DE3405170A1

DE3405170A1 - Abgasrueckfuehrungssystem fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3405170A1
Application number: DE19843405170
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Murakami; Shogo Kyoto Oomori
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1984-08-23
Also published as: FR2541373A1; JPS59153959A; JPH0475388B2; FR2541373B1; DE3405170C2; GB2136155B; US4534334A; KR840007612A; GB2136155A; KR900002314B1; GB8403707D0

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem für Verbrennungskraftmaschinen, welches die Bildung von Schadstoffen im Abgas dadurch verringert, daß die Verbrennungstemperatur durch Rückführung eines Teiles des Abgases in das Einlaßsystem der Maschine gesenkt wird.

Bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Ottomotren, entstehen große Mengen von Stickoxid (NO ), wenn unter bestimmten Betriebsbedingungen die Verbrennungstemperatur ansteigt. Um die Bildung von NO zu verhindern, verwendet man ein Abgasrückführungssystem (nachstehend abgekürzt als "EGR-System"), welches die Verbrennungstemperatur dadurch senkt, daß ein Teil der inerten Abgase zur Verbrennungskammer zurückgeführt wird. Dieses bekannte EGR-System öffnet oder schließt gewöhnlich ein Abgasrückführventil oder Steuerventil, welches die Menge des zurückzuführenden Abgases entsprechend den Betriebsbedingungen, die sich als Veränderungen in der Kühlwassertemperatur und im Unterdruck des Motors manifestieren, steuert. Es gibt beispielsweise ein EGR-System, welches den Unterdruck im Einlaßsystem über ein Umschaltventil in eine Membrankammer einbringt, um ein Steuerventil, welches mit der Membran verbunden ist, zu einer vorgegebenen Zeit zu öffnen oder zu schließen. Bei einem anderen EGR-System werden die Betriebsbedingungen des Motors in elektrische Signale umgewandelt. Aufgrund derartiger Signale wird die Größe der Öffnung des Steuerventils, die zur Erzielung der gewünschten Betriebsbedingungen benötigt wird, berechnet. Alsdann gibt die Steuereinrichtung ein Signal ab, welches das öffnen oder Schließen des Steuerventils in dem gewünschten Ausmaß erlaubt. Bei einem derartigen System wird

; ; - .--■;:. 3A05170

Andrejewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

ein Sollwert a der Ventilöffnung aufgrund der Betriebsbedingungen des Motors in Abtastintervallen Ts gemäß Fig.1 eingestellt. Da sich der Sollwert a ändert und vom Istwert b, welcher das Ausmaß darstellt, bis zu welchem das Steuerventil sich tatsächlich öffnet oder schließt, UmE₁ abweicht, erzeugt die Steuerung einen Impuls mit einer Impulsdauer T ₁, welche proportional einer Differenz £ ^ ist, welches dann in ein Schaltsignal f für ein das Ventil öffnendes Solenoid verwandelt wird. Anschließend gibt man eine Ruhezeit T einer gegebenen Länge, um die Steuerung zu stabilisieren. Sobald der Impuls T- jedoch abgegeben ist, ist es unmöglich, den nächsten Schritt zu unternehmen, bevor die Ruhezeit T abgelaufen ist. Selbst wenn sich daher der Sollwert a im Punkt T» ändert, setzt das Schaltsignal f die Aufgabe mit einer Impulsdauer T.. fort. Erst wenn nach Ablauf der Ruhezeit T der Punkt T₃ erreicht ist, kann ein Impuls mit einer Impulsdauer T ₂ proportional einer Differenz B^ ausgegeben werden. Daraus ergibt sich, daß bei dem herkömmlichen vorbeschriebenen EGR-System nicht vermieden werden kann, daß viel Zeit verloren geht, wie dies durch das Bezugszeichen T_ in Fig.1 angedeutet ist. Infolgedessen kann der Istwert b (oder die Hubhöhe) des Steuerventils in enger Übereinstimmung mit einer derart allmählichen Veränderung im Sollwert a, wie er in Fig.2 (a) dargestellt ist, eingestellt werden. Ein enges Mitgehen wird jedoch manchmal unmöglich, wenn plötzliche Veränderungen auftreten, wie dies in den Figuren 2 (b) und (c) dargestellt ist. In den Figuren 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen f ein Schaltsignal, aufgrund dessen das Steuerventil sich in Öffnungsrichtung bewegt, und das Bezugszeichen g ein Schaltsignal, aufgrund dessen das gleiche Ventil sich in Schließrichtung bewegt.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein EGR-System zu schaffen, welches ein Steuerventil besitzt, welches ohne jegliche Verzögerung jeder plötzlichen Veränderung im Sollwert der Ventilöffnung folgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Abgasrückführungssystem für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einer Abgasrückleitung, durch welche ein Teil der Abgase in das Einlaßsystem zurückgeführt wird, einem in dieser Rückleitung angeordneten Steuerventil, einer die Ventilöffnung kontinuierlich verändernden Ventilbetätigung, einem Sensor für die Ventilöffnung, welcher ein dem Istwert der Ventilöffnung entsprechendes Signal erzeugt, einer die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine feststellenden Einrichtung und einer ein Schaltsignal an die Ventilbetätigung abgebenden HauptSteuerung erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsteuerung einen aufgrund eines von der die Betriebsbedingungen feststellenden Einrichtung abgegebenen Signals einen Sollwert der Öffnung des Steuerventils einstellenden Sollwertgeber aufweist, ferner eine einen Unterschied zwischen dem Sollwert und dem vom Ventilöffnungs-Sensor festgestellten Istwert der Ventilöffnung ermittelnde Vergleichseinrichtung, eine jede plötzliche Veränderung des Sollwertes feststellende, prüfende und übermittelnde Einrichtung, eine Einrichtung zur Einstellung einer gegebenen Ruhezeit und einen Impulsgeber, welcher ein Schaltsignal an die Ventilbetätigung abgibt und durch welchen '' die Abgabe des nächsten Schaltsignals während der Ruhezeit ', zurückhaltbar ist, welche durch die Einstelleinrichtung vorgegeben wurde, nachdem der Impulsgeber ein Schaltsignal

