DE10115594A1 - Abgasrückführsystem - Google Patents
AbgasrückführsystemInfo
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Abstract
Ein Abgasrückführ(EGR)-System in einem Motorsystem enthält eine Einlaßleitung, eine Abgasleitung (13), eine EGR-Leitung (17), eine Verbindungsleitung (22) und ein Abgassteuerventil (23). Die Abgasleitung ist mit einem Katalysator (14) und einem Schalldämpfer (15) versehen. Die EGR-Leitung ist mit einem Wärmetauscher (18) und einem EGR-Ventil (19) versehen. Die Verbindungsleitung verbindet die Abgasleitung und die EGR-Leitung fluidmäßig. Das Abgassteuerventil ist an einem Zusammenführbereich (21) angebracht, der zwischen der Abgasleitung und der Verbindungsleitung definiert ist. Entsprechend dem Öffnungsgrad des Abgassteuerventils wird die Abgasströmung einstellbar gesteuert, indem eine Strömung in die EGR-Leitung rückgeführt wird oder die Strömung durch die Abgaslewitung, einen Abgaskatalysator und einen Schalldämpfer erfolgt und eventuell zur Atmosphäre austritt. Entsprechend einem Öffnungsgrad des EGR-Ventils wird das in die EGR-Leitung rückgeführte Abgas einstellbar gesteuert, indem die Strömung entweder in die Einlaßleitung rückgeführt wird oder die Strömung, nachdem sie an einem Motorkühlmittel des Wärmetauschers abgekühlt wurde, in die Verbindungsleitung strömt.
Description
Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf ein Abgasrückführsystem (EGR) in
einem Automobilmotor und ähnlichem. Genauer bezieht sich die Erfindung auf
ein Abgasrückführsystem zum Reinigen schädlicher im Abgas eines Motors
enthaltener Produkte und zum wirksamen Absorbieren von in dem Abgas ent
haltener Wärmeenergie, um den Warmlauf des Motors durch Nutzung der
Wärmeenergie zu unterstützen.
Seit Jahren wurden an Motoren, die als Antriebsquelle für ein Automobil dienen,
vielfältige Entwicklungsarbeiten durchgeführt.
Umweltbelange haben zu der Erkenntnis beigetragen, daß eine Reinigung des
Motorabgases und eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Motors wichtig
sind.
Eine "Motor Fan additional volume, All about New Model Pajero" (Seiten 23 und
24, Oktober 23, 1999, Sanei-shobo Publishing Co. Ltd.) betitelte Veröffentli
chung beschreibt ein bekanntes System zum Reinigen schädlicher, in dem Ab
gas enthaltener Bestandteile. Bei diesem System wird von dem Motor abgege
benes Abgas über eine EGR-Leitung zur Einlaßseite zurückgeführt. Zusätzlich
wird die Menge rückgeführten Abgases entsprechend dem Öffnungsgrad eines
EGR-Ventils gesteuert, so daß das EGR-System in der Lage ist, schädliche, in
dem Abgas enthaltene Produkte zu reinigen.
Die EGR-Leitung ist mit einem wassergekühlten Wärmetauscher versehen, der
häufig als EGR-Kühler bezeichnet wird. Der EGR-Kühler ist in der Lage, das
rückgeführte Abgas von 300° Zentigrad auf 180° Zentigrad abzukühlen. Durch
Absenkung der Temperatur des zur Einlaßseite rückgeführten Abgases kann
die Menge rückgeführten Abgases vergrößert werden. Daher besitzt dieses be
kannte EGR-System einen verbesserten Ladewirkungsgrad zur Füllung der
Motoreinheit mit Frischluft, wodurch die Entstehung von NOx (Stickstoffoxid)
vermindert wird und die Emission von PM (Partikelmaterial) einschließlich
Schwarzrauch minimiert wird.
Wie vorstehend erläutert, bewirkt die Verbesserung des Wirkungsgrades des
Motorverhaltens einen umweltfreundlichen Effekt, einschließlich verbesserter
Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Verbesserungen hinsichtlich des Wirkungsgrades des Motorverhaltens können
jedoch Nachteile verursachen. Beispielsweise kann der Motor eine längere
Warmlaufzeitdauer erfordern und die Heizeigenschaften des Motors können
sich verschlechtern. Diese Nachteile können den Fahrkomfort und die Stabilität
des Automobils beeinflussen.
Es besteht daher ein Bedarf für ein System, das in der Lage ist, die Reinigung
des Abgases zu verbessern während gleichzeitig der Warmlauf des Motors ver
bessert wird und der Wirkungsgrad der Motoreigenschaften verbessert wird.
Wünschenswert ist, ein System zu schaffen, das den Motorwarmlauf unter Ver
wendung der in dem Abgas enthaltenen Heizenergie unterstützt.
Weiter ist es wünschenswert, schädliche, in dem Abgas enthaltene Bestandteile
zu reinigen.
