DE4024088C1

DE4024088C1 -

Info

Publication number: DE4024088C1
Application number: DE4024088A
Authority: DE
Inventors: Franz 7317 Wendlingen De Bender
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1990-07-28
Filing date: 1990-07-28
Publication date: 1991-07-11
Anticipated expiration: 2010-07-29
Also published as: EP0469254A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Abgas rückführung in einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for controlling the exhaust gas feedback in an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Es sind Vorrichtungen zur Steuerung der Abgasrückführung mit tels eines in der Abgasrückführleitung angeordneten Steuerven tils bekannt, welches durch aus dem Saugrohr der Brennkraftma schine entnommenen Unterdruck steuerbar geöffnet werden kann. So beschreibt die DE-PS 31 18 787 eine derartige Vorrichtung, wobei der das Steuerventil ansteuernde Unterdruck in Abhängig keit von in einem Steuergerät verarbeitenden Motorbetriebspara metern ein- und ausgeschaltet wird, das heißt das Steuerventil geöffnet und geschlosen wird. Um nicht nur ein An- oder Ab schalten der Abgasrückführung zu erhalten, muß das den Unter druck beeinflussende Ventil als Verhältnis- oder Proportional ventil ausgebildet sein, welches auch Zwischenstellungen ein nehmen kann.There are devices for controlling the exhaust gas recirculation with means of a control valve arranged in the exhaust gas recirculation line tils known, which from the intake manifold of Brennkraftma vacuum can be opened controllably opened. DE-PS 31 18 787 describes such a device, the negative pressure driving the control valve depending on speed of engine operating pairs processing in a control unit meters on and off, that is, the control valve is opened and closed. To not just an on or off to get the exhaust gas recirculation to get the sub pressure-influencing valve as a ratio or proportional be formed valve, which also intermediate positions can take.

Dabei ist es von Vorteil, daß nicht nur ein aufwendiges Ventil eingesetzt werden muß, sondern daß auch eine entsprechende Steuerlogik mit Verarbeitung aller benötigten Referenzgrößen zur Anwendung kommen muß.It is advantageous that not only an expensive valve must be used, but that a corresponding Control logic with processing of all required reference quantities must be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern der Abgasrückführung so zu verbessern, daß die Abgasrückführrate betriebspunktabhängig ohne zusätzlichen Aufwand an Steuerparametern eines Steuerge rätes dosiert werden kann.The invention has for its object a device to control the exhaust gas recirculation improve that the exhaust gas recirculation rate depending on the operating point without additional effort in the tax parameters of a Steuerge advised can be dosed.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This task is performed in a generic device by the in the characterizing Part of claim 1 mentioned features solved.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.Further Advantages and configurations result from the subclaims and the description.

Das im Abgasrückführkanal zwischen dem Abgaskanal und dem An saugkanal einer Brennkraftmaschine angeordnete Steuerventil weist zur Betätigung des Ventilglieds zwei mechanisch gekoppel te Membraneinrichtungen auf, von denen die eine mit einem steu erbaren konstanten Unterdruck beaufschlagt wird und die zweite Membraneinrichtung über einen Steuerkanal mit dem Abgaskanal verbunden ist. Der Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine be aufschlagt die zweite Membraneinrichtung derart, daß das Ven tilglied entgegen der Kraft der das Steuerventil durch Unter druck öffnenden ersten Membraneinrichtung betriebspunktabhängig in Richtung auf seine Schließstellung bewegt wird. Der die erste Membraneinrichtung beaufschlagende Unterdruck ist in Ab hängigkeit von verschiedenen Motorbetriebsparametern an- und abschaltbar.That in the exhaust gas recirculation duct between the exhaust duct and the on Suction channel of an internal combustion engine arranged control valve has two mechanically coupled to actuate the valve member te membrane devices, one of which with a control developable constant negative pressure is applied and the second Membrane device via a control channel with the exhaust gas channel connected is. The exhaust gas back pressure of the internal combustion engine the second membrane device opens in such a way that the Ven valve member against the force of the control valve by sub pressure-opening first membrane device depending on the operating point is moved towards its closed position. The the first negative pressure acting on the membrane device is in Ab depending on different engine operating parameters can be switched off.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vor richtung zum Steuern der Abgasrückführung, Fig. 1 schematically the construction of an inventive pre direction for controlling the exhaust gas recirculation,

