DE2815619A1

DE2815619A1 - Steuersystem fuer die abgasrueckfuehrung

Info

Publication number: DE2815619A1
Application number: DE19782815619
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Kitamura; Jun Sato
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4176638A; AU3531378A; CA1080063A; JPS5743087Y2; AU505030B1; DE2815619C2; JPS5411225U

Description

No. 2, Takara-machi, Kanagavia-ku, Yokohama City, Japan

Steuersystem für die Abgasrückführung

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für die Abgasrückführung (EGR), um einen Teil des durch die Abgasleitung von einer Motorverbrennungskammer strömenden Abgases zurück in die Verbrennungskammer zu leiten. Die Erfindung betrifft insbesondere ein verbessertes EGR-Steuersystem für mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem ausgestattete Motore.

.Um die maximal in der Motorverbrennungskammer während der Verbrennung auftretenden Temperaturen herabzustzen und damit die Emission an Stickoxiden (NOx) zu reduzieren, die während der Verbrennung in der Verbrennungskammer erzeugt werden, ist es bekannt, einen Teil der Abgase des Verbrennungsmotors in die Verbrennungskammer zurückzuführen. Durch die Abgasrückführung kann die NOx-Emission wirksam herabgesetzt werden. Das rückgeführte Abgas beeinflusst jedoch beträchtlich die Verbrennung in

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der Verbrennungskammer und die Stabilität des Motors, so dass die Menge an Abgas genau entsprechend den Motorbetriebsbedingungen gesteuert werden sollte.

Diesbezüglich wurde das folgende EGR-Steuersystem vorgeschlagen: Ein EGR-Steuerventil ist schliessbar in einer Abgasrückführleitung angeordnet, die die Ansaugleitung und die Auslassleitung von dem Verbrennungsmotor miteinander verbindet. Das EGR-Steuerventil steuert die Menge an in die Verbrennungskammer des Motors rückgeführtem Abgas, indem der Abgasdruck in der Rückführleitung aufstromseitig vom Steuerventil entsprechend den Änderungen im Venturiunterdruck in der Ansaugleitung geändert wird. Bei diesem EGR-Steuersystem wird eine Einflussnahme eines sich ändernden Abgasdruckes in der Rückführleitung auf die rückgeführte Abgasströmung verhindert. Daher kann die rückgeführte Abgasströmung nur entsprechend dem Venturiunterdruck gesteuert werden, der hochgradig eine Funktion von der über die Ansaugleitung in die Verbrennungskammer eingeführten Strömungsmenge an Ansaugluft ist. Dieses EGR-Steuersystem ermöglicht in wirksamer Weise eine Verringerung der NOx-Emission, ohne dass dabei das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges beeinträchtigt wird.

Bei dem vorgenannten EGR-Steuersystem wird wirksam das ₁Durchsatzvolumen an rückgeführtem Abgas relativ zu der in die Verbrennungskammer eingeführten Ansaugluft (nachfolgend als EGR-Rate vezeichnet) bei ausserstädtischen Fahrbedingungen des Fahrzeuges, an dem das EGR-Steuersystem angebracht ist, herabgesetzt. Da bei einer solchen Fahrbedingung ein relativ stabiler Motorbetrieb mit geringer NOx-Erzeugung in der Verbrennungskammer vorliegt, scheint eine geringere Abgasrückführung in Anbetracht des damit verbundenen besseren Fahrverhaltens und Treibstoffverbrauches während hoher Fahrgeschwindigkeiten geeignet.

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Selbst bei einer solchen EGR-Steuerung traten jedoch Schwierigkeiten auf, indem sich die Verbrennung in der Motorverbrennungskammer abrupt in grossem Umfang ändert, wenn vom urbanen in den ausserstädtischen Fahrzustand umgewechselt wird. Dadurch wird das Fahrverhalten des Fahrzeuges beträchtlich beeinträchtigt. Ferner ist vom Gesichtspunkt der NOx-Emission eine Abgasrückführung auf annähernd Null unerwünscht.

Hauptziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten EGR-Steuersystems für Kraftfahrzeugverbrennungsmotore , mit dem bei ausserstädtischen Fahrbedingungen die EGR-Rate wirksam verringert werden kann und dennoch eine ausreichende Emissionssteuerung beibehalten wird, ohne dass das Fahrverhalten des Fahrzeuges übermässig beeinträchtigt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten EGR-Steuersystems für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, mit dem eine übermässige Verschlechterung des Fahrverhaltens selbst dann nicht in dem Zeitpunkt verbunden ist, bei dem vom urbanen Verkehr auf den ausserstädtischen Verkehr übergewechselt wird und bei dem eine ausreichende Emissionssteuerung beibehalten ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten EGR-Steuersystems für einen mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem ausgerüsteten Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, bei dem die EGR-Rate so gesteuert wird, dass eine übermässige Abnahme der EGR-Rate nicht abrupt in dem Moment erfolgt, bei dem vom urban Fahrbetrieb auf den ausserstädtischen Fahrbetrieb umgeschaltet wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten EGR-Steuersystems für einen mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritζsystern .ausgestatteten Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, bei dem die EGR-Rate entsprechend der gegenseitigen Wirkung zwischen dem am Venturiabschnitt in

