DE69801891T2 - Steuervorrichtung für abgasrückführungssystem in einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuervorrichtung für abgasrückführungssystem in einer brennkraftmaschine

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Emissionssteuersystem für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein Abgasrückzirkulationssteuersystem (AGR-System) und auf eine Vorrichtung für Verbrennungsmotoren, die dahingehend wirken, daß sie NOx und andere Emissionen minimieren, während sie die Partikelstoffemissionen aus Verbrennungsmotoren minimieren.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und eine Technik zur Steuerung eines Paares von Betätigern bzw. Betätigungsvorrichtungen in einem Abgasrückzirkulationssystem eines Verbrennungsmotors und bezieht sich insbesondere auf eine Motorsteuerstrategie zur Verbesserung des Ansprechens und der Betriebscharakteristiken der Betätigungsvorrichtungen.
    • Technischer Hintergrund
  • Die Abgasrückzirkulation ist eine Technik, die im Großen und Ganzen verwendet wird, um die Erzeugung von unerwünschten Verunreinigungsgasen und Partikelstoffen im Betrieb der Verbrennungsmotoren zu steuern. Diese Technik hat sich insbesondere als nützlich bei Verbrennungsmotoren erwiesen, die in Motorfahrzeugen verwendet werden, wie beispielsweise Passagierbussen, Leichtlastwägen und anderen auf den Straßen fahrenden mit Motoren ausgerüsteten Ausrüstungsgegenständen. Die Abgasrückzirkulationstechnik sieht primär die Rückzirkulation von Abgasnebenprodukten in die Einlaßluftversorgung des Verbrennungsmotors vor. Das erneut in die Einlaßsammelleitung und darauf folgend in die Motorzylinder eingeleitete Abgas reduziert die Konzentration des Sauerstoffs darin, was wiederum die maximale Verbrennungstemperatur innerhalb des Zylinders senkt, was die Bildung von Stickoxyden verringert. Darüber hinaus enthalten die Abgase typischerweise einen Teil von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der bei seiner erneuten Einleitung in die Motorzylinder verbrannt wird, was weiter die Emission von Abgasnebenprodukten verringert, die als unerwünschte Verunreinigungen aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden würden.
  • Es ist jedoch nötig, sorgfältig den Anteil des rückzirkulierten Abgases in die Einlaßluft zu steuern. Während beispielsweise ein größerer Anteil des Abgases bei niedrigen Lastniveaus rückzirkuliert werden kann, ist es nötig, sicherzustellen, daß der Anteil des rückzirkulierten Abgases nicht übermäßig wird, was verursacht, daß der Motor stoppt, und zwar aufgrund eines Mangels an ausreichendem Sauerstoff zur Vermischung mit dem Brennstoff, um die Verbrennung zuzulassen. Wenn andererseits der Anteil des Abgases, der bei voller Motorlast rückzirkuliert wird, übermäßig ist, wird die Leistungsausgabe des Verbrennungsmotors verringert, und der Motor wird typischerweise nicht wünschenswerte Mengen von Rauch und Partikelstoffen aufgrund der nicht zufriedenstellenden Verbrennung in den Motorzylindern ausstoßen. Daher ist es klar, daß der Abgasrückzirkulationsprozeß wünschenswerterweise genau gesteuert wird.