Fig. 2a eine Diagrammdarstellung des Ventilhubs des Abgasrück führventils in Abhängigkeit von Motorlast und Dreh zahl und Fig. 2a is a diagram of the valve lift of the exhaust gas recirculation valve as a function of engine load and speed and

Fig. 2b eine Diagrammdarstellung des Ventilhubs des Abgasrück führventils in Abhängigkeit von Motorlast und Dreh zahl mit stufenweiser Abschaltung der Abgasrückfüh rung. Fig. 2b is a diagram of the valve lift of the exhaust gas recirculation valve as a function of engine load and speed with gradual shutdown of the exhaust gas recirculation.

In der Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Steuern der Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 1 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die einen Ansaugkanal 2 sowie einen Abgaskanal 3 aufweist. In einem Abgasrückführungs kanal 4, welcher den Ansaugkanal 2 mit dem Abgaskanal 3 verbin det, ist ein Steuerventil 5 zur Steuerung des Abgasdurchflusses durch den Abgasrückführungskanal 4 angeordnet. Das Steuerventil 5 weist zwei über Federn 6 bzw. 7 vorgespannte Membraneinrich tungen 8 und 9 auf, mittels welcher der Schaft 10 des Ventils 11 befestigt werden kann und in entsprechender Weise den Abgas rückführungskanal 4 freigibt bzw. schließt. Die Membraneinrich tung 9 ist als Unterdruck-Membraneinrichtung ausgebildet, wel che über eine Unterdruckleitung 12 mit durch eine Unterdruck pumpe 13 erzeugtem Unterdruck versorgt wird. An dieser Unter druckpumpe 13 können in nicht näher dargestellter Weise auch noch weitere Verbraucher 14 angeschlossen sein. An die Unter druckleitung 12 kann zusätzlich ein Speicher 15 angeschlossen sein, der ein bestimmtes Vakuumvolumen schafft und durch eine Dynamikverbesserung ein schnelleres Schalten des Steuerventils 5 ermöglicht. Im Verlauf der Unterdruckleitung 12 ist ein über einen Anschluß 16 mit der Umgebungsluft verbundener Konstant druckregler 17 angeordnet, der den Unterdruck in der Leitung 12 auf einem konstanten, einstellbaren Niveau hält und dafür sorgt, daß Druckschwankungen in der Unterdruckleitung 12, die eine Verstellung des Steuerventils 5 zur Folge hätten und damit die Abgasrückführrate verändern würden, ausgeglichen werden. Die Einstellbarkeit des Konstantdruckreglers 17 ermöglicht den Aus gleich von Toleranzen im System und die Reduzierung von Serien systemdruckschwankungen. Desweiteren ist in der Unterdruckleitung 12 eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen, die aus einem elektromagnetisch gesteuerten 3/2-Wege-Ventil be steht. Wird die Steuereinrichtung 18 aktiviert, so wird die Membraneinrichtung 9 mit Unterdruck aus der Unterdruckleitung 12 in Richtung der Pfeile 26 beaufschlagt, öffnet entgegen der Kraft der Feder 7 über den Schaft 10 das Ventil 11 und ermög licht so die Rückführung von Abgas aus dem Abgaskanal 3 über den Abgasrückführkanal 4 in den Ansaugkanal 2. Über den Kon stantdruckregler 17 wird die Höhe des Unterdrucks in der Lei tung 12 derart eingestellt, daß das Steuerventil 5 bei akti vierter Steuereinrichtung 18 bis zu einer gewünschten Höhe öff net. Die Öffnung des Ventils 11 über den Unterdruck stellt eine Sicherheit bei einem eventuellen Ausfall der Abgasrückführrege lung dar, da bei einem Ausfall des Unterdruckes das Ventil 11 zwangsläufig in seine Schließstellung gebracht wird und die Abgasrückführung unterbrochen ist. Damit ist in jedem Falle die Fahrbarkeit der Brennkraftmaschine auch bei Ausfall der Steue rung gewährleistet. Der Abgasgegendruck im Abgaskanal 3 wird an einer Entnahmestelle 19 entnommen, über eine Leitung 20 der zweiten Membraneinrichtung 8 zugeführt und wirkt in Richtung der Pfeile 22 entgegen der Kraft der Feder 6. Auf diese Weise wird mit steigendem Abgasgegendruck, welcher dem Motorbetriebs punkt entspricht, das Steuerventil 5 gegen den in der ersten Membraneinrichtung 9 wirkenden Unterdruck immer mehr geschlos sen und damit die Abgasrückführrate gesenkt. So wird die Abgas rückführrate in einfacher Weise dem jeweiligen Motorbetriebs punkt entsprechend gesteuert.In FIG. 1, an apparatus is shown an internal combustion engine for controlling the exhaust gas recirculation schematically. 