DE2911209A1

DE2911209A1 - Einrichtung zum regeln der abgasrueckfuehrrate bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2911209A1
Application number: DE19792911209
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Linder; Helmut Maurer; Klaus Dipl Ing Dr Mueller; Franz Ing Grad Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1979-03-22
Publication date: 1980-10-02
Also published as: US4426986A; JPS55125352A; US4333439A

Description

R. . 5363
26.2.1979 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist eine solche Einrichtung, bei der abhängig vom Kraftstoffverbrauch und von der Drehzahl mit Hilfe einer Mischklappe für Abgas und Frischluft ein bestimmter Frischluftanteil zugemessen wird. Grundgedanke ist folgender: Es hat sich gezeigt, daß die Abgaszusammensetzung bei einer Brennkraftmaschine unter anderem von der Verbrennungstemperatur abhängig ist; bei steigender Verbrennungatemperatur erhöht sich der Anteil an schädlichem Abgas, das es jedoch zu vermindern gilt. Infolgedessen muß die Ver·

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brermungstemperatur reduziert werden, und dies ist mit %

einem geringeren Sauerstoffanteil der Zylindergesaint- §

füllung möglich. Bei der bekannten Einrichtung wird da- |ii

her zu einer bestimmten Kraftstoffmenge, die sich am ■$■

Pahrerwunsch orientiert, die entsprechende Frischluft- ti

menge zugemessen und die restliche Gasfüllung für die g

Zylinder aus dem Abgas bereitgestellt. Dies hat zudem !·

den weiteren Effekt einer Schadstoffverminderung infolge || einer "Nachverbrennung" des rückgeführten Abgases.

Wenn auch die bekannte Einrichtung im allgemeinen annehmbare Ergebnisse zeigt, so stellt sie doch noch nicht § eine optimale Lösung dar, da insbesondere die Frischluft- | zumessung nur gesteuert wird, oder jedoch die Einrichtung I₁ bei Verwendung eines mechanischen Luftmengenmessers nicht 1 gerade kostengünstig ist. |

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die
Auswirkung der Abgasrückführung auf das austretende Abgas oder/und das angesaugte Gasgemisch aus Frischluft
und Abgas durch die Messung z.B. einer Abgaskomponente
(z.B. Sauerstoff) erfaßt und der Abgasanteil so korrigiert wird, daß der Ausstoß an Schadstoffen und/oder der Kraftstoffverbrauch minimal wird.

Dabei wird zugrundegelegt, daß die meßbare Abgaskomponente in jedem Betriebszustand mit Abgasrückführung Werte annehmen kann, bei denen das Abgas bezüglich aller Schadstoffe eine optimale Zusammensetzung aufweist.

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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn Konzentrationssonden für wenigstens eine Komponente sowohl des Abgases als auch der Ansaugluft verwendet werden. Darüber hinaus läßt sich bei der Erfassung von Abgaskomponenten noch ein Drosselorgan im Abgasrohr vorsehen, um über eine entsprechende Abgasdrucksteuerung eine gewisse Abgasrückführrate zu erhalten. Weitere Vorteile ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Gegenstände.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Regeln der Abgaszusammensetzung über die Abgasrückführung bei einer Brennkraftnaschine mit einer Sonde im Abgasrohr, Figur 2 eine entsprechende Einrichtung mit einer Sonde im Ansaugrohr, in Figur 3 ist der Gegenstand der Einrichtung sowohl mit einer Meßsonde im Abgasrohr als auch mit einer im Luftansaugrohr dargestellt mit einem zusätzlichen Abgasspeicher, Figur 4 zeigt eine entsprechende Einrichtung zur schichtweisen Steuerung von Abgas und Frischluft und schließlich zeigt Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Beeinflussung der Rückführrate mittels einer Drosselklappe im Abgasrohr.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Dargestellt sind in der Zeichnung grob schematisch Brenn-

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kraftmaschinen mit Ansaugrohren und Abgasrohren sowie den erfindungsgemäßen Einrichtungen zum Stellen der Abgasrückführrate.

