweilige Punkt bestimmt durch die Eingangsgrößen „Drehzahl der Brennkraftmaschine ne" und „der Brennkraftmaschine je Arbeitsspiel zugeführte Kraftstoffmenge mf". Dabei ist im vorliegenden Fall die zugeführte Kraftstoffmenge mf je Arbeitsspiel definiert als zugeführte Kraftstoffmenge je Hub eines der Einspritzpumpenelemente der Brennkraftmaschine. Das Aus- gangs-Grundsignal aus diesem Grundkennfeld 1 bestimmt in Abhängigkeit von den genannten Eingangsgrößen die Abgasrückführmenge. Dieses Grundsignal kann durch die nachfolgend erläuterten Korrektureinrichtungen, die entsprechende Korrektursignale abgeben, beeinflußt werden und somit die tatsächliche Abgasrückführrate an gegebene Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden.
Hierbei erfolgt zunächst eine Anpassung durch drei Korrektureinrichtungen, die grundlegende Parameter beim Betrieb der Brennkraftmaschine berücksichtigen und die dem Grundsignal multiplikativ aufgeschaltet werden. Dies ist zunächst eine Brennkraftmaschinen-Ver- wendungs-Korrektureinrichtung 2, die entsprechend der Leistungsgruppe und/oder dem Verwendungszweck der Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Nutzfahrzeug, in einer landwirtschaftlichen Maschine, in einem Baufahrzeug oder einem Gerät, ein entsprechendes Brennkraftmaschinen-Verwendungs-Korrektursignal abgibt. Die- ses entsprechende Signal kann in einer zentralen Elektronik-Steuereinrichtung, in der das gesamte System integriert sein kann, ge-
speichert werden. Gleiches gilt für eine Brennkraftmaschinen-Abnahme-Korrektureinrichtung 3, die ein entsprechendes Korrektursignal, das bei dem Abnahmelauf der Brennkraftmaschine erstellt wird, abgibt. In diesem Korrektursignal können u. a. insbesondere brennkraftmaschinenspezifische Daten, wie Anzahl der Zylinder, Art der Einspritzvorrichtung usw., Einfluß finden. Weiterhin erfolgt hiermit ein Toleranzausgleich des Abgasrückführsystems. Das entsprechende Korrektursignal wird ebenfalls multiplikativ dem Ausgangssignal des Grundkennfeldes aufgeschaltet. Schließlich ist eine Fahrzeugdaten-Korrektureinrichtung 4 vorgesehen, die ein fahrzeugspezifisches Korrektursignal abgibt. In dieser Korrektureinrichtung können relevante fahrzeugspezifische Daten, wie beispielsweise zu dem speziellen Ansaug- und Abgassystem, aber gegebenenfalls auch Fahrzeuggewicht, Getriebeübersetzungen und Einsatzgebiet (beispielsweise Baustellen-, Nah- oder Fern-Ver- kehr), Einfluß finden.
Weiterhin ist eine Umgebungsdruck-Korrektureinrichtung 5 vorgesehen, in der eine vom gemessenen Umgebungsdruck pa abhängige Korrekturkurve abgespeichert ist. Hiermit wird insbesondere der mit zunehmender Höhe abfallende Umgebungsdruck pa, der einen direkten Einfluß auf die Füllung der Brennkraftmaschine und damit die Verbrennung hat, berücksichtigt.