Erfindungsgemäß enthält ein Abgasrückführ(EGR)-System in einem Motorsy
stem eine Einlaßleitung, eine Auslaßleitung und eine EGR-Leitung, der von ei
nem ersten Abgangsbereich des Abgasdurchlasses abgeht. Die Abgasströ
mung durch die Abgasleitung wird über die EGR-Leitung in die Einlaßleitung
rückgeführt. Die EGR-Leitung ist weiter mit einem Wärmetauscher und einem
EGR-Ventil versehen. In der EGR-Leitung ist stromabwärts des Wärmetau
schers ein zweiter Abgangsbereich definiert und in der Abgasleitung ist strom
abwärts des ersten Abgangsbereiches ein Zusammenführbereich definiert. Eine
Verbindungsleitung verbindet den zweiten Abgangsbereich und den Zusam
menführbereich fluidmäßig. Ein Abgassteuerventil ist an dem ersten Abgangs
bereich oder dem Zusammenführbereich in der Abgasleitung angebracht, wobei
die in den Verbindungsbereich rückgeführte Abgasmenge von dem Abgassteu
erventil einstellbar gesteuert wird.
Wenn das an dem ersten Abgangsbereich oder dem Zusammenführbereich
angebrachte Abgassteuerventil in eine voll geschlossene Position (volles Ab
schneiden der Luftströmung aus der Abgasleitung in einen Schalldämpfer über
einen Katalysator) gebracht wird, wird das Abgas über den ersten Abgangsbe
reich, den Wärmetauscher der Abgasleitung, die Verbindungsleitung und der
Zusammenführbereich in die Abgasleitung rückgeführt. Wenn das Abgassteu
erventil in seine voll geöffnete Stellung (volle fluid mäßige Verbindung der Luft
strömung aus der Abgasleitung zu dem Schalldämpfer) gebracht wird, wird die
fluidmäßig verbundene Luftströmung aus der Abgasleitung zu der Verbin
dungsleitung unterbrochen, weshalb die vorgenannte Abgasrückführung durch
die Verbindungsleitung nicht auftritt. Basierend auf dem Öffnungsgrad des
EGR-Ventils kann das Abgas jedoch über den ersten Abgangsbereich und den
Wärmetauscher der EGR-Leitung in die Einlaßleitung rückgeführt werden. Zu
sätzlich kann das Abgassteuerventil in eine Zwischenposition zwischen der ge
öffneten und geschlossenen Position ebenfalls gebracht werden.
Das unter hoher Temperatur stehende Abgas, das durch die Abgasleitung
strömt, wird fluidmäßig in die EGR-Leitung abgeleitet, wodurch die im Abgas
enthaltene Wärmeenergie das Motorkühlmittel durch Wärmetausch im Wärme
tauscher erwärmt. Dieser Mechanismus kann die Kühlmitteltemperatur wirksam
anheben und den Warmlauf des Motors verbessern.
Genauer wird die Menge an rückgeführtem Abgas entsprechend der Tempera
tur des Motorkühlmittels gesteuert bzw. geregelt. Wenn die Motorkühlmitteltem
peratur kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird das Abgassteuerventil in
seine voll geschlossene Position gebracht, woraufhin die in die Verbindungs
leitung strömende Abgasmenge maximal ist. Wenn die Motorkühlmitteltempe
ratur gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wird das Abgassteuer
ventil in seine voll geöffnete Position gebracht, woraufhin die in der Verbin
dungsleitung strömende Abgasmenge minimal ist.
Wenn die Kühlmitteltemperatur kleiner als der vorbestimmte Wert ist und kein
ausreichender Motorwarmlauf erreicht ist, wird das mit hoher Temperatur durch
die Abgasleitung strömende Abgas fluidmäßig in die EGR-Leitung geleitet, wo
durch die Abgaswärmeenergie das Motorkühlmittel über den Wärmetausch am
Wärmetauscher aufheizen kann. Die Kühlmitteltemperatur kann auf diese Wei
se wirksam angehoben werden, um den Motorwarmlauf zu verbessern.
Zusätzlich wird die Menge an rückgeführtem Abgas entsprechend der Motor
drehzahl und der Motorlast gesteuert. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist und
die Motorlast klein ist, wird das Abgassteuerventil voll geschlossen, woraufhin
die in die Verbindungsleitung strömende Abgasmenge maximal ist. Entspre
chend einer Zunahme der Motordrehzahl und der Motorlast wird das Abgas
steuerventil nacheinander in eine Zwischenposition und die voll geöffnete Posi
tion gebracht, woraufhin die in die Verbindungsleitung strömende Abgasmenge
vermindert wird.
Selbst wenn kein genügender Motorwarmlauf erreicht wird, kann das erfin
dungsgemäße EGR-System die in die Verbindungsleitung rückgeführte Abgas
menge vermindern und die durch die Abgasleitung zu dem Schalldämpfer ge
richtete Abgasmenge vergrößern, basierend auf der Zunahme der Motordreh
zahl und der Motorlast. Das erfindungsgemäße Abgassystem verschlechtert auf
diese Weise die Abgaseigenschaften bzw. das Abgasverhalten nicht.