In Figur 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, mit 11 ein Luftansaugrohr und mit 12 ein Abgasrohr. 13 kennzeichnet -?ine Kraftstoffpumpe, deren Durchsatz u.a. von einem Fahrpedal Ik bestimmt wird und die ihre zugemessene Kraftstoffmenge über ein Kraftstoffeinspritzventil 15 bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung unmittelbar in die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 einspritzt. Eine Abgasrückführleitung trägt das Bezugszeichen 17· An ihrer Einmündung in das Luftansaugrohr Ii befindet sich eine Mischklappe 18, die in ihren beiden Extremstellungen entweder die Abgasrückführleitung 17 oder - zumindest nahezu - das Luftansaugrohr verschließt. Ein Drehzahlmesser ist mit 20 bezeichnet, ein Kraftstoffmengenmesser mit 21, ein Fahrpedalstellungsmesser mit 22. Die Ausgangssigna].e von Drehzahlgeber 20 und Kraftstoffmengenmesser 21 oder Fahrpedalstellungsmesser 22 sind zu einer Datenerfassungseinrichtung 2k geführt, der über einen weiteren Eingang noch zusätzliche Größen wie z.B. ein Temperatur- und/oder ein Drucksignal zuführbar sind. Ausgangsseitig ist die Datenerfassungseinrichtung 2k zu einem Wechselschalter 26 geführt. Dieser Wechselschalter- verdeutlicht zwei Alternativen in der weiteren Signalverarbeitung. Beim ersten Weg, dem gezeichneten, gelangt das Ausgangssignal der Datenerfassungseinrichtung zu einer Speichermatrix 28 und nachfolgend gegebenenfalls zu einem Interpolator 29. Der zweite Weg betrifft die Ermittlung eines Steuersignals über ein Kennlinienglied 30. Die Ausgangssignale von Speichermatrix 28, Interpolator 29 und Kennlinienglied

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sind mit w bezeichnet, und sie sind Sollwertvorgaben ei-

z.B. ner Regeleinrichtung 31 zur Regelung/der Op-Konzentration im Abgas. Diesem Regelgerät 31 wird der Meßwert y bezüglich der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine 10 zugeführt, der mittels einer Sauerstoffmeßsonde 32 erfaßt wird. Die Sauerstoffsonde 32 gibt vorzugsweise ein analoges Signal in einer solchen Höhe ab, die der jeweiligen Sauerstoffkonzentration im Abgas entspricht. Insoweit ist die Sonde 32 ein Sauerstoff-Kon^entrationsmeßgerät.

Die Ausgangsgröße χ des Steuergerätes 31 wird einem elektrohydraulischen oder -pneumatischen Wandler 33 zugeführt, welcher wiederum über ein Stellglied 34 die Stellung der Mischklappe 18 beeinflußt.

Die Wirkungsweise des Gegenstandes von Figur 1 ist nun derart, daß in der Datenerfassungseinrichtung 2k ausgehend von einem Mengensignal und einem Drehzahlsignal sowie gegebenenfalls weiteren Parametern eine Eingangsgröße für die Speichermatrix 28 bzw. das Kennlinienglied 30 gebildet wird. Dort sind Speicherwerte abrufbar, die empirisch ermittelt wurden und eine feste Zuordnung von Betriebskenngrößen und Sauerstoffkonzentration im Abgas angeben. Die Sauerstoffkonzentrationswerte im Ab gas sind im allgemeinen fest gekoppelt mit bestimmten Schadstoffkonzentrationen und hier so ausgesucht_s daß die Schadstoffe in jedem Betriebspunkt oder über alle Betriebspunkte eines Tests aufsummiert in gewichteter Form ein Minimum ergeben. In diese Optimierung kann der Kraftstoffverbrauch eingeschlossen werden. Es ist eine Frage des jeweiligen Speichervermögens von Speicher-

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Figur 2 zeigt im Prinzip den gleichen Gegenstand wie Figur 1, mit dem Unterschied, daß sich die Meßsonde vor den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine 10 befindet und damit das angesaugte Gemisch aus Luft und Abgas auf seinen Sauerstoffgehalt hin mißt. Sie trägt zur leichteren Unterscheidung das Bezugszeichen 38. Von Vorteil ist die

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matrix 28 oder Kennlinienglied 30, welcher Feinheitsgrad §·

der Sauerstoffkonzentration im Abgas erreichbar ist_a |

Der ermittelte Sollwert w wird zum Regelgerät 31 wei- |,

tergeleitet und dieses Regelgerät erzeugt ein Stellsignal |

je nach Soll-Istwert-Abweichung seiner Eingangssignale. |

Realisierbar ist die Datenerfassungseinrichtung z.B. ;.