Andrejewsld, Honlce & Partner, Patentanwälte in Essen

abgegeben hat, dessen Länge der Differenz entspricht, die von der Vergleichseinrichtung festgestellt wurde, und ein Schaltsignal abgibt, dessen Länge einer neuen Differenz entspricht, die auf dem Signal beruht, welches von der eine plötzliche Veränderung des Sollwertes feststellenden Einrichtung abgegeben wird, wenn sich der Sollwert plötzlich ändert.

Kurz gesagt besitzt das erfindungsgemäße EGR-System eine Hauptsteuerung, welche einer Ventilbetätigung ein Schaltsignal liefert, welches die Öffnung des Steuerventils auf einem Sollwert hält. Ein besonderes Merkmal der Hauptsteuerung besteht darin, daß sie eine plötzliche Veränderung im Sollwert der Ventilöffnung mittels einer diese plötzliche Veränderung prüfenden Einrichtung feststellt, sofort den Normalbetrieb unterbricht und ein Schaltsignal abgibt, welches einem neu eingestellten Sollwert der Ventilöffnung entspricht.

Demgemäß ermöglicht das erfindungsgemäße EGR-System eine Steuerung der Öffnung eines Steuerventils auf den Sollwert nicht nur unter normalen Betriebsbedingungen, sondern auch dann, wenn der Sollwert der Ventilöffnung sich plötzlich ändert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig.1 ein Arbeitsablauf-Diagramm eines herkömmlichen EGR-Systems;

Fig.2 Arbeitsablauf-Diagramme eines herkömmlichen EGR-Systems ohne Zwangsbetätigung;

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Fig.3 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Bauteilen eines erfindungsgemäßen EGR-Systems;

Fig.4 ein Arbeitsablauf-Diagramm des EGR-Systems gemäß Fig.3; und

Fig.5 Arbeitsablauf-Diagramme eines erfindungsgemäßen EGR-Systems mit Zwangsbetätigung.

Das in Fig.3 dargestellte erfindungsgemäße EGR-System 1 öffnet und schließt eine Abgasrückleitung 2, welche mit der Auspuffanlage eines nicht dargestellten Benzinmotors in Verbindung steht, und eine mit dem Einlaßsystem des gleichen Motors über ein Steuerventil 4 in Verbindung stehende Rückleitung 3. Der Ventilkörper des Steuerventils 4 ist ein Nadelventil, welches die effektive Querschnittsfläche der Rückleitung verändert, wenn es sich in Richtung des Pfeiles A hebt oder senkt. Die Menge des rückgeführten Abgases verändert sich im Verhältnis zur effektiven Querschnittsfläche. Das Steuerventil 4, dessen Öffnung bzw. dessen Hubhöhe durch einen Ventilantrieb 5 verändert wird, besitzt eine Membran 6 mit einer Rückführfeder, einen Unterdruckkanal 8 und einen mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Kanal 9, wobei beide Kanäle mit der Unterdruckkammer 7 in Verbindung stehen, ferner ein erstes Solenoidventil 10, welches den Unterdruckkanal öffnet und schließt, und schließlich ein zweites Solenoidventil 11, welches den Kanal 9 öffnet und schließt. Als Unterdruck-Quelle 12 kann der Unterdruck im Einlaßkanal verwendet werden, oder es kann auch ein Unterdruckbehälter vorgesehen werden, welcher mit einer nicht