Weiter wird die Menge an rückgeführtem Abgas entsprechend der Katalysator
temperatur gesteuert. Wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, wird das Ab
gassteuerventil voll geöffnet, woraufhin das Abgas in einer minimalen Menge in
die Verbindungsleitung strömt. Bei einer Zunahme der Katalysatortemperatur
wird das Abgassteuerventil nacheinander in die Zwischenposition und die voll
geöffnete Position gebracht, woraufhin die in die Verbindungsleitung strömende
Abgasmenge zunimmt.
Selbst wenn kein genügender Motorwarmlauf erreicht wird, kann das erfin
dungsgemäße EGR-System die in die Verbindungsleitung rückgeführte Abgas
menge entsprechend der niedrigen Katalysatortemperatur vermindern. Daher
kann dieser Mechanismus die aus der Abgasleitung zu dem Katalysator und
dem Schalldämpfer gerichtete Abgasmenge wirksam vergrößern, wodurch das
Aufheizen des Katalysators wirksam verbessert ist.
Zusätzlich kann ein weiteres Abgassteuerventil in der EGR-Leitung zwischen
dem Wärmetauscher und dem EGR-Ventil angebracht werden. Das weitere
Abgassteuerventil wird geschlossen, wenn das Abgassteuerventil in seiner voll
geschlossenen Stellung oder der Zwischenstellung ist. Daher strömt kein Abgas
mit hoher Temperatur in das EGR-Ventil. Somit verhindert das weitere Abgas
steuerventil wirksam, daß das Abgas mit hoher Temperatur zu dem EGR-Ventil
strömt, wodurch eine thermische Schädigung des EGR-Ventils minimiert ist.
Im Hinblick auf das Abgas, das von der Motoreinheit abgegeben wird und auf
die Einlaßseite über das Motorkühlmittel entsprechend der Motordrehzahl, der
Motorlast und der Katalysatortemperatur rückgeführt wird, kann das EGR-
System die Motoraufheizung verbessern und gleichzeitig das Abgas reinigen,
wobei ein gutes Abgasverhalten beibehalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen bei
spielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert, wobei gleiche Bezugszei
chen die gleichen Elemente bezeichnen. In den Figuren stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Abgas
rückführ(EGR)-System entsprechend einer Ausführungsform der Erfin
dung;
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Abgassystems gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Ventilöffnungssteuerkennfeld für das in dem System gemäß Fig. 1
verwendete EGR-Ventil;
Fig. 4 ein weiteres Ventilöffnungssteuerkennfeld für das in Fig. 1 dargestellte
EGR-Ventil;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem EGR-
System entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem EGR-
System entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 enthält das Abgasrückführsystem (EGR)
entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Motor
einheit 11, die mit einem Abgassammler 12, einem Abgasdurchlaß bzw. einer
Abgasleitung 13, einer Einlaßleitung (nicht dargestellt) und einem Einlaß
sammler (nicht dargestellt) versehen ist. Die Abgasleitung 13 ist mit einem Ab
gaskatalysator 14 und einem Schalldämpfer 15 versehen. Der Abgasschall
dämpfer 15 ist geeignet, in dem Abgas enthaltenes CO (Kohlenmonoxid) und
HC (Kohlenwasserstoff) wirksam zu reinigen.
In der Abgasleitung 13 ist stromoberhalb des Abgaskatalysators 14 ein erster
Abgangsbereich 16 definiert. Eine EGR-Leitung 17 ist in Fluidverbindung mit
dem ersten Abgangsbereich 16 und der Einlaß- bzw. Ansaugleitung. Die EGR-
Leitung 17 ist mit einem Wärmetauscher 18 und einem EGR-Ventil 19 verse
hen. Motorkühlmittel kann in den Wärmetauscher 18 eingeleitet werden. Wenn
aus dem Abgassammler 12 kommendes Abgas über die EGR-Leitung 17 in den
Wärmetauscher 18 eingeleitet wird, wird entsprechend das Abgas mit hoher
Temperatur durch das auf relativ niedriger Temperatur befindliche Motorkühl
mittel des Wärmetauschers 18 abgekühlt, so daß die Temperatur des Motor
kühlmittels angehoben wird.
In die EGR-Leitung 17 ist stromabwärts des Wärmetauschers 18 ein zweiter
Abgangsbereich 20 zwischen dem Wärmetauscher 18 und dem EGR-Ventil 19
definiert. In der Abgasleitung 13 ist stromabwärts des ersten Abgangsbereiches
16 und stromoberhalb des Katalysators 14 ein erster Zusammenführbereich 21
definiert. Eine Verbindungsleitung 22 verbindet den zweiten Abgangsbereich 20
fluidmäßig mit dem ersten Zusammenführbereich 21. An dem ersten Zusam
menführbereich 21 ist ein Abgassteuerventil 23 angebracht. Entsprechend dem
Öffnungsgrad des Abgassteuerventils 23 wird die Menge des aus dem Abgas
sammler 12 abgegebenen Abgases bezüglich der folgenden beiden prinzipiel
len Gasströmungen einstellbar gesteuert.
Das Abgas strömt direkt durch die Abgasleitung 13 in den Schalldämpfer 15.