mittels unterschiedlich dimensionierter UND-Glieder, |

wobei je nach Ausführung die Datenerfassungseinrichtung |

2k und die Speichermatrix 28 bzw. das Kennlinienglied ff

30 auch aus mehrdimensionalen Speichern aufgebaut sein p

können. jj

Ausgehend von direkten oder indirekten Signalen der Fahrpedalstellung sowie der Drehzahl wird somit eine Sauerstoffkonzentrationsvorgabe geschaffen, deren Einhaltung mit dem Ausgangssignal des Sensors 32 eingeregelt werden kann. Eine Änderung beim Gegenstand von Figur 1 kann z.B. derart erfolgen, daß der Meßwertgeber 32a für eine Komponente des Abgases in der Abgasrückführleitung 17 untergebracht ist. Vorteilhaft ist diese Anordnung im Hinblick auf eine geringere Verschmutzung der Meßsonde; | andererseits jedoch erfordert sie eine gewisse Durchströ- j| mung der Abgasrückführleitung 17, so daß sich dann ein |] vollkommenes Verschließen der Mischklappe 18 verbietet.

einlaßventilseitige Anordnung des Sensors 38 insbesondere dann, wenn auf eine schnelle Regelung der Sauerstoffkonzentration im angesaugten Gasgemisch Wert gelegt wird, da bei dieser Anordnung die durch die Brennkraftmaschine 10 verursachte Totzeit vermieden wird. Allerdings ist die Sonde 38 aufgrund ihrer Lage stärker zu beheizen, und es wird nicht die Sauerstoffkonzentration im Abgas gemessen. Welche Einbauart der Meßsonde letztlich bei einem bestimm-'.'; ten Brennkraftmaschinentyp für einen bestimmten Verwen-

·■'* dungszweck am geeignetsten ist, hängt von vielerlei Fak-

^; toren ab.

Der Gegenstand von Figur 3 umfaßt neben den bereits aus den Figuren 1 und 2 bekannten Gegenständen einen Abgasspeicher 40. Außerdem ist sowohl eine Meßsonde 32 im Abgasrohr 12 als auch eine Sonde 38 im Luftansaugrohr 11 vorhanden. Des weiteren dient dem Auf- bzw. Entladen des Abgasspeichers 40 eine Klappe 41 im Abgasrohr 12 nach _:l der Austrittsöffnung der Abgasrückführleitung 42. Bei

":i dem Gegenstand dieser Figur 3 wird die Mischklappe 18

H unter anderem vom Ausgangssignal der Meßsonde 38 im Luft-

ansaugrohr 11 gestellt. Die Meßsonde 32 im Abgasrohr hin-

'\ gegen stellt über ein Steuergerät 44 einen Wandler 45 für

ί ein Stellglied 46, das wiederum die Klappe 4l stellt und

damit den Abgasstrom mehr oder weniger in den Speicher 40 bzw. in das Abgasrohr 12 leitet. Aufgabe dieses Regelkreises ist es, Abgas mit Konzentrationsspitzen - verursacht durch dynamische Fahrweise - in den Abgasspeicher 40 umzulenken, wo es mit vorhandenem Abgas aus vergangenen Fahrzuständen gemischt und über die Abgasrückführung der Verbrennung im Motor wieder zugeführt wird.

Um eine zu starke Drosselung des Abgasstromes durch

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die Klappe 4l bei hohen Abgasdurchsätzen zu vermeiden, befindet sich zwischen einem Steller 47 im Stellglied 46 und Klappe 41 eine Feder 48 mit parallelgeschaltetem Dämpfer 49. Die Klappe 4l wird dann durch den Abgasgegendruck geöffnet. Die skizzierte Regelung der Stellung der Klappe 4l kann selbstverständlich durch eine Steuerung ersetzt werden. Dabei kommen dann nur dynamische Verstellungen - abgegriffen z.B. an der Pumpe 13, am Kraftstoffmengenmesser 21 oder am Fahrpedalgestänge 50 zur Geltung (z.B. durch Gewichtung mittels eines D-Glieds). Sie werden kurzzeitig auf das Stellglied 46 geschaltet, woraus sich im Zusammenspiel mit der Feder 48 und dem Dämpfer 49 ein proportional-nachgebendes Verhalten der Klappe 41 ergibt.