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der Ansaugleitung erzeugten Venturiunterdruck und dem Druck in der Abgasrückführleitung, die die Ansaugleitung mit der Abgasleitung verbindet, bei städtischem Fahrbetrieb gesteuert wird, während bei ausserstädtischem Fahrbetrieb die Steuerung entsprechend der gegenseitigen Wirkung vom Druck in der Abgasrückführleitung und dem Druck in der Ansaugleitung zwischen dem Venturiabschnitt und einem Luftströmungsmesser erfolgt, der Teil des Brennstoffeinspritzsystems darstellt.

Bezüglich der Lösung dieser Ziele wird auf den Patentanspruch verwiesen.

Das erfindungsgemässe Steuersystem für die Abgasrückführung (EGR) von einem mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugmotor ist so ausgelegt und aufgebaut, dass die EGR-Rate entsprechend der gegenseitigen Wirkung des Druckes in einer Abgasrückführleitung und des in einem Venturiabschnitt in der Ansaugleitung erzeugten Venturiunterdruckes unter urbanen Fahrbedingungen gesteuert wird, während bei ausserstädtischen Fahrbedingungen die Steuerung entsprechend der gegenseitigen Wirkung von dem Druck in der EGR-Leitung und dem Druck in der Ansaugleitung unmittelbar abstromseitig von einem Luftströmungsmesser erfolgt, der Teil des elektronisch gesteuerten Brennstoff feinspritz systems ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht von einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufgebauten EGR-Steuersystems in Verbindung mit einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, der mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem ausgerüstet ist,

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Fig. 2 eine grafische vergleichende Ansicht zwischen zwei Arten von EGR-Steuerungen, wobei eine Art dem EGR-Steuersystem nach Fig. 1 entspricht, und

Fig. 3 eine schematische der Fig. 1 ähnliche Ansicht von einem Beispiel für ein EGR-Steuersystem, das nicht im Rahmen der Erfindung liegt, von dem die Erfindung jedoch ausgeht.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform von einem erfindungsgemäss aufgebauten Steuersystem 10 für die Abgasrückführung (EGR) in Verbindung mit einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor gezeigt. Der Motor weist einen Motorblock 12 auf, in dem in gewöhnlicher Weise ein oder mehrere Verbrennungskammern^ ausgebildet sind. Die Verbrennungskammer 14 steht über eine Teil des Ansaugssystems des Motors bildende Ansaugleitung 16 mit der Atmosphäre in Verbindung. Die Verbrennungskammer 14 steht ferner über eine Teil des Motorauslassystems bildende Abgasleitung 18 in Verbindung. Das Bezugszeichen betrifft eine Brennstoff-Einspritzdüse als Teil von einem elektronisch gesteuerten, nicht näher gekennzeichneten Einspritzsystem, das so ausgelegt ist, dass der Verbrennungskammer eine geeignete Brennstoffmenge entsprechend verschiedenen Motorbetriebsparametern zugeführt wird. Dieses System .ist bekannt, so dass eine detaillierte Erläuterung eingespart werden kann.

Ein Drosselventil 22 ist drehbar in der Ansaugleitung 16 aufstromseitig der Einspritzdüse 20 angeordnet und steuert die in die Verbrennungskammer eingeführte Menge Ansaugluft. Aufstromseitig des Drosselventils 22 befindet sich weiter ein Luftiströmungsmesser 24 oder ein Sensor, der die Strömungsmenge an durch die Ansaugleitung 16 strömender Ansaugluft erfasst. Wie dargestellt, besteht das Strömungsmessgerät aus einer beweglichen Messplatte 26, die drehbar auf einer Welle 28 befestigt ist. Die Messplatte 26 ist so angeordnet, dass sie durch den Luftstrom gegen die Kraft einer nicht ge-

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zeigten Feder geöffnet wird. Die Stellung der Messplatte wird beispielsweise mittels eines nicht gezeigten Potentiometers erfasst.