1 designates an internal combustion engine which has an intake duct 2 and an exhaust gas duct 3 . In an exhaust gas recirculation duct 4 , which connects the intake duct 2 to the exhaust duct 3 , a control valve 5 is arranged for controlling the exhaust gas flow through the exhaust gas recirculation duct 4 . The control valve 5 has two springs 6 and 7 preloaded membrane devices 8 and 9 , by means of which the stem 10 of the valve 11 can be fastened and in a corresponding manner releases or closes the exhaust gas recirculation channel 4 . The Membrane device 9 is designed as a vacuum membrane device, which is supplied via a vacuum line 12 with a vacuum generated by a vacuum pump 13 . At this under pressure pump 13 other consumers 14 can be connected in a manner not shown. At the vacuum line 12 , a memory 15 can also be connected, which creates a certain vacuum volume and enables faster switching of the control valve 5 by improving the dynamics. In the course of the vacuum line 12 , a constant pressure regulator 17 connected via a connection 16 to the ambient air is arranged, which keeps the vacuum in the line 12 at a constant, adjustable level and ensures that pressure fluctuations in the vacuum line 12 , causing an adjustment of the control valve 5 would result and thus change the exhaust gas recirculation rate, are compensated. The adjustability of the constant pressure regulator 17 enables the compensation of tolerances in the system and the reduction of series system pressure fluctuations. Furthermore, a control device 18 is provided in the vacuum line 12 , which consists of an electromagnetically controlled 3/2-way valve be. If the control device 18 is activated, the diaphragm device 9 is subjected to a vacuum from the vacuum conduit 12 in the direction of arrows 26, opens against the force of spring 7 via the shaft 10, the valve 11 and so enables the recirculation of exhaust gas from the exhaust passage 3 via the exhaust gas recirculation duct 4 into the intake duct 2 . About the Kon constant pressure regulator 17 , the amount of vacuum in the Lei device 12 is set such that the control valve 5 at acti fourth control device 18 to a desired height öff net. The opening of the valve 11 via the vacuum represents security in the event of a possible failure of the exhaust gas recirculation control system, since in the event of a vacuum failure the valve 11 is inevitably brought into its closed position and the exhaust gas recirculation is interrupted. In this way, the driveability of the internal combustion engine is guaranteed even if the control fails. The exhaust gas back pressure in the exhaust gas duct 3 is removed at an extraction point 19 , fed to the second membrane device 8 via a line 20 and acts in the direction of the arrows 22 against the force of the spring 6 . In this way, with increasing exhaust gas back pressure, which corresponds to the engine operating point, the control valve 5 against the negative pressure acting in the first membrane device 9 is closed more and more and thus the exhaust gas recirculation rate is reduced. So the exhaust gas recirculation rate is easily controlled according to the engine operating point.