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

dargestellten Säugpumpe verbunden ist. Mit dem Steuerventil 4 ist ein die Ventilbewegung feststellender Sensor 13, welcher nachstehend als Hubsensor bezeichnet werden soll, verbunden, welcher ein der Hubhöhe b entsprechendes Signal erzeugt, welches die Öffnung des Steuerventils 4 bestimmt. Dieses Istwert-Signal wird als Rückkopplungssignal einer Hauptsteuerung 14 zugeleitet, die nachstehend beschrieben werden soll.

Die Hauptsteuerung 14 ist mit den beiden Solenoidventilen 10 und 11 verbunden und besteht aus einem Mikrocomputer, wie er in seiner Funktionsweise in Fig.3 dargestellt ist. Sie besitzt einen Sollwertgeber 15, mit welchem ein Temperatursensor 16 verbunden ist, welcher ein der Kühlwassertemperatur entsprechendes elektrisches Signal abgibt, ferner einen Belastungssensor 17, welcher ein der Motorbelastung entsprechendes elektrisches Signal abgibt, und ein Drehzahlsensor 18, welcher ein der Motordrehzahl entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Aufgrund der von diesen Sensoren abgegebenen Signale stellt der Sollwertgeber 15 die Betriebsbedingungen des Motors fest und bestimmt die Menge an zurückzuführendem Abgas, welche für diese Betriebsbedingung zweckmäßig ist, wobei vorher eingegebene Motordaten verwendet werden. Alsdann wird die Hubhöhe des Steuerventils 14 zur Erzielung der bestimmten Menge an zurückzuführendem Abgas von weiteren Kenndaten abgeleitet, welche vorher eingegeben wurden. Die abgeleitete Hubhöhe wird zu einem Sollwert a, welcher als Sollwertsignal V ausgegeben

el

Andrejewsld, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

- 10 -

Das Sollwertsignal V vom Sollwertgeber 15 wird in einen Comparator 20 eingegeben sowie in eine Einrichtung 21, welche eine plötzliche Veränderung im Sollwert der Ventilöffnung fest-j stellt und ein entsprechendes Signal abgibt. Diese Einrichtung kann auch als Notsignal-Geber bezeichnet werden. Bei Empfang des Sollwertsignals V₃ und des Istwertsignals V- vom Hubsensor 13, liefert der Comparator 20 ein Differentialsignal V, welches einer Differenz £ zwischen dem Sollwert a und dem Istwert b entspricht, an einen Impulsgeber 22. Der Impulsgeber 22 erzeugt einen Impuls mit einer dem Differentialsignal V proportionalen Impulsdauer als Schaltsignal. Je nachdem, ob die Differenz positiv oder negativ ist (in Fig.4 sind die Werte £ bzw. € 2 positiv bzw. negativ) oder ob das Ventil angehoben oder gesenkt werden soll, wird der Impuls dem ersten Solenoidventil 10 oder dem zweiten Solenoidventil 11 zugeleitet. Vorgesehen sind ferner eine Einstelleinrichtung 23 für eine Blindzone sowie eine Einstelleinrichtung 24 für eine Ruhezeit. Die Einstelleinrichtung 23 unterbricht die Impulsabgabe des Impulsgebers 22, wenn die Differenz £ ^ unterhalb des vorgegebenen Wertes Ρ_β liegt (siehe Fig.4). Die Einstelleinrichtung 24 stellt eine Ruhezeit T ein, während welcher das Resultat der impulsinduzierten Betätigung nicht im Istwert b erscheint, da im gesamten Steuersystem eine Arbeitsverzögerung vorliegt, und hält die Erzeugung eines neuen Impulses während dieser Zeit zurück.