Das EGR-Steuersystem 10 besteht aus einer EGR-Leitung 30, die die Abgasleitung 18 mit der Ansaugleitung 16 abstromseitig des Drosselventils 22 verbindet/ um das Abgas aus dem Motor in die Ansaugleitung 16 zurückzuführen oder hineinzuleiten. In der EGR-Leitung 30 ist eine Drosselstelle 32 und ein ünterteilungselement 34 ausgebildet, das die EGR-Leitung 30 in einen aufstromseitigen Bereich 36, 38 und einen abstromseitigen Bereich 40 aufteilt. Im aufstromseitigen Bereich ist zwischen der Drosselstelle 32 und dem ünterteilungselement eine Kammer 36 definiert. Die Drosselstelle 32 schafft eine Verbindung zwischen einem Teil 38 des aufstromseitigen Bereiches und der Kammer 36 und bildet eine Einengung in der EGR-Leitung 30, die die Strömung an rückgeführtem Motorabgas steuert. Die Drosselstelle 32 braucht nicht vorgesehen werden, wenn die EGR-Leitung 30 mit einer anderen Einengung für den Abgasstrom versehen ist, die die gleiche Funktion wie die Drosselstelle 32 aufweist. Das einen Ventilsitz bildende ünterteilungselement 34 weist eine nicht näher bezeichnete öffnung oder Passage auf, die die Kammer 36 mit dem abstromseitigen Bereich 40 verbindet.

Eine EGR-Steuerventilanordnung 42 ist so angeordnet, dass ihr Ventilkopf 44 in der EGR-Leitung 30 relativ zum ünterteilungselement 34 beweglich ist. Der Ventilkopf 44 ist an einem Ventilschaft 46 befestigt, der sich vom Ventilkopf aus der EGR-Leitung 30 herauserstreckt. Die EGR-Steuerventilanordnung 42 enthält eine Membraneinheit 43/ die das EGR-Steuerventil 42 betätigt. Die Membraneinheit 43 besteht aus einem Gehäuse 48 mit einer ersten und einer zweiten Fluidkammer 50 und 52 sowie einer flexiblen Membran 54, die die Fluidkammern 50 und 52 voneinander trennt. Die Fluidkammer 52 ist über eine nicht ·

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bezeichnete Bohrung mit der Atmosphäre verbunden. Eine-Rieht bezeichnete Feder ist vorgesehen und drückt die Membran 54 normalerweise in eine Richtung, bei der der Ventilkopf 44 die Öffnung verschliesst. Hierbei steht die Fluidkammer 50 mit der Ansaugleitung 16 über eine Passage 55 in Verbindung, die nahe der Kante des Drosselventils 22 über eine Bohrung H ausmündet, welche kurz aufstromseitig der obersten Stellung der Umfangskante des Drosselventils 22 bei dessen voll geschlossener Stellung angeordnet ist. Die Passage 55 kann sich abstromseitig des Drosselventils 22 in die Ansaugleitung 16 öffnen.

Eine Druekregel-Ventilanordrmng 56 ist vorgesehen, um den Unterdruck zur Betätigung des EGR-Steuerventils 42 zu steuern. Die Ventilanordnung 56 umfasst ein Gehäuse 58 mit vier Kammern 60, 62, 64 und 66 und drei flexiblen Membranen 68, 70 und 72. Die Membran 68 trennt die Kammern 60 und 62 voneinander. Die Membran 70 trennt die Kammern 62 und 64 voneinander. Die Membran 72 trennt die Kammern 64 und 66 voneinander. Die Membran 60 steht mit der Atmosphäre über ein Filtermedium und mit der Passage 55 über eine Passage 76 und eine; Einlassöffnung 78 in Verbindung. Die Kammer 64 steht über eine nicht bezeichnete Bohrung mit der Atmosphäre in Verbindung. Die kammer 66 1st mit der Kammer 36 der EGR-Leitung 30 über eine Passage 80 verbunden, in der eine Drosselstelle 82 ausgebildet ist. Die Membran 70 hat eine Arbeits- oder druckempfindliche Fläche, die grosser als die der Membranen 68 und 72 ist. Die Membrane 68, 70 und 72 sind z.B. mittels einer Stange 84 fest miteinander verbunden, so dass sie ,wie ein Körper arbeiten. Eine Feder 86 ist vorgesehen, um die Membrane 68, 70 und 72 in eine Richtung entgegengesetzt zum Atmosphärendruck in der Kammer 64 gemeinsam zu drücken. Eine Drosselstelle 88 ist in der Passage 55 an der der Ansaugleitung zugewandten Seite der Verbindung,an der die Passage 76 angeschlossen ist, ausgebildet. Ein Regelventil

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ist in der Kammer 60 relativ zur öffnung 78 beweglich ange-* odnet, um die Strömung an Atmosphärenluft in die öffnung 78 zu steuern. Dieses Ventil ist fest mit der Membran 68 verbunden .