Währenddessen wird das Abgas über den Wärmetauscher 18 und die Verbin
dungsleitung 22 auch in die Abgasleitung 13 rückgeführt, so daß es von dem
Motorkühlmittel des Wärmetauschers 18 abgekühlt wird. Das Motorsystem ent
sprechend dieser ersten Ausführungsform der Erfindung enthält auch eine zen
trale Prozessoreinheit (CPU). Verschiedene Steuersignale zur Steuerung des
Abgassteuerventils 23 werden in die CPU eingegeben, einschließlich Steuersi
gnalen, die die Motordrehzahl, die Motorlast, die Einspritzmenge, eine Kataly
satortemperatur, eine Sauerstoffdichte im Abgas und ähnliches anzeigen.
Das oben beschriebene EGR-System arbeitet in folgender Weise: Die CPU ar
beitet derart, daß sie das Öffnen und Schließen des Abgassteuerventils 23 ein
stellbar steuert. Entsprechend dem Flußdiagramm der Fig. 2 wird zunächst ein
Zündschalter in die AN-Position bei einem anfänglichen Startschritt S1 ge
bracht. In einem zweiten Schritt S2 wird das Abgassteuerventil 23 in eine an
fängliche Position (dargestellt durch die doppelt gestrichelte Linie in Fig. 1) ge
bracht, so daß das Abgas nicht aus der Verbindungsleitung 22 in die Abgaslei
tung 23 strömt. In einem dritten Schritt S3 erfaßt die CPU die Temperatur des
Motorkühlmittels mittels eines Kühlmitteltemperatursensors, der betriebsmäßig
mit der CPU verbunden ist. Der Kühlmitteltemperatursensor gibt, basierend auf
der Wassertemperaturinformation, ein Signal ab. Auf das Ausgangssignal des
Kühlmitteltemperatursensors hin, wenn die Temperatur gleich oder größer als
ein vorbestimmter Wert TO ist, beurteilt die CPU, daß die Motoreinheit genü
gend aufgewärmt ist, so daß das EGR-System zum vierten Schritt S4 fort
schreitet. In dem vierten Schritt S4 wird das Abgassteuerventil 23 in die voll ge
öffnete Position B (dargestellt durch die doppelt gestrichelte Linie in Fig. 1) ge
bracht. Die offene Position B des Ventils 23 ist derart positioniert, daß die Ab
gasleitung 13 fluidmäßig voll mit dem Schalldämpfer 15 verbunden ist, um eine
Gasströmung aus der Abgasleitung 13 in den Schalldämpfer 15 zu bewirken.
Nachdem das Abgassteuerventil 23 in die offene Position B gebracht ist, kehrt
das EGR-System zum dritten Schritt S3 zurück.
Wenn dagegen auf das Ausgangssignal des Kühlmitteltemperatursensors hin
bestimmt wird, daß die Kühlmitteltemperatur kleiner als der vorbestimmte Wert
TO ist, entscheidet die CPU, daß die Motoreinheit ungenügend aufgewärmt ist,
und dann schreitet das EGR-System zum fünften Schritt S5 weiter. In dem
fünften Schritt S5 wird das Abgassteuerventil 23 in die folgenden drei Positio
nen gebracht: eine voll geschlossene Position A, die voll geöffnete Position B
oder eine Zwischenposition C. Das Abgassteuerventil 23 wird in jedwelche die
ser drei Positionen, basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast ent
sprechend dem Steuerkennfeld der Fig. 3 gebracht. Das Abgassteuerventil 23
wird im vierten Schritt S4, wie mit der doppelt gestrichelten Linie in Fig. 1 dar
gestellt, in die voll geöffnete Position B gebracht. Das Abgassteuerventil 23 wird
in einem sechsten Schritt S6, wie mit einer durchgezogenen Linie in Fig. 1 dar
gestellt, in die voll geschlossene Position A gebracht, wobei die Luftströmung
aus der Abgasleitung 13 in den Schalldämpfer 15 voll unterbrochen wird. Das
Abgassteuerventil 23 wird in einem siebten Schritt S7 in die Zwischenposition C
zwischen der voll geschlossenen Position A und der voll geöffneten Position B
gebracht. Die geeigneteste Position der Zwischenposition G wird, abhängig von
den verschiedenen Ausgangssignalen aus der CPU, einstellbar variiert. Nach
Durchführung der Schritte S4, S6 und S7 kehrt das EGR-System zu dem dritten
Schritt S3 zurück.
Im folgenden wird die Abgasströmung in jedem Schritt S4, S6 und S7 genauer
erläutert, wobei im vierten Schritt S4 das Abgassteuerventil 23 in die voll geöff
nete Position B gebracht wird. Prinzipiell wird das gesamte Abgas mit hoher
Temperatur aus der Motoreinheit 11 und unter Umständen durch die direkte
Strömung in die Abgasleitung 13, den Abgaskatalysator 14 und den Schall
dämpfer 15 zur Atmosphäre abgegeben. Entsprechend dem Öffnungsgrad des
EGR-Ventils 19 strömt das Abgas jedoch über den ersten Abgangsbereich 16
teilweise in die EGR-Leitung 17, so daß das Abgas in dem Wärmetauscher 18
abgekühlt wird und in den Einlaßsammler rückgeführt wird.
