DE4239773A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftma­ schine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 34 28 380 ist eine derartige Vorrichtung be­ kannt, allerdings mit einem speziellen elektrofluidischen Ventil in der mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Lei­ tung anstelle des heute üblichen elektromagnetischen Taktven­ tils (siehe z. B. DE-OS 37 29 468).

Bei herkömmlichen Abgasrückführsystemen wird das Abgasrück­ führventil drehzahl- und lastabhängig derart gesteuert, daß es beim Start, im Leerlauf, bei Vollast und im Schiebebetrieb geschlossen ist und im Teillastbereich mehr oder weniger ge­ öffnet ist. Wird ein Fahrzeug, in das eine derartige Brenn­ kraftmaschine eingebaut ist, in größeren Höhen betrieben, so verringert sich die Abgas-Rückführrate, da der Saugrohrdruck im Teillast-Bereich unverändert bleibt, während der Abgasge­ gendruck mit zunehmender Höhe sinkt und somit die Druckdiffe­ renz am AGR-Ventil abnimmt. Die reduzierte Abgas-Rückführrate verändert den Konvertierungsgrad des Katalysators, erschwert die Erkennung von Aussetzern durch die geänderte Abgasrück­ führrate und führt zu einer unzuverlässigen Überwachung des Abgas-Rückführsystems, die normalerweise durch einen Tempera­ tursensor in der Abgas-Rückführleitung erfolgt, der bei gerin­ gen Abgas-Rückführraten nur eine geringe Temperaturerhöhung anzeigt.

Zur Höhenkorrektur der Abgas-Rückführrate ist es bekannt (DE-PS 30 30 128), einen eigenen Drucksensor für den atmosphä­ rischen Druck vorzusehen, der die Abgasrückführung unter­ bricht, wenn der atmosphärische Druck sinkt. Abgesehen davon, daß dieser Vorschlag die vorstehend genannten Probleme nicht löst, sondern verstärkt, ist er durch das Vorsehen eines eige­ nen Drucksensors und der zu seinem Anschluß erforderlichen Leitungen aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsge­ mäßen Art zu schaffen, bei der eine Höhenkorrektur der Abgas-Rückführrate ohne zusätzliche Bauteile erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird der Umstand ausge­ nutzt, daß sich mit sinkendem atmosphärischem Druck bei gege­ bener Drosselklappenstellung die von dem Luftmassenmesser gemessene Luftmasse verringert. Die gemessene Luftmasse ist somit für jeden Drosselklappenwinkel zumindest im Teillastge­ biet ein Maß für den atmosphärischen Druck. Durch Vergleich des so ermittelten atmosphärischen Druckes mit dem Normaldruck (bei Meereshöhe) für den die Abgas-Rückführrate im Kennfeld abgelegt ist, kann nun ein Korrekturfaktor gebildet werden, um den die Abgas-Rückführrate aus dem Kennfeld für den betref­ fenden Drosselklappenwinkel erhöht wird. In der Praxis ge­ schieht dies durch entsprechende Vergrößerung des Tastverhält­ nisses des elektromagnetischen Taktventils. Da bei den moder­ nen elektronischen Motorsteuerungen das elektronische Steuer­ gerät, in welchem Brennstoffeinspritzsignale, Zündsignale sowie Signale zur Steuerung der Abgasrückführung gebildet werden, bereits die Drehzahl, die Last, die angesaugte Luft­ masse und meist auch den Drosselklappenwinkel als Eingangsgrö­ ßen erhält, ist es zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Vorschlages lediglich erforderlich, die Software für das elek­ tronische Steuergerät entsprechend zu ergänzen. Zusätzliche Hardware wird nicht benötigt.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann somit die drehzahl- und lastabhängige Abgas-Rückführrate unabhängig vom atmosphä­ rischen Druck im wesentlichen konstant gehalten werden. Dies ist auch im Hinblick auf die Diagnose, d. h. im Hinblick auf die Überwachung des Abgasrückführsystems von Bedeutung, da der Temperatursensor in der Abgas-Rückführleitung nun nicht mehr, wie bisher mit einer mit fallendem atmosphärischen Druck ge­ ringer werdenden Abgas-Rückführrate beaufschlagt wird, sondern mit einer konstanten Abgas-Rückführrate. Sinkt die Temperatur am Temperatursensor, so ist dies ein Anzeichen für eine feh­ lerhafte Funktion des AGR-Ventiles. Bedeutend verbessert wer­ den kann die Zuverlässigkeit der Diagnose, wenn entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Temperatursensor nicht, wie üblich, vor oder unmittelbar hinter dem AGR-Ventil angeordnet ist, sondern an der Einmündung der Abgasrückführ­ leitung in die Ansaugleitung. Bei dieser Anordnung wird der Temperatursensor nach Schließen des AGR-Ventils sehr schnell von der Ansaugluft gekühlt, so daß ein undichtes Ventil schnell erkannt wird, da bei einem undichten Ventil die von dem Sensor festgestellte Temperatur zwangsläufig höher ist als bei einem dichten Ventil. Es können also auch kleine Leckraten erkannt werden. Natürlich wird mit einem derart angeordneten Temperatursensor auch ein offenes AGR-Ventil erkannt, das im Leerlauf zu einem Stehenbleiben der Brennkraftmaschine führen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung,