Die aus dem elektromagnetisch (21) betätigten 3/2-Wegeventil bestehende und im Ruhezustand gezeichnete Steuereinrichtung 18 kann in nicht dargestellter Weise angesteuert werden. Dies kann über ein Steuergerät erfolgen, welches unterschiedliche Infor mationen und Parameter über den Betrieb der Brennkraftmaschine auswertet. So kann das in der Unterdruckleitung 12 vorgesehene Thermoventil 22, das die Aktivierung des Steuerventils 5 in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschi ne steuert, dadurch ersetzt werden, daß ein ohnehin in den mei sten Fällen zur Verfügung stehendes Signal eines Kühlmittel temperatursensors als eine der Eingangsgrößen des erwähnten Steuergeräts verwendet wird. Unterhalb einer vorgebbaren Tempe raturschwelle wird die Unterdruckbeaufschlagung der Membranein richtung 9 unterbrochen, so daß die Abgasrückführung bei kalter Brennkraftmaschine zur Verbesserung des Startverhaltens ausge schaltet ist.The composed of the electromagnetically-actuated (21) 3/2-way valve and drawn in the idle state control device 18 can be driven in a manner not shown. This can be done via a control unit, which evaluates different information and parameters about the operation of the internal combustion engine. Thus, the thermal valve 22 provided in the vacuum line 12 , which controls the activation of the control valve 5 as a function of the coolant temperature of the internal combustion engine, can be replaced by the fact that an already available signal from a coolant temperature sensor as one of the input variables in most cases of the control unit mentioned is used. Below a predeterminable temperature threshold, the negative pressure on the membrane device 9 is interrupted, so that the exhaust gas recirculation is switched off when the internal combustion engine is cold in order to improve the starting behavior.

Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit der Abgasrückführung wird dadurch realisiert, daß die Steuereinrichtung 18 über das nicht gezeigte Steuergerät drehzahlabhängig betätigt wird, zum Beispiel derart, daß die Steuereinrichtung erst bei Überschrei ten einer vorbestimmten Drehzahlschwelle aktiviert wird, das bedeutet, daß die Abgasrückführung unterhalb dieser Drehzahl schwelle ausgeschaltet ist und somit das Start- und Leerlauf verhalten der Brennkraftmaschine insbesondere in der Höhe und beim Rangierbetrieb verbessert wird.A further possibility of influencing the exhaust gas recirculation is realized in that the control device 18 is actuated in a speed-dependent manner via the control device (not shown), for example in such a way that the control device is only activated when a predetermined speed threshold is exceeded, which means that the exhaust gas recirculation threshold is switched off below this speed is and thus the starting and idling behavior of the internal combustion engine is improved, particularly in height and when maneuvering.

Zur Vermeidung von Rauchbildung, die durch mangelnden Sauer stoffgehalt bei Abgasrückführung im Vollastbereich hervorgeru fen wird, kann über einen einfachen Vollastkontakt, wie er zum Beispiel als Mikroschalter an der Einspritzpumpe der Brennkraft maschine angeordnet ist, ein Signal an das Steuergerät gegeben werden, das die Steuereinrichtung 18 deaktiviert und in der Folge die Abgasrückführung ausschaltet.To avoid smoke formation, which is caused by insufficient oxygen content in exhaust gas recirculation in the full-load range, a signal can be sent to the control unit via a simple full-load contact, for example as a microswitch on the injection pump of the internal combustion engine 18 deactivated and then switches off the exhaust gas recirculation.