Beim sechsten Schritt S6 wird ein stromabwärtiger Bereich der Abgasleitung 13
mittels des Abgassteuerventils 23 geschlossen, das an dem ersten Zusam
menführbereich 21 angebracht ist und sich in voll geschlossener Position A be
findet. Das gesamte, von der Motoreinheit 11 abgegebene Abgas mit hoher
Temperatur strömt auf diese Weise durch die Abgasleitung 13 in die EGR-
Leitung 17 über den ersten Abgangsbereich 16. Das Abgas mit hoher Tempe
ratur ist in der Lage, das Kühlmittel mit niedriger Temperatur des Wärmetau
schers 18 wirksam aufzuheizen, wenn noch keine ausreichende Motoraufwär
mung erreicht ist. Entsprechend dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 19 wird
das auf hoher Temperatur befindliche Abgas einstellbar in zwei verschiedene
Strömungen gesteuert, in den Einlaßsammler rückgeführt oder eventuell zur
Atmosphäre über die Verbindungsleitung 22, den Abgaskatalysator 14 und dem
Schalldämpfer 15 abgegeben.
Im siebten Schritt S7 wird das Abgassteuerventil 23 in die Zwischenposition C
gebracht. Das gesamte, von der Motoreinheit 11 abgegebene Abgas wird zu
nächst in die folgenden beiden verschiedenen Strömungen unterteilt, die Strö
mung in die EGR-Leitung 17 und den Wärmetauscher 18 über die Abgasleitung
13 und den ersten Abgangsbereich 16, oder eventuell in die Atmosphäre abge
geben über direkte Strömung in die Abgasleitung 13, den Abgaskatalysator 14
und den Schalldämpfer 15.
Die vorgenannten Strömungen werden entsprechend dem Öffnungsgrad des
EGR-Ventils 19 bestimmt. Basierend auf dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils
19 wird die in die EGR-Leitung 17 eingeleitet Abgasströmung einstellbar in die
folgenden beiden Strömungen aufgeteilt, in den Einlaßsammler rückgeführt
oder eventuell in die Atmosphäre über die Verbindungsleitung 22, den Abgas
katalysator 14 und den Schalldämpfer 15 abgegeben, was der gleiche Weg ist,
wie beim sechsten Schritt S6 erläutert.
Der Wärmetauscher 18 wird für die folgenden beiden Zwecke verwendet. Der
Wärmetauscher 18 dient wirksam dazu, bei der Motoraufheizung zu unterstüt
zen, indem das Motorkühlmittel aufgeheizt wird, wenn kein genügender Motor
warmlauf erreicht ist. Zusätzlich, unabhängig von dem Motorwarmlaufzustand,
dient der Wärmetauscher 18 wirksam dazu, das in den Einlaßsammler rückge
führte Abgas zu kühlen, basierend auf dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 19.
Erfindungsgemäß wird, wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als der vor
bestimmte Wert TO und keine ausreichende Motoraufwärmung erreicht ist, das
mit hoher Temperatur durch die Abgasleitung 13 strömende Abgas fluidmäßig
in die EGR-Leitung 17 geleitet, wobei die Abgaswärmeenergie das Motorkühl
mittel des Wärmetauschers 18 aufheizt. Dieser Mechanismus kann die Kühl
mitteltemperatur wirksam anheben und die Motoraufheizung verbessern.
Der Wärmetausch mittels des Wärmetauschers 18 hat weiter die folgenden
Vorteile. Das gekühlte Abgas minimiert wirksam thermische Schäden an dem
EGR-Ventil 19 und den Einlaßkomponenten, von denen die meisten derzeit aus
Kunststoffmaterialien gefertigt sind. Daher wird der mit der Füllung der in der
Motoreinheit 11 vorgesehenen Motorbrennkammer (nicht dargestellt) mit Gas
und Frischluft verbundene Ladewirkungsgrad wirksam verbessert. Es sei darauf
hingewiesen, daß das EGR-Ventil 19 an sich bekannt ist und deshalb keine
detaillierte Erläuterung erfolgt.
Bezugnehmend auf den fünften Schritt S5 in Fig. 2 und das Steuerkennfeld
gemäß Fig. 3 wird die Position des Abgassteuerventils 23 in Position A, B oder
C, basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast, wie in Fig. 3 dargestellt,
festgelegt. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist und die Last klein ist, wird das
Abgassteuerventil 23 in die voll geschlossene Position A gebracht und das in
die EGR-Leitung 17 (mit anderen Worten in die Verbindungsleitung 22) strö
mende Abgas ist maximal. Die hohe Temperatur des in die EGR-Leitung 17
strömenden Abgases wird auf das Motorkühlmittel übertragen, wodurch die
Motoraufwärmung durch Verwendung der übertragenen Temperatur wirksam
verbessert wird. Bei Zunahme der Motordrehzahl oder der Motorlast wird das
Abgassteuerventil 23 der Reihe nach in die Zwischenposition C und die voll ge
öffnete Position B gebracht. Entsprechend mit der der Reihe nach eingestellten
Position des Abgassteuerventils 23 nimmt die in die EGR-Leitung 17 strömende
Abgasmenge ab. Mit anderen Worten nimmt die Abgasmenge, die direkt durch
die Abgasleitung 13 in den Schalldämpfer 15 strömt, zu. Daher beeinflußt die
ser Mechanismus das Abgasverhalten des Motorsystems nicht. Weiter verbes
sert der Mechanismus die Motoraufheizung und das Fahrverhalten, den Fahr
komfort und die Stabilität des mit dem Motorsystem versehenen Automobils.