Das Bezugszeichen 92 betrifft ein Dreiwege-Solenoidventil mit einem Gehäuse 94, das eine unterdruckkammer 96 bildet und drei öffnungen P₁, P„ und P_ hat. Die öffnung P^ steht, wie dargestellt, mit der Kammer 62 der Regelventilanordnung 56 über eine Passage 98 in Verbindung, in der eine Drosselstelle 100 ausgebildet ist. Die öffnung P₂ ist über eine Passage 102 mit einem in der Ansaugleitung 16 zwischen dem Luftströmungsmesser 24 und dem Drosselventil 22 ausgebildeten Ventüriabschnitt 104 verbunden. Die öffnung P₃ kommuniziert über eine Passage 106 mit der Ansaugleitung 16 zwischen dem Strömungsmesser 24 und dem Venturiabschnitt 104. In diesem Fall ist eine Passage 108 mit der Passage 106 verbunden, und diese Passage 108 hat eine Drosselstelle 110, durch die Atmosphärenluft in die Passage 106 eingeführt wird.

Das Dreiwege-Solenoidventil 92 weist in seiner Unterdruckkammer 96 ein bewegliches Ventilelement 112 auf, das normalerweise durch eine nicht näher bezeichnete Feder auf die öffnung P₃ vorgespannt ist, um diese öffnung P-> zu verschliessen. Das Ventilelement 112 ist so angeordnet, dass es sich in der Zeichnung beim Verschliessen der öffnung P₂ nach links bewegt und die öffnung P₃ freigibt, wenn eine Solenoidspule 114 erregt wird. Die Solenoidspule 114 ist elektrisch an wenigstens einem der Schalter 116, 120 angeschlossen, wobei 116 ein mit einem Geschwindigkeitsanzeiger 118 gekoppelter Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter und 120 ein mit dem Schalthebel 122 von einem nicht gezeigten Motorgetriebe gekoppelter Gangstellungsschalter 120 ist. Hierbei ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter 116 so ausgelegt, dass die Solenoidspule 114 des Dreiwege-Solenoidventils 92 erregt wird, sobald die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit eine bestimmte Höhe von 40 km/h oder mehr

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erreicht. Der Gangstellungsschalter 120 ist so ausgelegt, dass er die Solenoidspule 114 erregt, wenn die Gangstellung im Getriebe in einem den höchsten Gang (direkter Antrieb) und den sog. Overdrive umfassenden Bereich liegt. Die vorgenannten Fahrzeugfahrbedingungen liegen vor, wenn das Kraftfahrzeug im ausserstädtischen Verkehr fährt und werden daher als ausserstädtische Fahrbedingung bezeichnet. Bei derartigen Fahrbedingungen ist eine Abnahme der Abgasrückführrate erforderlich, um das Fahrverhalten des Fahrzeuges sowie den Brennstoffverbrauch zu verbessern, da eine relativ stabile Verbrennung im Motor unter solchen Fahrbedingungen vorliegt und die Erzeugung von NOx im Motor gering ist.

Die Arbeitsweise des so ausgelegten Steuersystems 10 für die Abgasrückführung wird nachfolgend beschrieben.

Bei urbanen Fahrbedingungen, wo die Fahrgeschwindigkeit unter 40 km/h liegt und/oder die erste, zweite oder dritte Gangstellung benutzt wird, ist die Solenoidspule 114 des Dreiwege-Solenoidventils 92 entregt und damit die öffnung P~ freigegeben, während die öffnung P- geschlossen ist. Hierdurch wird eine Verbindung zwischen der Passage 102 und der Passage 98 geschaffen und daher der Kammer 62 der Regelventilanordnung 56 der Unterdruck des Venturiabschnittes zugeführt. In diesem Zustand bewegen sich bei Verringerung des Venturiunterdruckes die Membrane 68, 70 und 72 integral, so dass das Ventil 90 die öffnungsweite der öffnung 78 verringert, um den Zufluss an Atmosphärenluft in die Passage und damit den Umfang der Verdünnung des in die Kammer 50 des Steuerventils 42 eingeleiteten Ansaugdruckes herabzusetzen. Dies hat zur Folge, dass sich die öffnungsweite des die Abgasrückführung steuernden Ventils 42 erhöht und damit eine grössere Menge Abgas in die Verbrennungskammer 12 des Motors rückgeführt wird. Dies verringert den Druck P in der Kammer

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und daher in der Kammer 66 der Ventilanordnung 56. Der verringerte Druck (unterdruck) P_e bewegt die Membrane 68, 70 und 72 gemeinsam dergestalt, dass sich die Öffnungsweite des Regelventils 90 in Bezug auf die Öffnung 78 vergrössert und damit in die Passage 76 eine grössere Menge Atmosphärenluft eintreten kann. Infolge davon nimmt die Verdünnung des Ansaugunterdruckes durch die Atmosphärenluft zu, um die öffnungsweite des Steuerventils 42 zu verringern und den Druck P in der Kammer 36 heraufzusetzen.