Das beschriebene Steuerverhalten ist in der Fig. 2a in einer Diagrammdarstellung des Ventilhubs des Abgasrückführventils in Abhängigkeit von Motorlast M und Drehzahl n beschrieben. Mit 22 sind die Linien konstanten Ventilhubs bezeichnet. Mit steigen der Drehzahl n steigt der Abgasgegendruck und schließt dementsprechend das Steuerventil 5, das heißt reduziert den durch die Linien 23 dargestellten Ventilhub von seinem Maximum bis auf Null. Deutlich sichtbar ist die oben beschriebene Ab schaltung der Abgasrückführung, das heißt das Schließen des Steuerventils unterhalb der vorgebbaren Drehzahlschwelle n_s. Ebenfalls erkennbar ist die unterhalb der Vollastkennlinie 24 verlaufende Lastabschaltung 25 mittels des weiter obenerwähn ten Mikroschalters zur Vermeidung der Rauchbildung im Vollast bereich. Das von der Vollastkennlinie begrenzte Kennfeld ist demgemäß in zwei Bereiche unterteilt. In einem Bereich zwischen der Vollastkennlinie und der Lastabschaltkennlinie sowie unter halb der Drehzahlschwelle n_s wird die Membraneinrichtung des Steuerventils nicht mit dem Unterdruck beaufschlagt, sondern ist über die in Ruhestellung befindliche Steuereinrichtung mit dem Umgebungsdruck verbunden, so daß das Steuerventil geschlos sen und die Abgasrückführung somit gesperrt ist. In einem zwei ten Bereich, der von der Lastabschaltkennlinie 25 nach oben sowie nach unten von der Drehzahlschwelle n_s begrenzt ist, fin det eine Abgasrückführung statt in dem Maße, wie das Steuerven til geöffnet ist zwischen den eingezeichneten Stellungen "max" und "0". Der Öffnungsgrad ist dabei direkt abhängig vom Abgas gegendruck.The control behavior described is described in FIG. 2a in a diagram of the valve lift of the exhaust gas recirculation valve as a function of engine load M and speed n. With 22 the lines of constant valve lifts are designated. As the speed n increases, the exhaust gas back pressure increases and accordingly closes the control valve 5 , that is to say reduces the valve lift represented by lines 23 from its maximum to zero. The above-described switching of the exhaust gas recirculation is clearly visible, that is, the closing of the control valve below the predefinable speed threshold n _s . Also recognizable is the load cut-off 25 below the full-load characteristic curve 24 by means of the microswitch mentioned above to avoid smoke formation in the full-load range. The map delimited by the full-load characteristic curve is accordingly divided into two areas. In a region between the full-load characteristic and the load cut-off characteristic and below half the speed threshold n _s , the diaphragm device of the control valve is not acted upon by the negative pressure, but is connected to the ambient pressure via the control device which is in the idle position, so that the control valve is closed and the exhaust gas recirculation thus Is blocked. In a second region, which is limited by the load cut-off characteristic curve 25 upwards and downwards by the speed threshold n _s , exhaust gas recirculation takes place instead of to the extent that the control valve is open between the positions "max" and "0" shown . The degree of opening is directly dependent on the exhaust gas back pressure.

Aus Sicherheitsgründen kann auch eine Zwangsabschaltung bei einem bestimmten wählbaren nicht eingezeichneten Schwellwert n_s1 vorgesehen werden.For safety reasons, a forced shutdown can also be provided for a certain selectable threshold value n _{s1 (} not shown).