Die Einrichtung 21 stellt eine Veränderung im Sollwert a fest und läßt den Impulsgeber 22 einem erzwungenen Muster folgen, wenn die Veränderung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

- 11 -

Wenn dieses Muster beginnt, werden alle durch die Schaltsignale festgelegten Aktionen einschließlich der Erzeugung eines abzugebenden Impulses und des Abwartens des Endes der Ruhezeit T zwangsweise unterbrochen. Dann wird der Impulsgeber 22 dazu

gebracht, ein neues Schaltsignal abzugeben, welches einem neuen momentanen Sollwert entspricht. Dies bedeutet, daß der Impulsgeber 22 einen Impuls mit einer Impulsdauer abgibt, welche der Differenz zwischen dem neuen Sollwert und dem Istwert der Ventilöffnung als ein Schaltsignal f oder g entspricht.

Nachstehend soll anhand des Arbeitsablauf-Diagrammes in Fig.4 die Arbeitsweise des in Fig.3 dargestellten EGR-Systems 1 beschrieben werden.

Es wird davon ausgegangen, daß die Betriebsbedingungen des Motors, welche vom Temperatursensor 16, dem Belastungssensor 17 und dem Drehzahlsensor 18 festgestellt werden, auf einen normalen Lauf im Anschluß an die Aufwärmzeit hinweisen, und daß der Istwert b der Öffnung des Steuerventils 4 im wesentlichen gleich dem Sollwert a ist. Wenn der Sollwert sich stark in der Richtung verändert, daß das Steuerventil sich mit einer Veränderung in den Betriebsbedingungen des Motors während einer Prüfzeit T anhebt, so wird ein Impuls mit einer Impulsdauer T .. proportional der Differenz € - als Schaltsignal f dem ersten Solenoidventil 10 eingespeist. Dann hebt sich das Steuerventil 4 mit einer durch die punktierte Linie angegebenen Verzögerung und es ergibt sich eine Veränderung im Istwert b. Wenn sich innerhalb der Impulsdauer T-. der Sollwert a wieder am Punkt T ändert und das Veränderungsverhältnis da

Andrejewslci, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

- 12 -

einen vorgegebenen Gernzwert überschreitet, dann setzt der Notfallgeber 21 den Impulsgeber 22 mit einem erzwungenen Impulsbild in Betrieb, wodurch das Schaltsignal f unterbrochen wird und ein Impuls mit einer Impulsdauer T „ proportional der Differenz £ ₂ zum gleichen Zeitpunkt T- dem zweiten Solenoid 11 als Schaltsignal g eingespeist wird. Alsdann wird die Impulserzeugunt unterbrochen, da der Motor normal läuft, der Sollwert a während der Impulsdauer T ₂ ^und äie Differenz kleiner bleibt als der vorgegebene Wert P_E, und zwar selbst nach Ablauf der Ruhezeit T .

Bei dem anhand der Fig. 3 vorbeschriebenen EGR-System 1. setzt der Notfallgeber 21 den Impulsgeber 22 mit einem erzwungenen Impulsbild in Betrieb, sodaß dieser ein Schaltsignal abgibt, welches einem neuen Sollwert entspricht, wenn sich der Sollwert a plötzlich ändert, wobei die normale Arbeitsweise unterbrochen wird. Dadurch wird der Zeitverlust T_L gemäß Fig.1 ausgeschaltet und die Empfindlichkeit des EGR-Systems 1wesentlich verbessert.

Fig.5 zeigt Ablaufdiagramme des EGR-Systems 1, welches mit Sollwerten betrieben wird, welche denen von Fig.2 gleich sind. Bei dem in Fig.5 (c) dargestellten Fall, bei welchem der Sollwert a sich stark ändert, setzt das erzwungene Impulsbild ein, , ungleich dem Fall von Fig.1 (c), um eine ausreichend hohe _; Empfindlichkeit einzuhalten, sodaß der Istwert b der Ventil- I Öffnung mit geringster Verzögerung der Veränderung im Soll- i wert a der Ventilöffnung folgen kann. Wenn der Sollwert a sich '

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

- 13 -

nur gering ändert, wie dies in (a) und (b) der Fig.5 dargestellt ist, kann jedoch eine angemessene Ruhezeit nicht benutzt werden und der sich ergebende Mangel, daß der Istwert b dem Schaltsignal f oder g nicht mehr dicht nachfolgen kann, führt zu dem wiederholten Auftreten vom überschwingen P₁ oder vom Unterschwingen P₂, was wiederum zum Rütteln führt. Wenn jedoch die Bezugshöhe oder der Bezugswert zur Feststellung einer plötzlichen Veränderung im Sollwert in Anbetracht dieses Rütteins eingestellt wird, sodaß beispielsweise der Normalbetrieb fortgesetzt wird, wenn die Veränderung im Sollwert a die Größe gemäß (a) und (b) der Fig.5 erreicht, läßt sich ohne Schaden für die Stabilität des Systems die Empfindlichkeit verbessern.