  • Eine weitere Technik, die bei der Steuerung und Verringerung von nicht wünschenswerten Emissionen aus dem Verbrennungsmotor nützlich ist, ist die Anwendung von druckgeladener Einlaßluft. Dies gestattet die Anwendung von Verbrennungsmotoren mit relativ kleinerer Volumenverdrängung und mit leichterem Gewicht bei mobilen Ausrüstungsgegenständen, was wiederum den spezifischen Brennstoffverbrauch des Fahrzeugs und die Gesamtmasse des Fahrzeugs verringert, die nötig ist, um eine gegebene Funktion auszuführen. Zusätzlich zu den Vorteilen der verringerten Größe und Masse kann die typische Druckaufladungsvorrichtung gesteuert werden, um verbesserte Emissionscharakteristiken vorzusehen. Druckauflademaschinen, die für solche Anwendungen geeignet sind, sind beispielsweise der abgasgetriebene Turbolader, der typischerweise aus einer abgasgetriebenen Turbine besteht, die mit einem Kompressor verbunden ist, der in dem Einlaßluftstrom angeordnet ist, um die Kompression der Einlaßluft vorzusehen. Ein Weg zur Steuerung eines Turboladers ist es, ein Ventil bzw. eine Schleuse vorzusehen, die den Abgasfluß steuert und das Abgas leitet, so daß es an der Abgasturbine vorbeiläuft, und die die Laderate des Turboladers steuert, so daß die maximalen Druckgrenzen des assoziierten Verbrennungsmotors nicht überschritten werden. Weitere Mittel zur Steuerung eines Turboladers sind, einen Turbolader mit variabler Geometrie vorzusehen, der das Verändern der Turboladerflügelposition gestattet, und zwar ansprechend auf die Motordrehzahl oder die Motorbelastung oder auf beides. Die Veränderung der Flügelposition beeinflußt die Sammelleitungsdrücke innerhalb des Motorluftsystems, was wiederum die Rückzirkulationsrate der Abgase aus der Auslaßsammelleitung in die Einlaßsammelleitung beeinflußt.
  • Gegenwärtige Abgasrückzirkulationssysteme werden im allgemeinen verwendet, wenn ein Auslaßsammelleitungsdruck größer ist, als der Druck in der Einlaßsammelleitung. In einem druckaufgeladenen Motor, der beispielsweise turboaufgeladene und überladene Motoren mit einschließt, steigt der Druck in der Einlaßsammelleitung typischerweise, wenn die Motorlast steigt. Wenn der Druck in der Auslaßsammelleitung sich dem Druck in der Einlaßsammelleitung nähert, sinkt der Abgasrückzirkulationsfluß in einer Zumeßöffnung mit festem Durchmesser oder in einer Leitung zwischen der Einlaßsammelleitung und der Auslaßsammelleitung. Höhere Motordrehzahlen und Motorbelastungen haben auch im allgemeinen eine Steigerung der NOx-Emissionen zur Folge. Herkömmliche Abgasrückzirkulationssysteme bieten wenig falls überhaupt Abgasrückzirkulation während den Zeiten, wenn der Motor das meiste NOx erzeugt, da die niedrige Druckdifferenz zwischen der Auslaßsammelleitung und der Einlaßsammelleitung verhindert, daß genügend Abgas in die Einlaßsammelleitung eintritt. Somit stellen die Abgasrückzirkulationsflußrate und der Turboladerladedruck Motorbetriebsparameter dar, die indirekt verbunden sind, jedoch oft unabhängig gesteuert werden. Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die zuvor erwähnten Probleme zu überwinden. DE-A-196 28 235 offenbart ein integriertes IC-Motorsteuersystem in Kombination mit einem Abgasrückzirkulationssystem, das ein Ventil besitzt, um einen Teil der Abgase zurück in den Motor zu speisen, weiter einen Sensor zur Messung der Einlaßluftflußrate, einen Sensor zur Bestimmung des Motorbetriebszustandes und eine Vorrichtung zur Einstellung der Rückkoppelungs- bzw. Rückleitungsrate für das Abgas gemäß dem Motorzustand.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems (AGR-Systems) in einem Verbrennungsmotor mit zwei oder mehr Betätigungsvorrichtungen bei einem druckaufgeladenen Verbrennungsmotor. In den verschiedenen offenbarten und/oder in Betracht gezogenen Ausführungsbeispielen können die Betätigungsvorrichtungen ein Lufteinlaßdrosselventil, ein Abgasrückzirkulationsventil (AGR-Ventil), ein AGR-Bypass- bzw. AGR-Überleitungsventil, ein Turboladerrückdruckventil und/oder die einstellbaren Turbinenschaufeln in einem Turbolader mit variabler Geometrie aufweisen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für ein Abgasrückzirkulationssystem mit zwei oder mehr Betätigungsvorrichtungen vorgesehen, wobei das Steuersystem folgendes aufweist: eine Motorsteuerung, die geeignet ist, um zwei oder mehr Motorbetriebsparametereingänge aufzunehmen, und zwei oder mehr Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignale zu liefern; eine erste Betätigungsvorrichtung, die mit der Motorsteuerung gekoppelt ist und einen