Wenn dagegen der Venturiunterdruck abnimmt, vergrössert sich das Ausmass der Verdünnung an in die Kammer 50 des EGR-Steuerventils eingeleitetem Ansaugunterdruck und nimmt daher die öffnungsweite des EGR-Steuerventils 42 ab, um die Menge an in die Verbrennungskammer 14 des Motors rückgeführtem Abgas zu verringern, Dies erhöht den Druck P und damit den Druck in der Kammer 66 der Ventilanordnung 56. Infolge davon nimmt die Verdünnung des Ansaugunterdruekes durch die Atmosphärenluft ab und erhöht sich die öffnungsweite des EGR-Steuerventils 42 zur Verringerung des Druckes P in der Kammer 36. Durch Wiederholung dieser Betriebsabläufe oder Rückführsteuervorgänge werden der Druck P und die öffnungsweite des EGR-Steuerventils 42 in entsprechender Weise in Werte umgewandelt, bei denen der Druck P im Gleichgewicht zum Venturiunterdruck steht, um die rückgeführte Abgasströmung genau entsprechend einer Zu- oder Abnahme des Venturiunterdruckes zu erhöhen und zu verringern.

Selbst wenn sich bei der vorgenannten Rückführsteuerung der an der Membran 54 des EGR-Steuerventils 42. anliegende Ansaugunterdruck bei unterschiedlicher Motorbelastung ändert, bleibt die Menge an rückgeführtem Abgas solange konstant, wie der Kammer 62 der Regelyentilanordnung 56 ein am Venturiabschnitt 104 erhaltenes Unterdrucksignal gleicher Grosse zugeführt wird. Ferner wird der Druck P nicht durch den Ansaugunterdruck am abstromseitigen Bereich 40 der EGR-Leitung 30 beeinflusst, und zwar auch dann nicht, wenn sich der Ansaugunterdruck im ab-

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stromseitigen Bereich 40 ändert.

Wenn ferner unabhängig vom Venturiunterdruck durch Änderung, desAnsaugunterdructe eine Änderung des Druckes P in der Kammer eintritt, arbeitet das EGR-Steuerventil 42 dergestalt, dass die Änderungen am Druck P durch die Druckregelventilanordnung 56 ausgelöscht werden. Wenn z.B. der Druck P ein negativer Druck ist und zunimmt, bewegen sich die Membrane 68, 70 und 72 integral, um die öffnungsweite des Regelventils 90 zur Öffnung 78 zu erhöhen. Infolge davon wird die Öffnungsweite des EGR-Steuerventils 42 ähnlich wie zuvor erwähnt herabgesetzt, so dass sich der Einfluss des Ansaugunterdruckes auf den Druck P reduziert und dieser auf den Ausgangswert zurückgebracht wird. Dies verhindert, dass sich die rückgeführte Abgasströmung unabhängig vom Venturiunterdruck ändert.

Daraus geht hervor, dass der Druck P auf einen bestimmten Wert gesteuert wird und sich daher die rückgeführte Abgasströmung nur als Funktion von dem am Ventür!abschnitt der Ansaugleitung erzeugten Venturiunterdruck ändert.

Damit wird eine geeignete Steuerung der Abgasrückführrate unter urbanen Fahrbedingungen erhalten, bei denen die Motorbelastung sich häufig unter Beeinträchtigung der Verbrennung im Motor ändert und somit die Emission von NOx sehr hoch ist. Das Abgasrückführverhalten bei einer solchen Steuerung der Abgasrückführrate ist durch die Kurve A in Fig. 2 wiedergegeben. In Fig. 2 betrifft die Linie L eine Fahrbedingung des Fahrzeuges mit 40 km/h in der höchsten Gangstellung.

Unter ausserstädtischen Fahrbedingungen, wo die Fahrgeschwindigkeit 40 km/h über-steigt und/oder der oberste oder Overdrive-Gang eingeschaltet ist, wird die Solenoidspule 114 des Dreiwege-Solenoidventils 92 durch den Fahrschalter 116 und/oder den

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Gangstellungsschalter 120 erregt, ma das Ventilelement 112 in der Zeichnimg nach links zu drücken. Infolge davon wird die öffnung P₂ geschlossen und die Öffnung P- freigegeben, so dass zwischen der Passage 106 und der Passage 98 eine Verbindung zustande kommt. Dann wird der Kammer 62 der Regelventilanordnung 56 relativ geringer unterdruck zugeführt, der aus der Ansaugleitung 16 zwischen dem Iiuftströmungsmesser 24 und dem Venturiabschnitt 104 stammt- Hierbei wird dieser relativ niedrige Unterdruck durch den über äl& Drosselstelle 110 zugegebenen Atmosphärendruck weiter verdünnt, wobei die Drosselstelle 110 die Funktion hat, das Äusmass der Verdünnung des Unterdruckes in der Passage 106 durch den Ätmosphärendruck zu steuern. Der Unterdruck in der Ansaugleitung 16 zwischen dem Luftdurchflussmesser 24 und dem Venturi— abschnitt 104 ist bei einer Fahrgeschwindigkeit von 40 km/h etwas niedriger als der Ätmosphärendruck, z.B. 60 mmHg. Natürlich ändert sich der Betrag des Unterdruckes mit der Geschwindigkeit der durch die Ansaugleitung 16 strömenden Ansaugluft.

