DE19720642A1

DE19720642A1 - Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine in a motor vehicle

Info

Publication number: DE19720642A1
Application number: DE19720642A
Authority: DE
Inventors: Hans Klein
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-11-19
Also published as: EP0878619A2; EP0878619A3

Description

Zukünftige Schadstofflimitierungen, deren Zahlenwerte bereits jetzt diskutiert werden, lassen sich mit Verbrennungsmotoren nur unter Einsatz eines auf die Saugseite rückgeführten Teils des Abgasmassenstroms unterschreiten. Um die Emission von Stickstoffoxiden so gering wie möglich zu halten, muß der Anteil des rückgeführten Abgases an der Zylinderladung möglichst hoch eingestellt werden. Bei betriebspunktabhängig jeweils optimal eingestellter Höhe des rückgeführten Abgasstromes kann über die Stickoxidreduzierung hinaus auch der Anteil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und der Kraftstoffverbrauch positiv beeinflußt werden. Dies gilt grundsätzlich sowohl für Diesel- als auch für Otto-Motoren. Wird dieser optimale Anteil rückgeführten Abgases an der durch die Zylinder angesaugten gesamten Gasmasse überschritten, steigen sowohl die unverbrannten Kohlenwasserstoffe als auch der Verbrauch wieder an. Zusätzlich können, insbesondere bei Dieselmotoren oder bei direkteinspritzenden Otto-Motoren, Partikel im Abgas auftreten (in erster Linie handelt es sich dabei um Rußpartikel), deren Höhe ebenfalls durch gesetzliche Verordnungen festgelegt ist.Future pollutant limits, the numerical values of which are already being discussed can be with internal combustion engines only by using one on the Fall below the recirculated part of the exhaust gas mass flow. To the To keep emissions of nitrogen oxides as low as possible, the proportion of the recirculated exhaust gas at the cylinder charge is set as high as possible will. With optimally set height of the recirculated exhaust gas flow can also the nitrogen oxide reduction Proportion of unburned hydrocarbons and fuel consumption positive to be influenced. This basically applies to both diesel and Otto engines. If this optimal proportion of recirculated exhaust gas through the the cylinders sucked total gas mass exceeded, both the rise unburned hydrocarbons as well as consumption. In addition can, especially with diesel engines or with direct injection Otto engines, particles appear in the exhaust gas (primarily it is soot particles), the amount of which is also regulated by law is set.

Nun ist die Betriebsweise von Verbrennungsmotoren im Automobil dadurch geprägt, daß die Betriebspunkte des Motors, gekennzeichnet durch die jeweilige Motorlast und Drehzahl, einem ständigen Wechsel unterworfen sind. Dadurch bedingt, ist eine einmal eingestellte Abgasrückführrate, die für einen Motorbetriebspunkt unter verschiedenen Kriterien als optimal ermittelt wurde, für den folgenden Betriebspunkt keineswegs optimal. Sie kann dann zu hoch sein, wodurch der Ausstoß von Partikeln oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder der Verbrauch unzulässig oder unerwünscht ansteigt, oder sie kann zu niedrig sein, wodurch hauptsächlich der Stickoxidausstoß unzulässig oder unerwünscht hohe Werte annimmt.Now that is how the internal combustion engines work in automobiles characterized that the operating points of the engine, characterized by the respective Engine load and speed, are subject to constant change. Thereby conditional is a once set exhaust gas recirculation rate, which for a Engine operating point was determined as optimal under various criteria for the following operating point is by no means optimal. Then it can be too high causing the emission of particles or unburned hydrocarbons or consumption increases inadmissibly or undesirably, or it can increase be low, which mainly prohibits nitrogen oxide emissions or takes undesirably high values.