Eingang besitzt, um ein erstes Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal von der Motorsteuerung aufzunehmen, wobei die erste Betätigungsvorrichtung weiter mit einer ersten Betätigungsvorrichtung des Abgasrückzirkulationssystems verbunden ist und geeignet ist, um die erste Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das erste Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal zu steuern; eine zweite Betätigungsvorrichtung, die mit der Motorsteuerung gekoppelt ist und einen Eingang besitzt, um ein zweites Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal von der Motorsteuerung aufzunehmen, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung weiter mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung des Abgasrückzirkulationssystems verbunden ist und geeignet ist, um die zweite Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das zweite Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal zu betätigen; und wobei die Motorsteuerung geeignet ist, das zweite Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal basierend auf den Motorbetriebsparametereingaben und den Steuersignalen zu steuern, die mit der ersten Betätigungsvorrichtung assoziiert sind; dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung angeordnet ist, um einen Prozessor zur Erzeugung von vorgeschriebenen Betätigungsvorrichtungsgrenzen basierend auf den Motorbetriebsparametereingängen aufzuweisen, und wobei die vorgeschriebenen Betätigungsvorrichtungsgrenzen verwendet werden, um das erste Betätigungsvorrichtungsbefehlssignal einzustellen, um das erste Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal zu erhalten.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems in einem turboaufgeladenen Motor mit zwei oder mehr kooperativ bzw. gemeinsam gesteuerten Betätigungsvorrichtungen vor, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
  • Aufnahme von zwei oder mehr Motorbetriebsparametereingängen;
  • Erzeugung eines ersten Betätigungsvorrichtungsbefehlssignals ansprechend auf die Motorbetriebsparametereingänge;
  • Erzeugung eines ersten Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignals ansprechend auf das erste Betätigungsvorrichtungsbefehlssignal und eine oder mehrere erste Betätigungsvorrichtungssignalgrenzen;
  • Steuerung einer ersten Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das erste Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal;
  • Erzeugung eines zweiten Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignals ansprechend auf das erste Betätigungsvorrichtungssteuersignal und die Motorbetriebsparametereingänge; und
  • Steuerung einer zweiten Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das zweite Betätigunsvorrichtungssteuerausgangssignal;
  • dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Betätigungsvorrichtungssignalgrenzen basierend auf den Motorbetriebsparametereingängen bestimmt werden.
  • Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen gesehen wird, die verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen.
  • In den beigefügten Zeichnungen stellen die Figuren folgendes dar:
  • Fig. 1 offenbart schematisch ein Abgasrückzirkulationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in einem repräsentativen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, wobei ein Turbolader die Einlaßluftkomprimierungsvorrichtung ist, wobei das System kooperativ bzw. gleichzeitig ein Abgasrückzirkulationsventil (AGR-Ventil) in Verbindung mit dem Turboladerrückdruckventil steuert.
  • Fig. 2 offenbart noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgasrückzirkulationssystems, das in einem repräsentativen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, wobei ein Turbolader als die Einlaßluftkomprimierungsvorrichtung wirkt, und wobei das System kooperativ bzw. gleichzeitig ein Abgasrückzirkulationsventil (AGR-Ventil) in Verbindung mit der Betätigungsvorrichtung eines Turboladers mit variabler Geometrie steuert.
  • Fig. 3 ist ein allgemeines Blockdiagramm des Abgasrückzirkulationssteuersystems gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
    • Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Die folgende Beschreibung handelt von dem besten Weg, der gegenwärtig in Betracht gezogen wird, um die Erfindung auszuführen. Diese Beschreibung soll nicht im einschränkenden Sinne gesehen werden, sondern wird nur zum Zwecke der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung vorgesehen. Der Kern und Umfang der Erfindung sollte mit Bezugnahme auf die Ansprüche bestimmt werden.