Darüberhinaus ist eine Fahrzeug-Beschleunigungs-Korrektureinrich- tung 6 vorgesehen, die verschiedene nachfolgend erläuterte Eingangssignale verarbeitet und letztendlich ein entsprechendes Korrektursignal, das eine Beschleunigungsbewertung darstellt, abgibt. Eingangs der Fahrzeug-Beschleunigungs-Korrektureinrichtung sind zwei Komperatoren 7a, 7b vorgesehen, wobei in den Komperator 7a ein Messwert ms für die Gaspedalstellung eingeht, der mit einem
Einspritzpumpenreglervorgabewert md, der ein Drehmomentlimit darstellt, verglichen wird und bei Überschreiten ein Ausgangssignal abgibt. In dem Komperator 7b geht direkt der Einspritzpumpenregler- vorgabewert md ein, wobei dieser Wert hier mit einem Reglervorga- bewert mr, der einem Rauchgrenzwert entspricht, verglichen wird und bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Ausgangssignal auch aus dem Komperator 7b abgegeben wird. Die Ausgangssignale der beiden Komperatoren 7a, 7b werden in einem Und-Glied 8 zusammengeführt, wobei das Und-Glied beim Vorliegen einer Störgröße - ent- sprechend einem Ausgangssignal - aus beiden Komperatoren 7a und 7b ein Schaltsignal abgibt. Dieses Schaltsignal wird einem Stell-Glied 9 zugeführt, wobei das Stell-Glied 9 bei Vorliegen eines Ausgangssignals aus dem Und-Glied 8 den Ausgang des Stell-Glieds 9 mit einem Eingang 0, dessen Eingangssignal nachfolgend beschrieben wird, verbindet. Für den Fall, daß keiner oder nur einer der Komperatoren 7a, 7b ein Störsignal abgibt und entsprechend das Und-Glied 8 keine Störgröße meldet, ist der Eingang des Stell-Gliedes 9 auf den Eingang 1 geschaltet, so daß kein Fahrzeug-Beschleunigungs- Korrektursignal abgegeben wird. Für den Fall, daß ein Korrektursignal abgegeben wird, ermittelt sich dieses aus dem Einspritzpumpenreg- lervorgabewert md und dem Reglervorgabewert mr die beide durch einen Divisor 18 miteinander verbunden werden und in eine Bewertungseinrichtung 10 eingehen. Diese Bewertungseinrichtung 10 weist eine Kennlinie auf, die in Abhängigkeit des eingehenden Signals den Umfang des Schließens der Abgasrückführung festlegt. Das Ausgangssignal der Bewertungseinrichtung 10 wird - wie zuvor ausgeführt - als Fahrzeugbeschleunigungs-Korrektursignal über das Stell- Glied 9 multiplikativ auf die Ausgangssignale des Grundkennfeldes 1 aufgeschaltet.
Weiterhin ist eine Brennkraftmaschinen-Kühlmittel-Temperatur- Korrektureinrichtung 1 1 vorgesehen, in die die aktuelle Kühlmitteltemperatur tw eingeht und aus einer Korrekturkurve ein Korrektursignal bestimmt und abgibt. Hierbei kann dann auch ggf. auch noch festgestellt werden, ob sich die Brennkraftmaschine in der Phase des Warmlaufens nach einem Kaltstart befindet.
Schließlich ist eine Dynamik-Korrektureinrichtung 12 vorgesehen, die ebenfalls ein Korrektursignal abgibt, das aber dem Grundsignal im Unterschied zu den bisherigen Signalen additiv aufgeschaltet wird. Dieser Korrekturwert wird aus der Drehzahl ne der Brennkraftmaschine und der zugeführten Kraftstoff masse mf je Arbeitsspiel ermittelt, wobei die Drehzahl ne der Brennkraftmaschine einer drehzahlabhängigen Korrekturkennlinie 13 und die zugeführte Kraftstoffmasse mf einem gedämpften Differenzierglied 14 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des gedämpften Differenziergliedes 14 wird in einen Minimum/Maximum-Begrenzer 15 weitergeleitet, wobei als Ausgangswerte Werte zwischen 0 und 1 abgegeben werden. Dabei stellt der Wert 0 einen stationären Fahrzustand und der Wert 1 einen extremen Fahrzustand dar. Der Wert 0 läßt sich mit einer ruhigen Fahrweise mit einer konstanten Gaspedal-Stellung vergleichen, während der Wert 1 sich mit einer sehr unruhigen Fahrweise mit einem dauernd bewegten Fahrpedal vergleichen läßt. Alle Werte zwischen 0 und 1 sind zulässig und werden verarbeitet.
Letztendlich ist noch eine Vorrichtung 16 vorgesehen, die berücksichtigt, ob die Motorbremse ein- oder ausgeschaltet ist oder ob ein Startvorgang vorliegt. Ist die Motorbremse eingeschaltet oder liegt ein Motorstart vor, wird der Umschalter 17 auf den Eingang 0 geschaltet, so daß während dieser Betriebszustände die Abgasrückführung ebenfalls außer Betrieb ist.