Selbst wenn keine genügende Motoraufheizung erreicht wird, kann das erfin
dungsgemäße EGR-System die in die Verbindungsleitung 22 rückgeführte Ab
gasmenge vermindern und die durch die Abgasleitung 13 zu dem Schalldämp
fer 15 gerichtete Abgasmenge vergrößern, basierend auf einer Zunahme der
Motordrehzahl und der Motorlast, wobei das erfindungsgemäße EGR-System
das Abgasverhalten nicht verschlechtert.
Bezugnehmend wiederum auf den fünften Schritt S5 der Fig. 2, aber in Verbin
dung mit einem unterschiedlichen Steuerkennfeld, wie in Fig. 4 gezeigt, wird die
Position des Abgassteuerventils 23 in jedwelcher Position A, B oder C relativ
zur Motordrehzahl und einer Katalysatortemperatur, gemäß Fig. 4 festgelegt.
Zur Verbesserung der Wirksamkeit eines Katalysatorsverhaltens ist eine mittle
re Katalysatoraufheizung notwendig. Wenn die Katalysatortemperatur niedrig
ist, wird das Abgassteuerventil 23 in seine voll geöffnete Position B gebracht
und die Abgasmenge, die in die EGR-Leitung 17 (mit anderen Worten in die
Verbindungsleitung 22) strömt, ist minimal. Die hohe Temperatur des zu dem
Katalysator 14 gerichteten Abgases wird auf den Katalysator 14 übertragen,
wobei die Katalysatoraufheizung wirksam verbessert ist. Basierend auf einer
Zunahme der Katalysatortemperatur wird das Abgassteuerventil 23 nacheinan
der in die Zwischenposition C und die voll geschlossene Position A gebracht.
Entsprechend der nacheinander eingestellten Position des Abgassteuerventils
23 nimmt die in die EGR-Leitung 17 strömende Abgasmenge zu. Mit anderen
Worten wird die in den Wärmetauscher 18 strömende Abgasmenge erhöht. Die
ser Mechanismus verbessert die Motoraufheizung entsprechend einer Zunah
me der Menge aufgeheizten Kühlmittels. Weiter verbessert dieser Mechanis
mus die Motoraufheizung, wobei darauf Wert gelegt ist, daß sie unter Betrach
tung mehr der Katalysatoraufheizung als der Motoraufheizung hoch ist. Weiter
wird die Katalysatortemperatur direkt von einem Katalysatortemperatursensor
(nicht dargestellt) gemessen oder kann aus der Motorwassertemperatur be
stimmt werden.
Selbst wenn keine ausreichende Motorerwärmung erreicht wird, ist das erfin
dungsgemäß EGR-System in der Lage, die in die Verbindungsleitung 23 rück
geführt Abgasmenge zu vermindern, entsprechend der niederen Katalysator
temperatur. Daher erhöht dieser Mechanismus wirksam die Abgasmenge, die
aus der, Abgasleitung 13 zu dem Katalysator 14 und dem Schalldämpfer 15 ge
richtet wird, wodurch die Katalysatoraufheizung wirksam verbessert wird. Des
halb verschlechtert das erfindungsgemäße EGR-System nicht das Abgasver
halten.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser
zweiten Ausführungsform ist das Abgassteuerventil 23 nicht an dem ersten Zu
sammenführungsbereich 21 angebracht, sondern an dem ersten Abgangsbe
reich 16.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser
Ausführungsform ist ein weiteres Abgassteuerventil 30 in der EGR-Leitung 17
zwischen dem Wärmetauscher 18 und dem EGR-Ventil 19 angebracht. Das
weitere Abgassteuerventil 30 wird betätigt, wenn das Abgassteuerventil 23 in
seiner voll geschlossenen Position A oder der Zwischenposition C ist. Das wei
tere Abgassteuerventil 30 arbeitet wirksam, um zu verhindern, daß das Abgas
mit hoher Temperatur das EGR-Ventil 19 erreicht. Daher minimiert das weitere
Abgassteuerventil 30 wirksam eine thermische Beschädigung des EGR-Sy
stems 19.
Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Betriebsweisen der vorlie
genden Erfindung wurden in der vorangegangenen Beschreibung erläutert. Die
Erfindung, die geschützt werden soll, ist nicht auf die speziellen beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen
sollen nur als zur Erläuterung dienen und nicht beschränkend betrachtet wer
den. Modifikationen und Abänderungen können durch Dritte gemacht werden,
Äquivalente können verwendet werden, ohne den Gedanken der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. Entsprechend ist ausdrücklich beabsichtigt, daß alle
solchen Abänderungen, Veränderungen und Äquivalente, die innerhalb den Ge
danken und den Umfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung fallen,
dadurch eingeschlossen sind.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Japanischen Anmeldung Nr. 2000-
094620, die am 30. März 2000 eingereicht wurde, und beansprucht deren Prio
rität, wobei deren gesamter Inhalt unter Bezugnahme in die vorliegende Anmel
dung aufgenommen ist.
11
Motoreinheit
12
Abgassammler
13
Abgasleitung
14
Abgaskatalysator
15
Schalldämpfer
16
erster Abgangsbereich
17
EGR-Leitung
18
Wärmetauscher
19
EGR-Ventil
20
zweiter Abgangsbereich
21
erster Zusammenführbereich
22
Verbindungsleitung
23
Abgassteuerventil
30
weiteres EGR-Ventil
Claims (12)
1. Abgasrückführsystem in einem Motorsystem, enthaltend:
eine Einlaßleitung und eine Abgasleitung (13) einer Motoreinheit;
eine EGR-Leitung (17), die Abgas aus der Abgasleitung zu der Einlaßleitung rückführt;
einen Wärmetauscher (18), der in der EGR-Leitung für einen Wärmetausch mit einem Motorkühlmittel angebracht ist;
ein EGR-Ventil (19), das in die EGR-Leitung stromabwärts des Wärmetau schers angebracht ist;
einen ersten Abgangsbereich (16) in der Abgasleitung zum Lenken von Abgas in der Abgasleitung in die EGR-Leitung;
einen zweiten Abgangsbereich (20) in der EGR-Leitung stromabwärts des Wärmetauschers;
einen Zusammenführbereich (21), der in der Abgasleitung stromabwärts des ersten Abgangsbereiches definiert ist;
einer Verbindungsleitung (22), die den zweiten Abgangsbereich und den Zu sammenführungsbereich fluidmäßig verbindet; und
ein Abgassteuerventil (23), das an dem ersten Abgangsbereich oder dem Zu sammenführungsbereich in der Abgasleitung angebracht ist, um eine Menge des Abgases, die in die Verbindungsleitung rückgeführt wird, zu steuern.
eine Einlaßleitung und eine Abgasleitung (13) einer Motoreinheit;
eine EGR-Leitung (17), die Abgas aus der Abgasleitung zu der Einlaßleitung rückführt;
einen Wärmetauscher (18), der in der EGR-Leitung für einen Wärmetausch mit einem Motorkühlmittel angebracht ist;
ein EGR-Ventil (19), das in die EGR-Leitung stromabwärts des Wärmetau schers angebracht ist;
einen ersten Abgangsbereich (16) in der Abgasleitung zum Lenken von Abgas in der Abgasleitung in die EGR-Leitung;
einen zweiten Abgangsbereich (20) in der EGR-Leitung stromabwärts des Wärmetauschers;
einen Zusammenführbereich (21), der in der Abgasleitung stromabwärts des ersten Abgangsbereiches definiert ist;
einer Verbindungsleitung (22), die den zweiten Abgangsbereich und den Zu sammenführungsbereich fluidmäßig verbindet; und
ein Abgassteuerventil (23), das an dem ersten Abgangsbereich oder dem Zu sammenführungsbereich in der Abgasleitung angebracht ist, um eine Menge des Abgases, die in die Verbindungsleitung rückgeführt wird, zu steuern.
2. Abgasrückführsystem in einem Motorsystem nach Anspruch 1, enthal
tend ein zusätzliches Abgassteuerventil (30), das zwischen dem Wärmetau
scher (18) und dem EGR-Ventil (19) in der EGR-Leitung (17) angebracht ist.
3. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wo
bei ein Öffnungsgrad des Abgasrückführventils (23) zwischen einer voll ge
schlossenen Position, einer voll geöffneten Position und einer Zwischenposition
zwischen der voll geschlossenen Position und der voll geöffneten Position ab
hängig von einer Zunahme einer Temperatur des Motorkühlmittels verändert
wird, um die in die Verbindungsleitung (22) strömende Abgasmenge zu vermin
dern.
4. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wo
bei ein Öffnungsgrad des Abgassteuerventils (23) zwischen einer voll geschlos
senen Position, einer voll geöffneten Position und einer Zwischenposition zwi
schen der voll geschlossenen Position und der voll geöffneten Position abhän
gig von einer Zunahme einer Motordrehzahl und einer Motorlast verändert wird,
um die in die Verbindungsleitung (22) strömende Abgasmenge zu vermindern.
5. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wo
bei ein Öffnungsgrad des Abgassteuerventils (23) zwischen einer voll geschlos
senen Position, einer voll geöffneten Position und einer Zwischenposition zwi
schen der voll geschlossenen Position und der voll geöffneten Position weg von
einer Zunahme einer Katalysatortemperatur verändert wird, um die in die Ver
bindungsleitung (22) strömende Abgasmenge zu erhöhen.