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Abgasrückzirkulationssystems (AGR-System) 10 für einen turboaufgeladenen druckgezündeten Motor 12 gezeigt (beispielsweise für einen Dieselmotor). Wie dort zu sehen, weist der turboaufgeladene druck- bzw. verdichtungsgezündete Motor 12 eine Einlaßsammelleitung 14 auf, eine Auslaßsammelleitung 16, einen Turbolader 18 und einen Luft-Luft-Nachkühler 20. Der Turbolader 18 hat dabei eine abgasgetriebene Turbine 22, die mit einem Einlaßluftkompressor 24 gekoppelt ist. Der Turbolader 18 weist auch einen Abgaseinlaß 26 und einen Abgasauslaß 28 auf, die beide in Strömungsmittelverbindung mit der abgasgetriebenen Turbine 22 sind. Der Turbolader 18 weist weiter eine Frischlufteinlaßleitung 30 und eine Auslaßleitung 32 für komprimierte Luft auf, die beide in Strömungsmittelverbindung mit dem Luftkompressor 24 sind.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Abgasrückzirkulationssystem 10 eine Abgasrückzirkulationsleitung 34 und einen optionalen Abgasrückzirkulationskühler auf. Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die AGR-Leitung 34 in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßsammelleitung oder einer ausgewählten Anzahl von Brennkammern angeordnet, und ist geeignet, um einen Abgasfluß aus der Auslaßsammelleitung zu einer Position stromabwärts des Turboladers 18 und des Luft-Luft-Nachkühlers 20 und in der Nähe der Einlaßsammelleitung 14 zu leiten. Der abgeleitete Fluß des Abgases aus der Abgassammelleitung über die AGR- Leitung 34 wird unter Verwendung von einem oder mehreren AGR-Ventilen 40 gesteuert, die betriebsmäßig mit einer Motorsteuerung 80 assoziiert sind oder mit einem ähnlichen derartigen Motorsteuermodul.
  • Die Motorsteuerung 80, wie sie dem Fachmann bekannt ist, wird typischerweise verschiedene Mittel zur Steuerung des Betriebes des Motors ansprechend auf abgefühlte Messungen von verschiedenen Betriebsparametern des Motors enthalten, wie zu der Steuerung 80 durch verschiedene Sensoren geliefert, die an dem Motor und in Verbindung mit dem Motor angeordnet sind. Was das vorliegende AGR-System betrifft, ist die Steuerung 80 mit Mitteln zum Abfühlen der Betriebsdrehzahl und -last des Motors vorgesehen, und zwar durch Mittel, die dem Fachmann im allgemeinen bekannt sind. Die Motorsteuerung 80 ist auch geeignet, um die (nicht gezeigte) Brennstoffeinspritzvorrichtung zu steuern, um die Menge, den Zeitpunkt und die Dauer zu steuern, für die der Brennstoff in die Brennkammer des Motors eingespritzt wird. Die Motorsteuerung 80 ist oft geeignet, um die (nicht gezeigten) Lufteinlaßventile und die (nicht gezeigten) Auslaßventile zu steuern, die mit jedem der Motorzylinder assoziiert sind.
  • Zusätzlich zur Steuerung der Luft- und Brennstoffsysteme des Motors ist die Motorsteuerung 80 eine prozessorbasierte Vorrichtung oder Mittel, um eine Steuerung für das Abgasrückzirkulationssystem (AGR-System) des Motors vorzusehen, um eine unabhängige und gleichzeitige Steuerung des AGR-Ventils 40 und des Turboladerrückdruckventils 44 zu steuern. In einem bevorzugten Betriebszustand betätigt die Steuerung 80 das AGR-Ventil 40 auf eine vorgeschriebene Position, bevor das Rückdruckventil 44 betätigt wird, wodurch die Rückzirkulation des Abgases zur Brennkammer bei vorgeschriebenen Motordrehzahlen und Motorlasten optimiert wird. Wenn die Lastanforderung an den Motor ansteigt, betätigt die Steuerung 80 kontinuierlich das AGR-Ventil 40 und das Turboladerrückdruckventil 44, um einen kontinuierlichen Übergang der Steuerung vom AGR- Ventil 40 oder der ersten Betätigungsvorrichtung zum Turboladerrückdruckventil 44 oder der zweiten Betätigungsvorrichtung zu verursachen. Diese kooperative bzw. gemeinsam wirkende Steuerung von sowohl dem AGR-Ventil 40 als auch dem Turboladerrückdruckventil 44 gestattet es, daß die Steuerung 80 als Regelung (closed 100p) für diese Elemente wirkt, um eine präzise und ansprechende Steuerung der Abgasrückzirkulationsrate durch die Abgasrückzirkulationsleitung 34 in den meisten Betriebszuständen des Motors zu gestatten.
  • Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist vom Standpunkt der Struktur und des Betriebes dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sehr ähnlich. Die merklichen Unterschiede weisen den Turbolader und die gesteuerten Betätigungsvorrichtungen auf. Das Betriebsprinzip oder die Zusammenarbeit zwischen zwei Betätigungsvorrichtungen des AGR- Systems sind jedoch bei beiden Ausführungsbeispielen ziemlich ähnlich. Beispielsweise ist in dem in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel die Einlaßluftkomprimierungsvorrichtung vorzugsweise ein abgasgetriebener Turbolader 48 mit variabler Geometrie, und die erste Betätigungsvorrichtung ist das Abgasrückzirkulationsventil (AGR-Ventil) 40, das betriebsmäßig mit einer AGR-Leitung 34 assoziiert ist. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zieht jedoch die Verwendung der Betätigungsvorrichtungen 46 für die Turboladerflügel mit variabler Geometrie in Betracht, wie die zweite Betätigungsvorrichtung.
  • Die grundlegende Steuerung eines Turboladers mit variabler Geometrie wird verwirklicht durch Betätigung oder Einstellung der Position der Flügel der Turbine. Wenn in dieser Weise der Motor durch eine Lastveränderung läuft, schließen oder öffnen sich die Flügel des Turboladers auf eine gewisse vorgeschriebene Position oder Grenzen gemäß der verschiedenen Motorbetriebskarten oder Nachschautabellen, die in der Motorsteuerung 80 zu finden sind. Das Schließen der Flügel bewirkt, daß der Turbolader sich schneller bei einem gegebenen Luftfluß dreht, und steigert dadurch den Einlaßsammelleitungsdruck. Die Vergrößerung des Einlaßsammelleitungsdruckes wiederum beeinflußt die AGR-Flußrate. Im Gegensatz dazu wirkt das Öffnen der Turboladerflügel dahingehend, daß die Drehung des Turboladers verlangsamt wird und dies verringert den Einlaßsammelleitungsdruck, was gleichfalls die AGR-Flußrate beeinflußt. Es ist wichtig zu bemerken, daß die Veränderung der AGR-Flußrate wiederum den Abgasfluß zum Turbolader beeinflußt, so daß es viel wichtiger wird, präzise und kooperativ den Abgasfluß durch den Turbolader zu steuern, genauso wie den AGR-Fluß zur Einlaßsammelleitung.
  • Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm des bevorzugten oder in Betracht gezogenen Steuersystems gezeigt, das im allgemeinen durch das Bezugszeichen 81 bezeichnet wird. Wie veranschaulicht, wird das AGR- Steuersystem 81 betriebsmäßig mit einem Paar von Betätigungsvorrichtungen 84, 86 gekoppelt, um die betrieblichen ausgewählten Mechanismen zu steuern, wie beispielsweise die Luft- oder Auslaßflußventile, die mit dem Motor assoziiert sind. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Betätigungsvorrichtungen 84, 86 betriebsmäßig mit einem AGR-Ventil 40 und einer zweiten Betätigungsvorrichtung gekoppelt, wie beispielsweise mit einem Turboladerrückdruckventil oder einer Flügelbetätigungsvorrichtung eines Turboladers mit variabler Geometrie. Das offenbarte AGR-Steuersystem 81 sieht auch eine Rückkoppelungsschleife vor, wobei einer der Betätigungsvorrichtungssteuersignalausgänge als ein Eingang bzw. eine Eingangsgröße für die Steuerung der anderen Betätigungsvorrichtung verwendet wird. Das AGR-Steuersystem 81 verwendet auch einen oder mehrere gemessene Motorbetriebsparameter als Eingangssignale. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet das AGR-Steuersystem 81 gemessene Parameter, wie beispielsweise die Motordrehzahl und die Motorbelastung. Ähnliche solche Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise die Motorbetriebstemperaturen, die Kühlmitteltemperaturen, der Luftmassenfluß, die Brennstoffmasse, die Einlaßlufttemperaturen, die Drosselposition usw. können auch verwendet werden.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel arbeitet das AGR-Steuersystem 81 durch Bestimmung einer AGR-Ventilzielposition 87 basierend auf ausgewählten Motorbetriebsparametern, wie beispielsweise der gemessenen Motordrehzahl 88 und der erwünschten Brennstoffmasse 90, die im allgemeinen der Motorbelastung entspricht. Die AGR-Ventilzielposition 87 wird dann in ein AGR-Betätigungsvorrichtungsspannungssignal 92 umgewandelt. Gleichzeitig werden die Einlaßsammelleitungszustände und die Luftmassenflußzustände von geeigneten Motorbetriebssensoren 92 sichergestellt 94. Die gemessenen Parameter der Motordrehzahl 88 und der Brennstoffmasse 90 werden als Eingänge bzw. Eingangsgrößen zusammen mit den Zuständen der Motoreinlaßsammelleitung und den Zuständen des Luftmassenflusses verwendet, um ein Einlaßvarianzsignal 100 zu erhalten.