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem die angesaugte Luftmasse in Ab­ hängigkeit vom Drosselklappenwinkel bei verschiedenen atmosphärischen Drücken hervorgeht,

Fig. 3 ein Diagramm, in der die Abgas-Rückführrate in Abhän­ gigkeit von dem atmosphärischen Druck für einen be­ stimmten Kennfeldpunkt dargestellt ist, und

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem der Temperaturverlauf in der Abgas-Rückführleitung über einen bestimmten Betriebs­ bereich hervorgeht.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Ansauglei­ tung 2 und einer Abgasleitung 3 dargestellt. In der Ansauglei­ tung 2 sind ein Luftmassenmesser 4 und eine Drosselklappe 5 angeordnet. Die Abgasleitung 3 ist mit der Ansaugleitung 2 durch eine Abgas-Rückführleitung 6 verbunden, die in die An­ saugleitung 2 stromabwärts der Drosselklappe 5 mündet. In der Abgas-Rückführleitung 6 ist ein Abgas-Rückführventil 7 ange­ ordnet, dessen Ventilkörper 8 mit einem Ventilsitz 9 in der Abgasrückführleitung 6 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 8 ist mit der Membran 10 eines pneumatischen Stellmotors 11 verbun­ den, die einen Arbeitsraum 12 begrenzt. In dem Arbeitsraum 12 ist eine Rückstellfeder 13 angeordnet, welche auf die Membran 10 wirkt und bestrebt ist, den Ventilkörper 8 in seiner ge­ schlossenen Stellung zu halten. Der Arbeitsraum 12 ist durch eine Steuerdruckleitung 14, in der eine Drossel 15 angeordnet ist, mit der Ansaugleitung 2 stromabwärts der Drosselklappe 5 verbunden. In die Steuerdruckleitung 14 mündet eine Luftlei­ tung 16, die zur Atmosphäre führt und in der ein elek­ tromagnetisches Taktventil 17 angeordnet ist. Das Taktventil 17 ist von einer elektronischen Steuereinrichtung 20 ansteuer­ bar, der unter anderem ein Drehzahlsignal n, ein Signal für den Drosselklappenwinkel von einem Drosselklappensensor 21 und ein Signal von dem Luftmassenmesser 4 für die angesaugte Luft­ masse zugeführt wird. In der elektronischen Steuereinrichtung 20 ist unter anderem ein Kennfeld für das Tastverhältnis des Taktventils 17 in Abhängigkeit von der Drehzahl und von der Last der Brennkraftmaschine 1 gespeichert.