Die in dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehene Ventilbetätigung besteht aus der Membran 6, der Unterdruckquelle 12, dem ersten Solenoidventil 10 und dem zweiten SoIenoidventil 11 usw.. Das Steuerventil kann allerdings auch durch einen in einem Luftzylinder gleitenden Kolben anstelle der Membran 6 betätigt werden, oder auch durch die Solenoidventile allein.

Leerseite

Claims

No.33-8, 5-Chome, Shiba, Minato-Ku,

Tokyo, Japan

Abgasrückführungssystem für Verbrennungskraftmaschinen.

Patentansprüche:

1 .J Abgasrückführungssystem für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einer Abgasrückleitung, durch welche ein Teil der Abgase in das Einlaßsystem zurückgeführt wird, einem in dieser Rückleitung angeordneten Steuerventil, einer die Ventilöffnung kontinuierlich verändernden Ventilbetätigung, einem Sensor für die Ventilöffnung, welcher ein dem Istwert der Ventilöffnung entsprechendes Signal erzeugt, einer die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine feststellenden Einrichtung und einer

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

ein Schaltsignal an die Ventilbetätigung abgebenden Hauptsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsteuerung (14) einen aufgrund eines von der die Betriebsbedingungen feststellenden Einrichtung (16, 17, 18) abgegebenen Signals einen Sollwert (a) der Öffnung des Steuerventils (4) einstellenden Sollwertgeber (15) aufweist, ferner eine einen Unterschied zwischen dem Sollwert (a) und dem vom Ventilöffnungs-Sensor (13) festgestellten Istwert (b) der Ventilöffnung ermittelnde Vergleichseinrichtung (20), eine jede plötzliche Veränderung des Sollwertes (a) feststellende, prüfende und übermittelnde Einrichtung (21), eine Einrichtung (24) zur Einstellung einer gegebenen Ruhezeit (T ) und einen Impulsgeber (22) , welcher ein Schaltsignal (f, g) an die Ventilbetätigung (5) abgibt und durch welchen die Abgabe des nächsten Schaltsignals während der Ruhezeit (T ) zurückhaltbar ist, welche durch die Einstelleinrichtung (24) vorgegeben wurde, nachdem der Impulsgeber (22) ein Schaltsignal (f, g) abgegeben hat, dessen Länge der Differenz ( £-i) entspricht, die von der Vergleichseinrichtung (20) festgestellt wurde, und ein Schaltsignal (f, g) abgibt, dessen Länge einer neuen Differenz (S₂) entspricht, die auf dem Signal beruht, welches von der eine plötzliche Veränderung des Sollwertes (a) feststellenden Einrichtung (21) abgegeben wird, wenn sich der Sollwert (a) plötzlich ändert.
2. Abgasrückführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigung (5) aus einer mit einer Unterdruckquelle (12) über ein erstes Solenoidventil (10) und mit der Atmosphäre über ein zweites Solenoidventil (11) ver-

Andrejewsla, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

"" j ™

bundenen Unterdruckkammer (7) und einer entsprechend dem Unterdruck in dieser Unterdruckkammer (7) sich bewegenden und mit dem Steuerventil (4) verbundenen Membran (6) besteht.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Impulsgeber (22) ein Signal (f) lieferbar ist, um das Steuerventil (4) in Öffnungsrichtung zum ersten Solenoidventil (10) zu schalten, und ein Signal (g), um das Steuerventil (4) in Schließrichtung zum zweiten Solenoidventil (11) zu schalten.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine feststellende Einrichtung (16, 17, 18) aus einem ein der Kühlwassertemperatur entsprechendes elektrisches Signal erzeugenden Sensor (16), einem ein der Motorbelastung entsprechendes elektrisches Signal erzeugenden Belastungssensor (17) und einem ein der Motordrehzahl entsprechendes elektrisches Signal erzeugenden Drehzahlsensor (18) besteht.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsteuerung (14) eine Einstelleinrichtung (23) für eine Blindzone enthält, durch welche der Impulsgeber (22) derart abschaltbar ist, daß kein Ausgangssignal (f, g) erscheint, wenn die Differenz (£ ^) einen vorgegebenen Grenzwert (Ρ_β) nicht erreicht.