  • Das Einlaßvarianzsignal 100 zusammen mit dem AGR-Betätigungsvorrichtungsspannungssignal 92 wird zur AGR- Steuerung 102 geliefert, um das angewiesene AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 104 zu bestimmen. Das angewiesene AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 104 wird zu einer AGR- Begrenzungsvorrichtung 106 geliefert, die falls nötig, das angewiesene AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 104 so einstellt, daß es in vorgeschriebene Grenzen 107 fällt. Die vorgeschriebenen Grenzen 107 werden vorzugsweise unter Verwendung von verschiedenen Motorbetriebsparametern bestimmt, wie beispielsweise den Parametern der zuvor erwähnten Motordrehzahl 88 und der Motorbelastung 90. Das eingestellte oder korrigierte AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 108 wird dann an die AGR-Betätigungsvorrichtung 84 geliefert, wodurch das AGR-Ventil 40 zur angewiesenen Position befohlen wird.
  • Ein Rückkoppelungssignal 110, das das korrigierte AGR- Betätigungsvorrichtungssignal darstellt, wird dann mit dem angewiesenen AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 104 verglichen, um ein AGR-Betätigungsvorrichtungsvarianzsignal 112 zu erhalten. Irgendeine Varianz zwischen dem korrigierten AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 108 und dem angewiesenen AGR-Betätigungsvorrichtungssignal 104 wird in dem AGR-Betätigungsvorrichtungsvarianzsignal 112 eingeschlossen, welches als Eingangsgröße für die Turboladerventilsteuerung 120 verwendet wird. Gleichzeitig bestimmt das Steuersystem 81 auch eine Turboladerventilzielposition 122 basierend auf den ausgewählten Motorbetriebsparametern, wie beispielsweise der gemessenen Motordrehzahl 88 und der erwünschten Brennstoffmasse 90 oder der Motorbelastung. Die Turboladerventilzielposition 122 wird in ein Turboladerbetätigungsvorrichtungsspannungssignal 124 umgewandelt, welches zusammen mit dem AGR-Betätigungsvorrichtungsvarianzsignal 112 in die Turboladerventilsteuerung 120 eingegeben wird, und zwar zum Zwecke der Bestimmung des angewiesenen Turboladerbetätigungsvorrichtungssignals 126. Das angewiesene Turboladerbetätigungsvorrichtungssignal 126 wird zu einer Turboladerbegrenzungsvorrichtung 128 geliefert, die falls erforderlich das angewiesene Turboladerbetätigungsvorrichtungssignal 126 so einstellt, daß es innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen 130 liegt. Wie bei der AGR- Begrenzungsvorrichtung werden die vorgeschriebenen Grenzen 130 für die Turboladerbetätigungsvorrichtung 86 vorzugsweise unter Verwendung von verschiedenen Motorbetriebsparametern bestimmt, wie beispielsweise den Parametern der Motordrehzahl 88 und der Brennstoffmasse 90. Das korrigierte Turboladerbetätigungsvorrichtungssignal 132 wird an die Turboladerbetätigungsvorrichtung 86 geliefert, wodurch das Turboladerrückdruckventil 44 oder die Flügel des Turboladers mit variabler Geometrie zu der entsprechenden Position geleitet werden.