Wenn man also in jedem Motorbetriebspunkt eine optimale Menge des rückgeführten Abgases wieder auf die Saugseite des Verbrennungsmotors zurückführen will, muß diese Höhe jederzeit und stetig den neuen Verhältnissen angepaßt werden. Man benötigt also als Folge der sich sehr schnell ändernden Betriebsparameter des Motors eine Einrichtung, die auch eine sehr schnelle Änderung des rückgeführten Abgasmassenstromes erlaubt.So if you have an optimal amount of recirculated exhaust gas back to the suction side of the internal combustion engine If you want to reduce this level, you must constantly and at be adjusted. So you need as a result of the very rapidly changing Operating parameters of the engine is a device that is also very fast Modification of the recirculated exhaust gas mass flow allowed.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugrohr, einem Abgasrohr und einer Abgasrückführleitung, mit einem steuerbaren Abgasrückführventil, mit einem Gaskonzentrationssensor, der in dem direkt mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Abschnitt des Ansaugrohres (Saugrohr) angeordnet ist, und mit einem Steuergerät, welches das Signal des Gaskonzentrationssensors auswertet und das Abgasrückführventil steuert.The invention relates to a device for exhaust gas recirculation for a Internal combustion engine in a motor vehicle, with an intake manifold, a Exhaust pipe and an exhaust gas recirculation line, with a controllable Exhaust gas recirculation valve, with a gas concentration sensor, which is directly in the section of the intake pipe (intake pipe) connected to the internal combustion engine is arranged, and with a control unit, which the signal of Evaluates the gas concentration sensor and controls the exhaust gas recirculation valve.

Aus der DE 37 03 091 A1 ist eine solche Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge in einem Verbrennungsmotor bekannt, bei der als Gaskonzentrationssensor ein im Saugrohr angeordneter Sauerstoffsensor vorgesehen ist.DE 37 03 091 A1 describes such a control device for the returned one Amount of exhaust gas in an internal combustion engine, known as Gas concentration sensor an oxygen sensor arranged in the intake manifold is provided.

Aus dem einer Sauerstoffkonzentration entsprechenden Sensorausgangssignal wird durch eine Steuervorrichtung mittels eines Kennfeldes der einzustellende Abgasrückführanteil bestimmt und mit einem Soll-Abgasrückführanteil verglichen, der ebenfalls über Kennfelder mittels der Parameter Motordrehzahl und Motorlast bestimmt wird, wobei bei Überschreitung einer vorgegebenen Abweichung ein anormaler Zustand signalisiert wird. Die Steuerung des Abgasrückführventils erfolgt ebenfalls abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine über einen mittels Unterdruck betätigten pneumatischen Wandler.From the sensor output signal corresponding to an oxygen concentration is set by a control device by means of a map Exhaust gas recirculation component determined and compared with a target exhaust gas recirculation component, also via maps using the parameters engine speed and engine load is determined, a when a predetermined deviation is exceeded abnormal condition is signaled. The control of the exhaust gas recirculation valve also takes place depending on the operating parameters of the internal combustion engine a pneumatic converter actuated by vacuum.

Nachteilig an dieser Steuervorrichtung ist, daß die Bestimmung des rückgeführten Abgasanteils (Abgasrückführrate) nicht direkt, sondern nur über eine indirekte Bestimmung mittels Kennfeldern möglich ist.A disadvantage of this control device is that the determination of the returned Exhaust gas proportion (exhaust gas recirculation rate) not directly, but only via an indirect one Determination using maps is possible.

Ein noch schwerwiegenderer Nachteil ist, daß sich die Anbauorte der Sensorik und Aktuatorik der Steuervorrichtung über weite Bereiche der Brennkraftmaschine verteilen, so daß die Ausrüstung einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Steuervorrichtung bereits aufgrund der Vielzahl einzubauender Komponenten sowie einer Vielzahl elektrischer und pneumatischer Steuer- und Meßleitungen recht aufwendig ist.An even more serious disadvantage is that the mounting locations of the sensors and actuator system of the control device over wide areas of the Distribute internal combustion engine so that the equipment of an internal combustion engine with such a control device already to be installed due to the large number Components as well as a variety of electrical and pneumatic control and Measuring lines is quite complex.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die sich durch einen möglichst kompakten Aufbau auszeichnet.It is therefore the object of the invention to be as simple and simple as possible Inexpensive device for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine in to create a motor vehicle that is as compact as possible Structure distinguished.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ansaugrohr, das Saugrohr und die Abgasrückführleitung in einem eine Mischkammer ausbildenden Gehäuse münden, daß sowohl im Saugrohr als auch in der Abgasrückführleitung jeweils ein Gaskonzentrationssensor zur quantitativen Erfassung des Anteils einer oder mehrerer Abgaskomponenten in den dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischgas als auch im rückgeführten Abgas vorgesehen ist.This object is achieved in that the intake pipe, the Intake pipe and the exhaust gas recirculation line in a mixing chamber forming housing open that both in the intake manifold and in the Exhaust gas recirculation line each has a gas concentration sensor for quantitative Recording the proportion of one or more exhaust gas components in the Fresh gas supplied to the internal combustion engine and in the recirculated exhaust gas is provided.