Der Ventilkörper 8 des AGR-Ventils 7 ist durch die Feder 13 in seiner Schließstellung gehalten und er wird in Öffnungsrich­ tung verschoben, wenn ein entsprechender Unterdruck in der Arbeitskammer 12 des pneumatischen Stellmotors 11 herrscht. Der von dem Unterdruck in der Ansaugleitung 2 durch die Steu­ erleitung 14 ausgeübte Unterdruck in der Kammer 12 kann durch das Taktventil 17 variiert werden. Ist das Taktventil 17 of­ fen, was einem Tastverhältnis von 0% entspricht, so wird der Unterdruck in der Kammer 12 durch den Atmosphärendruck abge­ baut und der Ventilkörper 8 gelangt durch die Feder 13 in seine Schließstellung. Dies ist beispielsweise beim Starten, im Leerlauf, bei Vollast und im Schiebebetrieb der Fall. Im Teillastbereich wird das Tastverhältnis durch die elektroni­ sche Steuereinrichtung 20 drehzahl- und lastabhängig so ge­ steuert, daß die gewünschte Abgas-Rückführrate erreicht wird.

Der elektronischen Steuereinrichtung 20 wird, wie vorher er­ wähnt, der Drosselklappenwinkel DK und die von dem Luftmassen­ messer 4 gemessene angesaugte Luftmasse LM als Eingangsgrößen zugeführt. Aus Fig. 2 ist nun der Einfluß des atmosphärischen Drucks auf die angesaugte Luftmasse bei gegebenem Drosselklap­ penwinkel ersichtlich. In dem Diagramm von Fig. 2 stellt die voll ausgezogene Linie I die gemessene angesaugte Luftmasse in Meereshöhe bei 40°C in Abhängigkeit von dem Drosselklappenwin­ kel dar. Die gestrichelte Linie II stellt die Verhältnisse bei einer Höhe von 1600 m und einer Temperatur von 20°C dar, und die strichpunktierte Linie III die Verhältnisse bei einer Höhe von 3300 m und 10°C. Wie ersichtlich, sinkt die angesaugte Luftmasse besonders in dem für die Abgasrückführung interes­ sierenden Bereich zwischen etwa 40° und 60° Drosselklappenwin­ kel mit ansteigender Höhe stark ab. Während bei einem bestimm­ ten Drosselklappenwinkel der Saugrohrunterdruck in allen Höhen weitgehend konstant ist, fällt der Abgasgegendruck, d. h. der Druck in der Abgasleitung 3 von etwa 1 bar bei Meereshöhe auf etwa 0,7 bar bei 3300 m. Dies hat zur Folge, daß die Druckdif­ ferenz über das AGR-Ventil mit ansteigender Höhe absinkt, was die eingangs erwähnten unerwünschten Folgen hat.

Um eine einfache Höhenkorrektur der Abgas-Rückführrate durch­ zuführen, wird erfindungsgemäß der atmosphärische Druck durch die in der elektronischen Steuereinrichtung 20 enthaltene Software ermittelt, indem die von dem Luftmassenmesser 4 ge­ messene angesaugte Luftmasse LM bei den interessierenden Dros­ selklappenwinkeln ständig mit der angesaugten Luftmasse bei Meereshöhe verglichen und aus der Differenz ein Korrektur­ faktor für das Tastverhältnis des elektromagnetischen Ventils 17 gebildet wird, um das Ventil 17 weiter zu öffnen und eine im wesentlichen konstante Abgas-Rückführrate zu erreichen.

Aus Fig. 3 geht die Auswirkung der erfindungsgemäßen Höhenkor­ rektur auf die Abgas-Rückführrate für einen bestimmten Kenn­ feldpunkt, d. h. für eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte Last, hervor. In diesem Diagramm veranschaulicht die Linie A den Abfall der AGR-Rate mit abnehmendem Atmosphärendruck, wenn das Tastverhältnis des Ventils 17 konstant bleibt, während die Linie B die AGR-Rate bei korrigiertem Tastverhältnis dar­ stellt. Es ist ersichtlich, daß die AGR-Rate unabhängig vom Atmosphärendruck, d. h. unabhängig von der Höhe im wesentlichen konstant bleibt.