  • Wenn man die AGR-Betätigungsvorrichtung 84 und die Turboladerbetätigungsvorrichtung 86 zu den erwünschten Positionen in den Motor geleitet bzw. befehligt hat, werden die Luftflußmasse und andere Motorbetriebsparameter gemessen, um neue Eingangsgrößen für das Steuersystem 81 zu erhalten. In dieser Weise arbeitet das AGR-Steuersystem 81 in kontinuierlicher Weise bei den meisten Motorbetriebszuständen.
  • Es ist zu sehen, daß die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Vorteilen vorsieht, wie beispielsweise der Reduzierung von schädlichen oder unerwünschten Emissionen, wie beispielsweise von Partikelstoffen und NOx aus dem Motor für eine gegebene Drehzahl und Belastung. Diese Vorteile werden aufgrund der Tatsache verwirklicht, daß das AGR-Ventil als primäre Betätigungsvorrichtung für den Abgasfluß innerhalb des Motors eingesetzt wird, wobei die Turboladerflußsteuerungen (d. h. entweder das Rückdruckventil oder die Flügel des Turboladers mit variabler Geometrie) eine sekundäre und komplementäre Steuerung der Abgasrückzirkulationsrate vorsehen. Dies gestattet, daß die Abgasrückzirkulationsrate durch die Motorsteuerung über den größten Teil des Betriebsbereiches des Motors gesteuert wird.
  • Aus dem Vorangegangenen sollte klar werden, daß die vorliegende Erfindung somit ein Steuersystem und eine Vorrichtung für ein Abgasrückzirkulationssystem in einem Verbrennungsmotor vorsieht. Während die hier offenbarte Erfindung mittel spezieller Ausführungsbeispiele und Prozesse beschrieben worden ist, die damit assoziiert sind, können zahlreiche Modifikationen und Veränderungen daran durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen dargelegt wird, oder alle ihre Vorteile zu opfern.

Claims (16)

1. Steuersystem (81) für ein Abgasrückzirkulationssystem (10) mit zwei oder mehr Betätigungsvorrichtungen, wobei das Steuersystem (81) folgendes aufweist: eine Motorsteuerung (80) geeignet zum Empfang von zwei oder mehr Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90) und zum Liefern von zwei oder mehr Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignalen (108, 132); eine erste Betätigungsvorrichtung (84) gekoppelt mit der Motorsteuerung (80) und mit einem Eingang zum Empfang eines ersten Betätigungsvorrichtungsteuerausgangssignals (108) von der Motorsteuerung (80), wobei die erste Betätigungsvorrichtung (84) ferner mit einer ersten Betätigungsvorrichtung des Abgasrückzirkulationssystems (10) verbunden ist und geeignet ist zur Steuerung der ersten Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das erste Betätigungsvorrichtungsteuerausgangssignal (108); eine zweite Betätigungsvorrichtung (86) gekoppelt mit der Motorsteuerung (80) und mit einem Eingang zum Empfang eines zweiten Betätigungsvorrichtungsteuerausgangssignals (132) von der Motorsteuerung (80), wobei die zweite Betätigungsvorrichtung (86) ferner mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung des Abgasrückzirkulationssystems (10) verbunden ist und geeignet ist zum Steuern der zweiten Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das zweite Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal (132); und wobei die Motorsteuerung (80) geeignet ist, um das erwähnte Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal (132) zu erzeugen, und zwar basierend auf den erwähnten Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90) und den erwähnten Steuersignalen assoziiert mit der ersten Betätigungsvorrichtung (84); dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung einen Prozessor aufweist zur Erzeugung vorgeschriebener Betätigungsvorrichtungsgrenzen (107), und zwar basierend auf den Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90, 98), und wobei die erwähnten vorbeschriebenen Betätigungsvorrichtungsgrenzen (107) verwendet werden, um das erwähnte erste Betätigungsvorrichtungsbefehlssignal (104) einzustellen, um das erwähnte erste Betätigungsvorrichtungsteuerausgangssignal (108) zu ergeben.