Wesentlich ist beim Gegenstand der Figur 3» daß abhängig von der Konzentration z.B. des Sauerstoffs die Gaszusammensetzung im Luftansaugrohr vor den Einspritzventilen und/oder abhängig von der Abgaszusammensetzung im Abgasrohr geregelt wird. Ruß-Emissionsspitzen können stark abgebaut werden, wenn der Speicher 40 z.B. einen Feststoffabscheider mit umfaßt und somit ein Großteil der Fußpartikel ausgeschieden werden können.

Figur 4 zeigt eine Abänderung des Gegenstandes von Figur dahingehend, daß die Mischklappe 18 impulsweise verstellt wird und somit eine Schichtung der Gasfüllung in den Zylindern mit Frischluft und Abgas erfolgt. In diesem Falle bestimmt das Steuergerät 31 in Verbindung mit dem Stellwerk 33 den Druck des Steuermediums für das Stellglied 3¹* und somit die Stellung des Mischorgane 18, und dieser Druck kommt aufgrund einer drehzahlabhängigen Unter-

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*t,

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brechersteuerung 52 nur impulsweise zur Wirkung. Danebengezeichnet ist eine modifizierte Art des Unterbrechers Sie zeichnet sich durch eine Steuerung der Impulsdauern des Zulaufs zum Stellglied 3¹J mittels einer variierbaren Steuerkante aus, während bei dem unmittelbar in Figur H dargestellten Unterbrecher 52 keine Impulslängenmodulation der Druckbeaufschlagung stattfindet. Selbstverständlich läßt sich die Impulslängenmodulation auch rein elektrisch mit bekannten Mitteln ausgehend von Betriebskenngrößen realisieren.

Beim Gegenstand von Figur 5 findet die Abgasrückführung allein durch Erzeugung eines Abgasgegendrucks statt, indem im Abgasrohr eine Klappe 55 angeordnet ist, deren Stellung ausgehend von der Stellung des Fahrpedals 14 über einen Kennliniengenerator 56 bestimmt wird. Grundsätzlich öffnet die Klappe 55 beim Gasgeben und schließt beim Gaswegnehmen. Der Sonde 32, die eine Abgaskomponente mißt, fällt die Aufgabe zu, über das Steuergerät 31 und das elektrohydraulische Stellwerk 33 - wie oben schon beschrieben - einen Relativsteller 58 zu beeinflussen. Er liegt zwischen dem Fahrpedal lh und der Pumpe 13 bzw. entsprechenden Einstellgliedern davon und verändert die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs. Auf diese Weise ist es möglich, zur gesteuerten Abgasrückführung eine abgasabhängige Kraftstoffmengensteuerung vorzunehmen. Dabei kann der Sollwert w fest oder gleitend sein und wie z.B. beim Gegenstand von Figur 1 bereitgestellt werden.

Wesentlich ist beim Gegenstand dieser Figur 5 u.a., daß die Abgasrückführung nicht über eine Abgasrückführleitung erfolgt, sondern aufgrund des mittels der Klappe 55 einstellbaren Abgasdruckes.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

f1.J Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, mit vorzugsweise einer Mischklappe im Bereich der Eintrittsöffnung der Abgasrückfuhrleitung in das Saugrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellen der Mischklappe abhängig von der Konzentration einer Komponente des Luft-Abgas-Gemisches vor den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine (10) und/oder wenigstens einer der Komponenten des Abgases erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung abhängig von der Sauerstoff-Konzentration erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung zusätzliche Betriebskenngrößen wie Drehzahl, Druck oder Temperatur berücksichtigt.

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M. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Regelgröße insbesondere über ein Kennfeld (28, 30) erzeugbar ist.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis *4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasrohr (17) ein Abgassammler (²JO) zugeordnet ist, dessen Füllung abhängig von Betriebskenngrößen steuerbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung des Abgasspeichers (¹IO) abhängig von der Abgaszusammensetzung steuerbar ist.

7. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch intermittierenden Betrieb der Mischklappe (18).

8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» gekennzeichnet durch eine Sonde in der Abgasrückführungsleitung (17).

9. Einrichtung zum Steuern der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, gekennzeichnet durch ein Drosselorgan im Abgasrohr zur abgasdruck- und betriebskenngrößenabhängig gesteuerten Abgasrückführung.

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