Das Diagramm aus Fig. 2b zeigt ein ähnliches Steuerverhalten und weist dieselben Bezugszeichen auf mit dem Unterschied, daß die Abschaltung der Abgasrückführung zum Vollastbereich hin an der Lastabschaltkennlinie, wie im Bild zu sehen ist, in der Art einer gestuften Kennlinie erfolgt. Diese gestufte Abschaltung kann zum Beispiel durch eine UND-Verknüpfung von mehreren Last- und Drehzahlschaltern erfolgen, so daß die Deaktivierung der Steuereinrichtung für bestimmte Drehzahlen n_x, n_y und n_y bei entsprechenden unterschiedlichen Lastwerten erfolgt. Auf diese Weise entsteht die mit x, y und z bezeichnete Stufung der Last abschaltkennlinie 25. Eine derartig gestufte Abschaltung der Abgasrückführung verbessert das Betriebsverhalten der Brenn kraftmaschine speziell im unteren Drehzahlbereich, ohne daß auf eine Abgasrückführung als Ganzes in diesem Bereich verzichtet werden müßte.The diagram from FIG. 2b shows a similar control behavior and has the same reference numerals, with the difference that the shutdown of the exhaust gas recirculation towards the full-load range takes place in the manner of a stepped characteristic curve, as can be seen in the figure, as can be seen in the figure. This stepped switch-off can take place, for example, by an AND operation of several load and speed switches, so that the control device is deactivated for certain speeds n _x , n _y and n _y at correspondingly different load values. In this way, the gradation of the load cut-off characteristic curve 25, designated x, y and z, is created. Such a staged shutdown of the exhaust gas recirculation improves the operating behavior of the internal combustion engine, especially in the lower speed range, without having to do without exhaust gas recirculation as a whole in this area.

Durch die direkte Abhängigkeit der Betätigung des Steuerventils 5 vom Abgasgegendruck wird außerdem ein Toleranzausgleich ge schaffen bezüglich der immer im System vorkommenden Gegendruck schwankungen, zum Beispiel infolge von Ablagerungen von Parti keln im Abgaskanal.The direct dependence of the actuation of the control valve 5 on the exhaust gas back pressure will also create a tolerance compensation with regard to the back pressure fluctuations that always occur in the system, for example as a result of deposits of particles in the exhaust gas duct.

In äquivalenter Weise können anstelle der beschriebenen Stell kraft Pneumatik-Unterdruck für das Steuerventil 5 selbstver ständlich auch andere Stellkräfte, wie zum Beispiel Hydraulik, elektromagnetische Stellkräfte oder Überdruck verwendet werden.In an equivalent manner, instead of the described actuating force, pneumatic negative pressure for the control valve 5 can of course also be used to actuate other actuating forces, such as hydraulics, electromagnetic actuating forces or excess pressure.

Die beschriebene Steuerungsvorrichtung kann zusätzlich auch noch mit einer Drosselklappe im Ansaugkanal kombiniert werden, wodurch infolge des höheren Druckgefälles eine höhere Abgasrück führrate erzielbar ist.The described control device can additionally can still be combined with a throttle valve in the intake duct, resulting in a higher exhaust gas return due to the higher pressure drop leadership rate is achievable.

Claims

1. Apparatus for controlling the exhaust gas recirculation in an internal combustion engine having an intake duct and an exhaust gas duct, with an exhaust gas recirculation duct connecting the intake duct and the exhaust gas duct to one another, in which a control valve is provided for the exhaust gas flow, with devices for determining and for delivering the engine speed , the engine coolant temperature and the engine load signals and with a control device which supplies the control valve provided with a first vacuum membrane device controllably with a vacuum, characterized in that the control valve ( 5 ) has a second membrane device ( 8 ) which with the first membrane device ( 9 ) is mechanically connected and acts against the force caused by the negative pressure, the second membrane device ( 8 ) being connected via a control channel ( 20 ) to the exhaust gas channel ( 3 ) and the exhaust gas back pressure of the internal combustion engine ( 1 ) is applied.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control device ( 18 ) is controlled as a function of the engine coolant temperature.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control device ( 18 ) is controlled as a function of the engine load (M).

4. The device according to claim 3, characterized in that the control valve ( 11 ) is completely open at zero load.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control device ( 18 ) is driven as a function of the engine speed (n).

6. The device according to claim 5, characterized in that the control valve ( 5 ) below a predetermined speed threshold (n _s ) is closed.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control device ( 18 ) consists of an electromagnetically ( 21 ) actuatable 3/2-way valve.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the negative pressure acting on the control valve ( 5 ) can be adjusted to a constant value by means of a regulator ( 17 ).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a storage element ( 15 ) is provided in the vacuum circuit.

10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control valve ( 5 ) is closed as a function of the engine speed at different load conditions.