2. Steuersystem (81) nach Anspruch 1, wobei die erste Betätigungsvorrichtung ein Abgasrückzirkulationsventil (40) ist.
3. Steuersystem (81) nach Anspruch 2, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung betriebsmäßig mit einem Turbolader (18) in Verbindung steht.
4. Steuersystem (81) nach Anspruch 2, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung ein Turboladerrück- oder -gegendruckventil (44) ist.
5. Steuersystem (81) nach Anspruch 2, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung eine Flügel- bzw. Schaufelbetätigungsvorrichtung (46) für einen eine variable Geometrie aufweisenden Turbolader (48) ist.
6. Steuersystem (81) nach Anspruch 2, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung (86) ein Lufteinlaßdrosselventil ist.
7. Steuersystem (81) nach Anspruch 1, wobei der Prozessor zur Erzeugung einer Ziel- oder Targetposition (87) für die erste Betätigungsvorrichtung (84) geeignet ist, und zwar basierend auf den Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90, 98).
8. Steuersystem (81) nach Anspruch 7, wobei der Prozessor ferner geeignet ist zur Erzeugung eines ersten Betätigungsvorrichtungsbefehlssignals (104) basierend auf der erwähnten Zielposition (87) und den erwähnten Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90, 98).
9. Steuersystem (81) nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner geeignet ist, zur Erzeugung einer Zielposition (122) für die erwähnte zweite Betätigungsvorrichtung (86), und zwar basierend auf den Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90).
10. Steuersystem (81) nach Anspruch 9, wobei der Prozessor ferner geeignet ist zur Erzeugung vorgeschriebener Betätigungsvorrichtungsgrenzen (130) für die zweite Betätigungsvorrichtung (86) basierend auf den erwähnten Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90), und wobei die vorgeschriebenen Betätigungsvorrichtungsgrenzen (130) für die zweite Betätigungsvorrichtung (86) dazu verwendet werden, um das zweite Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal (132) einzustellen.
11. Verfahren zum Steuern eines Abgasrückzirkulationssystems (10) in einem turbogeladenen Motor (12) mit zwei oder mehr kooperativ gesteuerten Betätigungsvorrichtungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte vorsieht:
Empfang von zwei oder mehr Motorbetriebsparametereingangsgrößen (88, 90);
Erzeugen eines ersten Betätigungsvorrichtungsbefehlssignals ansprechend auf die erwähnten Motorbetriebsparametereingangsgrößen;
Erzeugen eines ersten Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignals ansprechend auf das erwähnte erste Betätigungsvorrichtungsbefehlssignal und eine oder mehrere erste Betätigungsvorrichtungssignalgrenzen;
Steuern einer ersten Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das erwähnte erste Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal;
Erzeugen eines zweiten Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignals ansprechend auf das erwähnte erste Betätigungsvorrichtungssteuersignal und die erwähnten Motorbetriebsparametereingangsgrößen; und
Steuern einer zweiten Betätigungsvorrichtung ansprechend auf das erwähnte zweite Betätigungsvorrichtungssteuerausgangssignal;
dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Betätigungsvorrichtungssignalgrenzen basierend auf den erwähnten Motorbetriebsparametereingangsgrößen bestimmt werden.
12. Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems (10) nach Anspruch 11, wobei die erwähnte erste Betätigungsvorrichtung ein Abgasrückzirkulationsventil (40) ist.
13. Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems (10) nach Anspruch 11, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung betriebsmäßig mit einem Turbolader (18) in Beziehung steht.
14. Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems (10) nach Anspruch 11, wobei die zweite Betätigungsvorrichtung ein Turboladerrück- oder -gegendruckventil (44) ist.
15. Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems (10) nach Anspruch 11, wobei die erwähnte zweite Betätigungsvorrichtung eine Schaufelbetätigungsvorrichtung (46) ist für einen eine variable Geometrie besitzenden Turbocharger bzw. Tubolader (48).
16. Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationsssystems (10) nach Anspruch 11, wobei die erwähnte zweite Betätigungsvorrichtung ein Einlaßluftdrosselventil ist.
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