Folglich wird eine relativ grosse öffhungsweite der öffnung beibehalten, was den Eintritt von einer relativ grossen Menge Atmosphärenluft in die Passage 76 bedingt. Diese verdünnt den in die Kammer 50 des EGR-Steuerventils 42 eingeführten Unterdruck, so dass sich der Ventilkopf 44 in der Zeichnung etwas nach oben bewegt. Daher wird eine gewisse Abgasrückführung auch unter ausserstädtischen Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges beibehalten, wie dies durch die Kurve B in Fig. 2 dargestellt ist.

Das vorgenannte Abgasrückfübr-Steuersystem. bietet die folgenden wesentlichen Vorteiler Selbst wenn die Gangstellung auf eine relativ hohe Fahrgeschwindigkeit gewechselt wird, indem z.B. bei einer Fahrgeschwindigkeit vom 40 km/h in den· oberen Gang Umgeschaltet wird, findet keine übermässige Abnahme der Äbgasrückführrate statt und verbleibt der Motor daher in stabilem

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Betriebsverhalten, ohne dass die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges beeinträchtigt werden. Bei ausserstädtischen Fahrbedingungen wird weiter eine beträchtliche Abgasrückführrate gemäss Fig. 2 beibehalten, um die KOx-Erzeugung im notwendigen Umfang zu unterdrücken.

Es versteht sich, dass der durch die Kurve B in Fig. 2 gezeigte Verlauf verändert werden kann, indem man die effektive öffnungsweite der in der Passage 108 ausgebildeten Drosselstelle 110 entsprechend wählt, um das Ausmass der Unterdruckverdünnung in der Passage 106 mittels der durch die Drosselstelle 110 zugeführten Atmosphärenluft zu steuern. Daher lässt sich der Verlauf der Kurve B in Fig. 2 in gewissem Umfang verändern.

Obschon, wie dargestellt und beschrieben, die mit der öffnung P₃ des Dreiwege-Solenoidventils 92 verbundene Passage 106 an die äussere Passage 108 angeschlossen ist,so daß in die Passage 106 Luft eingeführt wird, braucht die Passage 106 nicht mit der äusseren Passage verbunden sein, sondern direkt die-öffnung P., mit der Ansaugleitung 16 zwischen dem Luft strömungsmesser 24 und dem Venturiabschnitt 104 verbinden.

In Fig. 3 ist ein Beispiel für ein Steuersystem IQ¹ für die Abgasrückführung in Verbindung mit einem Automobil-Verbrennungsmotor 12 gezeigt, der mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystem ausgerüstet ist. Dieses EGR-Steuersystem 10^r ist im wesentlichen das gleiche wie das in der US-Patentanmeldung Ser.No. 851 190 vom 14. November 1977 mit dem Titel "Verbessertes Steuersystem für die Abgasrückführung" beschriebene. Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung des in vorgenannter Patentanmeldung beschriebenen EGR-Steuersystems dar.

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Das EGR-Steuersystem nach Fig. 3 weist zahlreiche ähnliche Teile und Elemente wie das in Fig. 1 gezeigte System auf, so dass für eine vereinfachte Beschreibung entsprechende Teile und Elemente die gleichen Bezugszeichen haben. Das EGR-Steuersystem nach Fig. 3 unterscheidet sich im wesentlichen von dem nach Fig. 1 darin, dass die öffnung P-, des Dreiwege-Solenoidventils 92' nur mit der Atmosphäre und nicht mit der Ansaugleitung 16 zwischen dem Luftdurchflussmesser 24 und dem Venturiabschnitt 104 verbunden ist.

Bei städtischen Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges wird bei dem EGR-Steuersystem 10' nach Fig. 3 das Ventilelement des Dreiwege-Solenoidventils 92' so beaufschlagt, dass es die öffnung P₃ schliesst und die öffnung P₂ freigibt. Daher arbeitet das EGR-Steuersystem 10¹ in der gleichen Weise wie das System 56 in Fig. 1.