Der angestrebte kompakte Aufbau wird somit durch ein eine Mischkammer ausbildendes Gehäuse und durch Verwendung von zwei kleinbauend ausführbaren Gaskonzentrationssensoren erzielt, die im Saugrohr und der Abgasrückführleitung, und zwar vorzugsweise im unmittelbaren Bereich der Mischkammer, oder sogar in der Mischkammer, angeordnet sind.The desired compact structure is thus a mixing chamber training housing and by using two small executable gas concentration sensors achieved in the intake manifold and Exhaust gas recirculation line, preferably in the immediate area of the Mixing chamber, or even in the mixing chamber, are arranged.

Hierdurch kann vorteilhafterweise auf Sensoren verzichtet werden, deren Anbauorte sich über weite Bereiche der Brennkraftmaschine erstrecken, wie dies insbesondere für die häufig verwendeten Heißfilmluftmassensensoren gilt, die eine Anordnung in einem Saugrohrbereich mit einem gewissen Maß an gerader Strömungsführung erfordern.This advantageously eliminates the need for sensors whose Fitting locations extend over wide areas of the internal combustion engine, such as this applies in particular to the hot film air mass sensors that are frequently used an arrangement in an intake manifold area with a certain degree of straight Require flow guidance.

Die beiden Gaskonzentrationssensoren, die den Anteil einer oder mehrerer Abgaskomponenten quantitativ erfassen, ermöglichen darüber hinaus vorteilhafterweise eine einfache Bestimmung der Abgasrückführrate, ohne daß hierzu die Verwendung eines Kennfeldes benötigt wird.The two gas concentration sensors that measure the proportion of one or more Quantitatively record exhaust gas components also make it possible advantageously a simple determination of the exhaust gas recirculation rate without the use of a map is required for this.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous refinements and developments of Device according to the invention result from the subclaims.

So ist es besonders vorteilhaft, auch das Steuergerät im oder am Gehäuse der Mischkammer anzuordnen, so daß die elektrischen Verbindungen zwischen den Gaskonzentrationssensoren und dem Steuergerät auf besonders einfache Weise hergestellt werden können. So it is particularly advantageous to also the control unit in or on the housing Arrange the mixing chamber so that the electrical connections between the Gas concentration sensors and the control unit in a particularly simple manner can be produced.

Ebenso ist es vorteilhaft, das Abgasrückführventil im oder am Gehäuse zu integrieren; ebenso wie die Betätigungsvorrichtung für das Abgasrückführventil. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Betätigungsvorrichtung als elektromotorischer oder elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist, da dieser, etwa im Vergleich zu einem pneumatischen Aktuator, besonders kleinbauend ausgeführt werden kann, keine Unterdruckversorgung sowie keinen elektropneumatischen Wandler benötigt und somit direkt durch das Steuergerät angesteuert werden kann.It is also advantageous to close the exhaust gas recirculation valve in or on the housing integrate; as well as the actuator for the exhaust gas recirculation valve. It is particularly advantageous here if the actuating device as electromotive or electromagnetic actuator is formed, since this, compared to a pneumatic actuator, for example, is particularly small can be carried out, no vacuum supply and none electro-pneumatic converter required and thus directly by the control unit can be controlled.

Gleiches gilt auch für die Betätigungsvorrichtung einer im Ansaugrohr angeordneten Druckregelklappe für dieselbetriebene Brennkraftmaschinen. Die genannten Komponenten können dabei insgesamt, zusammen mit dem Gehäuse der Mischkammer, eine Baueinheit ausbilden und elektrisch und mechanisch vormontiert werden. Vorteilhaft ist es hierzu auch, wenn die Mischkammer Stutzen aufweist, die mit dem Ansaugrohr, dem Saugrohr und der Abgasrückführleitung verbindbar sind, und so bereits ein vollständig vormontiertes Abgasrückführmodul ausbildet.The same applies to the actuating device in the intake pipe arranged pressure control valve for diesel-powered internal combustion engines. The All of the components mentioned can be used together with the housing the mixing chamber, form a structural unit and are electrical and mechanical be pre-assembled. It is also advantageous for this if the mixing chamber Has nozzle that with the intake manifold, the intake manifold and the Exhaust gas recirculation line can be connected, and so is already a complete one pre-assembled exhaust gas recirculation module.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt und erläutert werden.In the following the invention will be illustrated in more detail with reference to the drawing and are explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung zur Abgasrückführung, Fig. 1 shows a device according to the invention configured for exhaust gas recirculation,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Gasströme in einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, Fig. 2 is a schematic representation of the gas flows in an internal combustion engine with exhaust gas recirculation,

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Abgasrückführung nach dem Stand der Technik. Fig. 3 shows a device for exhaust gas recirculation according to the prior art.