Die konstante Abgas-Rückführrate hat, wie eingangs erwähnt, einen günstigen Einfluß auf die Zuverlässigkeit der Überwa­ chung bzw. Diagnose des Abgasrückführsystems, da die bei ge­ ringen Rückführraten mögliche Fehlererkennung eliminiert ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, den Temperatursensor 22 für die Diagnose des Abgasrückführsystems möglichst nahe der Einmündung der Abgasrückführleitung 6 in die Ansaugleitung 2 vorzusehen. Diese Anordnung hat den großen Vorteil, daß mit ihr sehr schnell erkannt werden kann, ob das Abgasrückführsy­ stem richtig oder fehlerhaft arbeitet. Nach dem Schließen des AGR-Ventils 7 wird der Temperatursensor 22 von der angesaugten Luft sehr schnell abgekühlt. Ist jedoch das AGR-Ventil nicht ganz dicht, so fühlt der Sensor 22 eine Temperatur, die bei dichtgeschlossenem Ventil und auch bei geöffnetem Ventil nicht eintreten kann. Dann wird beispielsweise eine Warnleuchte eingeschaltet. Ferner wird gegenüber der üblichen Anordnung des Temperatursensors in der Abgas-Rückführleitung vor oder unmittelbar hinter dem AGR-Ventil ein deutlich früheres Erken­ nen zu großer oder zu kleiner Abgasrückführmengen ermöglicht, da durch die vorgeschlagene Anordnung des Temperatursensors ein wesentlich schmäleres Temperaturband vorliegt. Dies geht aus dem Diagramm von Fig. 4 hervor, in welchem auf der Abszis­ se ein bestimmter Zeitabschnitt im CVS-Zyklus und auf der Ordinate die Temperatur des rückgeführten Abgases aufgetragen ist. In dem Diagramm ist gestrichelt die Fahrkurve darge­ stellt, wobei mit ª ein Beschleunigungsabschnitt, mit b ein Verzögerungsabschnitt und mit c Leerlaufabschnitte bezeichnet sind. Die strichpunktierte Linie d veranschaulicht den Tem­ peraturverlauf bei einer Anordnung des Temperatursensors in der Abgasrückführleitung vor dem AGR-Ventil, und die voll ausgezogene Linie e veranschaulicht den Temperaturverlauf bei Anordnung des Temperatursensors 21 in der Mündung der Abgas­ rückführleitung 5 in die Ansaugleitung 2. Wie ersichtlich, ist an dieser Stelle der Temperaturanstieg in der Beschleunigungs­ phase und der Temperaturabfall in der Verzögerungsphase we­ sentlich steiler als vor dem AGR-Ventil. Dadurch läßt sich die Temperatur des rückgeführten Abgases wesentlich exakter be­ stimmen als in dem anderen Fall.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftmaschine mit einer einen Luftmassen­ messer (4) und eine Drosselklappe (5) aufweisenden An­ saugleitung (2), einer Abgasleitung (3) und einer Abgas- Rückführleitung (6), in der ein pneumatisches Abgas- Rückführventil (7) angeordnet ist, das einen Arbeitsraum (12) aufweist, der von einer mit einem Ventilkörper (8) verbundenen Membran (10) begrenzt ist und einerseits über eine Drosselstelle (15) mit der Ansaugleitung (2) stromabwärts der Drosselklappe verbunden ist und ande­ rerseits mit der Atmosphäre über ein elektromagnetisches Taktventil (17) verbindbar ist, dessen Tastverhältnis durch eine elektronische Steuereinrichtung (20) steuer­ bar ist, bei der in einem Kennfeld das Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last der Brenn­ kraftmaschine abgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der atmosphärische Druck aus der gemessenen Luftmas­ se und dem Drosselklappenwinkel ermittelt und das Tast­ verhältnis des Taktventils (17) derart korrigiert wird, daß eine im wesentlichen konstante Abgas-Rückführrate unabhängig vom atmosphärischen Druck erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektronischen Steuereinrichtung (20) durch Vergleich des ermittelten Atmosphärendruckes mit einem Referenzdruck (Normaldruck) ein Korrekturfaktor gebildet und das Tastverhältnis aus dem Kennfeld mit dem Korrek­ turfaktor multipliziert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 und 2, mit einem Temperatursensor (22) in der Abgasrückführleitung (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (22) an der Einmündung der Abgas­ rückleitung (6) in die Ansaugleitung (2) angeordnet ist.