Bei ausserstädtischen Fahrbedingungen jedoch, wo die Fahrgeschwindigkeit grosser 40 km/h ist und/oder der oberste bzw. Overdrive-Gang eingelegt ist, wird die Solenoidspule 114 des Solenoidventils 92' erregt, um das Ventilelement 112 in der Zeichnung nach links zu bewegen, so dass die öffnung P₂ geschlossen und die öffnung P₃ freigegeben wird. Dann wird der Kammer 62 der Regelventilanordnung 56 Atmosphärenluft zugeführt, um die öffnung 78 voll geöffnet zu halten. Eine grosse Menge Atmosphärenluft gelangt in die Passage 76, so dass der Unterdruck in der Kammer 50 des EGR-Steuerventils erheblich abfällt und nahe dem Atmosphärendruck kommt. Infolge davon kommt der Ventilkopf 44 fast auf dem in der Trennwand ausgebildeten Ventilsitz zu liegen, wodurch die Abgasrückführleitung 30 weitgehend verschlossen wird und eine Abgasrück-.führung zur Ansaugleitung 16 blockiert ist. Die Abgasrückführ- rate nähert sich damit 0 %, wie dies durch die Linie C in Fig. 2 angedeutet ist.

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Bei der Abgasrückfuhrsteuerung durch das in Fig. 3 gezeigte System findet in dem Moment, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit 40 km/h überschreitet und/oder die Gangsteilung auf den oberen oder Overdrive-Gang geändert wird, abrupt eine erhebliche Abnahme der Abgasrückführrate statt und ändert sich daher die Verbrennung im Motor ebenfalls abrupt, was die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges beeinträchtigt. Wenn eine sehr kleine Drosselstelle in der öffnung P₃ ausgebildet ist, um die Luftströmung durch die öffnung P- einzuschränken, kann die Abgasrückführrate an einer abrupten Änderung oder Verringerung gehindert werden, doch kann nicht verhindert werden, dass die Abgasrückführrate unter ausserstädtischen Fahrbedingungen, wie durch die Linie C in Fig. 2 angedeutet, nahe 0 % abfällt. Eine kleine Drosselstelle verstopft nämlich leicht mit Fremdstoffen, so dass eine zu kleine Drosselstelle unerwünscht ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vom Gesichtspunkt der Abgasemissionskontrolle selbst bei ausserstädtischen Fahrverhältnissen das praktische Fehlen einer Abgasrückführung nicht erwünscht wird.

Aus der Beschreibung der Fig. 1 wird man erkennen, dass die vorgenannten mit dem EGR-Steuersystem nach Fig. 3 verbundenen Probleme in wirksamer Weise durch das erfindungsgemässe EGR-Steuersystem gelöst werden können. Daher schafft die Erfindung eine wesentliche Verbesserung an dem in Fig. 3-gezeigten EGR-Steuersystem.

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Claims

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Steuersystem für die Abgasrückführung

PATENTANSPRÜCHE

(ij Steuersystem für die Abgasrückführung (EGR) bei einem mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoffeinsprxtzsystem ausgestatteten Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer, einer die Verbrennungskammer mit der
Atmosphäre verbindenden Ansaugleitung, einem in der Ansaugleitung ausgebildeten Venturiabschnitt, einem drehbar in der Ansaugleitung abstromseitig des Venturiabschnittes angeordneten Drosselventil, einem in der Ansaugleitung aufstromseitig des Venturiabschnittes angeordneten Luftströmungsmesser, der eine Information bezüglich der dem Brennstoffeinspritzsystem zugeführten Luftströmung abgibt, und einer Abgasleitung, die eine Verbindung zwischen der Verbrennungskammer und der Atmosphäre schafft, gekennzeichnet durch

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TELKFON (OBO) 33 3869 TELEX OB-3BSSO TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Oi=HGtNAL INSPECTED

eine EGR-Leitungseinrichtung (30), die die Abgasleitung mit der Ansaugleitung verbindet, um das Abgas in die Verbrennungskammer zurückzuführen;

ein Membran-betätigtes EGR-Steuerventil (42) , das wirkungsmässig in der EGR-Leitungseinrichtung angeordnet ist und die EGR-Leitungseinrichtung in einen aufstromseitigen Bereich (36, 38),der an die Abgasleitung angeschlossen ist, und einen abstromseitigen Bereich (40), der an die Ansaugleitung angeschlossen ist, aufteilt, wobei die Membran (54) des EGR-Steuerventils eine erste Kammer (50) bildet, die über eine erste Passage mit der Ansaugleitung verbunden ist, um der ersten Kammer den Ansaugunterdruck in der Ansaugleitung zuzuführen, so dass das EGR-Steuerventil entsprechend dem Ansaugunterdruck betätigt wird, um den Druck des Abgases im aufstromseitigen Bereich der EGR-Leitungseinrichtung so zu beeinflussen, dass die Strömung an rückgeführtem Abgas gesteuert wird;

eine Regeleinrichtung (56) zum Regeln des der ersten Kammer .(50) des EGR-Steuerventils zugeführten Ansaugunterdruckes entsprechend dem Abgasdruck im aufstromseitigen Bereich, und dem Unterdruck im Ventüriabschnitt (104), wobei die Regelein- · richtung eine zweite Passage (76) aufweist, die mit der ersten Passage (55) verbunden ist und eine mit der Atmosphäre*in Verbindung stehende Einlassöffnung (78) hat, sowie weiter aufweist: ein Druckregelventil (90) , das relativ zur Einlassöffnung der zweiten Passage beweglich ist, um die Strömung an durch die Einlassöffnung in die zweite Passage eintretender Atmosphärenluft zu steuern, eine erste und zweite flexible Membran (70, 72), welche eine zweite Kammer (62) und eine dritte mit dem aufstromseitigen Bereich (36, 38) der EGR-Leitungseinrichtung in Verbindung stehende Kammer (66) bilden sowie beide wirkungsmässig miteinander und wirkungsmässig mit dem Druckregelventil verbunden sind, um das Druckregelventil