6. Abgasrückführsystem in einem Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der
Öffnungsgrad des Abgasrückführventils (23) auf die voll geschlossene Position
eingestellt wird, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels niedriger als ein vor
bestimmter Wert ist, so daß die in die Verbindungsleitung (22) strömende Ab
gasmenge maximal ist, und der Öffnungsgrad des Abgassteuerventils auf die
voll geöffnete Position eingestellt wird, wenn die Temperatur des Motorkühlmit
tels gleich oder höher als der vorbestimmte Wert ist, so daß die in die Verbin
dungsleitung strömende Abgasmenge minimal ist.
7. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 4, wobei der
Öffnungsgrad des Abgassteuerventils (23) auf die voll geschlossene Position
eingestellt wird, wenn die Motordrehzahl kleiner als ein vorbestimmter Wert und
die Motorlast kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, so daß die in die Verbin
dungsleitung (22) strömende Abgasmenge maximal ist, und das Abgassteuer
ventil in die voll geschlossene Position eingestellt wird, wenn die Motordrehzahl
gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist und die Motorlast gleich oder
größer als der vorbestimmte Wert ist, so daß die in die Verbindungsleitung strö
mende Abgasmenge minimal ist.
8. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 5, wobei der
Öffnungsgrad des Abgassteuerventils (23) auf die maximal geöffnete Position
eingestellt wird, wenn die Katalysatortemperatur kleiner als ein vorbestimmter
Wert ist, so daß die in die Verbindungsleitung (22) strömende Abgasmenge mi
nimal ist, und der Öffnungsgrad des Abgassteuerventils auf die voll geschlos
sene Position eingestellt wird, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder grö
ßer als der vorbestimmte Wert ist, so daß die in die Verbindungsleitung strö
mende Abgasmenge maximal ist.
9. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wo
bei ein Öffnungsgrad des Abgassteuerventils zwischen einer voll geöffneten
Position, einer voll geschlossenen Position und einer Zwischenposition abhän
gig von wenigstens einem aus dem Temperatur des Motorkühlmittels, Motor
drehzahl, Motorlast und Temperatur eines Katalysators oder, abhängig von
jedwelcher Kombination der Temperatur des Motorkühlmittels, der Motordreh
zahl, der Motorlast und der Temperatur eines Katalysators verändert wird, um
die in die Verbindungsleitung (22) strömende Abgasmenge zu steuern.
10. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 4, wobei der
Öffnungsgrad des Abgassteuerventils (23) zwischen der voll geschlossenen
Position, der Zwischenposition und der voll geöffneten Position unabhängig von
einer Temperatur des Motorkühlmittels in Abhängigkeit von der Zunahme der
Motordrehzahl und der Motorlast verändert wird, um die in die Verbindungslei
tung (22) strömende Abgasmenge zu vermindern.
11. Abgasrückführsystem in dem Motorsystem nach Anspruch 5, wobei der
Öffnungsgrad des Abgassteuerventils (23) von der voll geöffneten Position, der
Zwischenposition und der voll geschlossenen Position unabhängig von einer
Temperatur eines Motorkühlmittels in Abhängigkeit von der Zunahme der Kata
lysatortemperatur verändert wird, um die in die Verbindungsleitung (22) strö
mende Abgasmenge zu erhöhen.
12. Abgasrückführsystem in einem Motorsystem, enthaltend
eine Abgasleitung (13), die von einem Abgassammler (12) eines Motors aus
geht;
einen Schalldämpfer (15), der in der Abgasleitung angeordnet ist;
eine EGR-Leitung (17), die mit der Abgasleitung an einer Steile stromoberhalb des Schalldämpfers in Verbindung ist, um das Abgas aus der Abgasleitung zu einem Wärmetauscher (18) zu leiten, der in der Abgasleitung angebracht ist;
eine Verbindungsleitung (22), die fluidmäßig mit der EGR-Leitung an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und fluidmäßig mit der Abgasleitung an einer Stelle stromabwärts der Stelle verbunden ist, an der die EGR-Leitung mit der Abgasleitung in Verbindung ist;
und ein Abgassteuerventil (23), das zwischen dem Schalldämpfer und der Stelle angeordnet ist, an der die EGR-Leitung mit der Abgasleitung in Verbin dung ist.
einen Schalldämpfer (15), der in der Abgasleitung angeordnet ist;
eine EGR-Leitung (17), die mit der Abgasleitung an einer Steile stromoberhalb des Schalldämpfers in Verbindung ist, um das Abgas aus der Abgasleitung zu einem Wärmetauscher (18) zu leiten, der in der Abgasleitung angebracht ist;
eine Verbindungsleitung (22), die fluidmäßig mit der EGR-Leitung an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und fluidmäßig mit der Abgasleitung an einer Stelle stromabwärts der Stelle verbunden ist, an der die EGR-Leitung mit der Abgasleitung in Verbindung ist;
und ein Abgassteuerventil (23), das zwischen dem Schalldämpfer und der Stelle angeordnet ist, an der die EGR-Leitung mit der Abgasleitung in Verbin dung ist.
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