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entsprechend dem Druck in der zweiten und dritten Kammer zu ■ betätigen, und

eine Selektionseinrichtung (92, 116, 120), die gezielt die zweite Kammer der Regeleinrichtung mit dem im Venturiabschnitt erzeugten Venturiunterdruck und mit wenigstens einem in der Ansaugleitung zwischen dem Luftströmungsmesser (24) und dem Venturiabschnitt erzeugten Unterdruck entsprechend den Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges, beaufschlagt.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Selektionseinrichtung aufweist:

ein Selektionsventil (92), das wirkungsmässig mit der zweiten Kammer (62) der Regeleinrichtung verbunden ist und in einer ersten Stellung eine Verbindung zwischen der zweiten Kammer

(62) und dem Venturiabschnitt (104) und in einer zweiten Stellung eine Verbindung zwischen der zweiten Kammer (62) und der Ansaugleitung (16) zwischen dem Luftströmungsmesser

(24) und dem Venturiabschnitt schafft, sowie eine Stelleinrichtung (116, 120), die das Ventil in die erste Stellung bei ürbanen Fahrverhältnissen und in die zweite Stellung bei ausserstädtischen Fahrverhältnissen setzt.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch g e k e*n η zeichnet , dass die Stelleinrichtung wenigstens einen Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter (116), der wirkungsmässig mit dem Selektionsventil (92) verbunden ist, um dieses in die zweite Stellung zu setzen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem bestimmten Wert oder über diesem liegt, und einen Gangstellungsschalter (120) umfasst, der wirkungsmässig mit dem Selektionsventil verbunden ist, um dieses in die zweite Stellung zu setzen, wenn sich das Getriebe des Motors in einer bestimmten Stellung befindet.

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4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -" zeichnet, dass das Selektionsventil ein Drewege-Solenoidventil (92) ist, das aufweist: eine erste Öffnung (P^), die über die dritte Passage (98) mit der zweiten Kammer der Regeleinrichtung verbunden ist, eine zweite Öffnung (P,) , die über die vierte Passage (102) mit dem Venturiabschnitt (104) verbunden ist, eine dritte Öffnung (P₃), die über die fünfte Passage (106) mit der Ansaugleitung zwischen dem Luftströmungsmesser (24) und dem Venturiabschnitt verbunden ist, und ein bewegliches Ventilelement {112), das in einer ersten Stellung die zweite Öffnung freigibt und die dritte Öffnung verschliesst, um eine Verbindung zwischen der dritten und vierten Passage bei erregter Solenoidspule (114) des Dreiwege-Solenoidventils zu errichten.und in einer zweiten Stellung, die zweite Öffnung verschliesst sowie die dritte Öffnung freigibt, um eine Verbindung zwischen der dritten Passage und der fünften Passage zu errichten.
5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch g β k e η n.-zeichnet, dass die fünfte Passage (106) eine sechste Passage (108) umfasst, die mit einer Drosselstelle (110) versehen ist, um in die fünfte Passage Luft einsickern zu lassen.
6. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet , dass der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter (116) elektrisch mit der Solenoidspule (114) des Dreiwege-Solenoidventils verbunden und so ausgelegt ist, dass er die Solenoidspule erregt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf dem bestimmten Wert oder über diesem liegt, und dass der Gangstellungsschalter

(120) elektrisch mit der Solenoidspule verbunden und so ausge legt ist, dass er die Solenoidspule erregt, wenn sich das Getriebe in einerbestimmten Stellung befindet.

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7. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der bestimmte Wert für die Fahrgeschwindigkeit 40 km/h und die bestimmte Stellung ein Gangbereich ist, der den obersten Gang und Overdrive umfasst.
8. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die EGR-Leitungseinrichtung (30) in ihrem aufstromseitigen Bereich (36, 38) eine Drosselstelle (32) hat, die eine mit der dritten Kammer (66) der Regeleinrichtung in Verbindung stehende Kammer (36) bildet.
9. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftströmungsmesser (24) eine Messplatte (26) aufweist, die wirkungsmässig in der Ansaugleitung angeordnet und durch die Strömung der durch die Ansaugleitung fliessenden Ansaugluft winkelmässig bewegbar ist.

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