Anhand der Fig. 3 soll zunächst der Aufbau einer vorbekannten Abgasrückführvorrichtung für eine dieselbetriebene Brennkraftmaschine dargestellt und näher erläutert werden. On the basis of Fig. 3 is to be shown of a prior art exhaust gas recirculation device for a diesel-powered internal combustion engine and will be explained first the structure.

Die Vorrichtung besteht aus den nachfolgend aufgeführten Komponenten:The device consists of the components listed below:

Luftfilter (31), Begradigungsstrecke (32), Luftmassenmesser (33), Druckregelklappe (34), Mischkammer (35), Saugrohr (36), Verbrennungsmotor (37), Abgasanlage (38), Drehzahlsensor (39), Vakuumpumpe (40), elektropneumatische Druckwandler (41a, 41b), Abgasrückführventil (42), Abgasrückführleitung (43), Fahrpedalgeber (44), Steuergerät (45).Air filter ( 31 ), straightening section ( 32 ), air mass meter ( 33 ), pressure control flap ( 34 ), mixing chamber ( 35 ), intake manifold ( 36 ), internal combustion engine ( 37 ), exhaust system ( 38 ), speed sensor ( 39 ), vacuum pump ( 40 ), electropneumatic pressure transducer ( 41 a, 41 b), exhaust gas recirculation valve ( 42 ), exhaust gas recirculation line ( 43 ), accelerator pedal sensor ( 44 ), control unit ( 45 ).

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist folgende: Der Verbrennungsmotor (37) saugt ungedrosselt Luft an, und zwar über Luftfilter (31), Begradigungsstrecke (32), Luftmassenmesser (33), Klappenstutzen (34) (Druckregelklappe nicht aktiviert), Mischkammer (35) und Saugrohr (36). Der Motor läuft mit einer bestimmten Drehzahl, die mit dem Drehzahlsensor (39) erfaßt und an das Steuergerät (45) weitergemeldet wird. Das bei der motorischen Verbrennung produzierte Abgas wird durch die Abgasanlage (38) in die Umgebung ausgestoßen. Ein bestimmter Teil des Abgases wird über die Rückführleitung (43) entnommen und über das zumessende Abgasrückführventil (42) der Mischkammer (35) zugeführt. Das Abgasrückführventil (42) wird mittels Unterdruck aktiviert, der von der Vakuumpumpe (40) erzeugt wird und durch den elektropneumatischen Druckwandler (41a) moduliert wird. Die Modulation erfolgt, indem das Steuergerät (45) den elektropneumatischen Druckwandler (41a) mit einem pulsweitenmodulierten Signal beaufschlagt, aufgrund dessen der elektropneumatische Druckwandler (41a) eine bestimmte Position einnimmt, so daß der Unterdruck in der Leitung zum Abgasrückführventil (42) eine gewünschte Größenordnung erreicht. Ebenso wird über den elektropneumatischen Druckwandler (41b) die Druckregelklappe (34) aktiviert, allerdings erst dann, wenn das Abgasrückführventil (42) bereits voll geöffnet ist und die treibende Druckdifferenz zwischen Abgasanlage (38) und Mischkammer (35) für die einzustellende Rückführrate nicht ausreicht. Dann wird über teilweises Schließen der Druckregelklappe (34) der Unterdruck in der Mischkammer (35), und damit auch die treibende Druckdifferenz, erhöht. Die elektropneumatischen Druckwandler (41a, 41b) werden vom Steuergerät (45) aufgrund folgender Informationen angesteuert: Der Betriebspunkt ist aufgrund des Drehzahlsignals des Drehzahlsensors (39) und des Signals vom Fahrpedalgeber (44) bekannt. Durch das Signal vom Luftmassenmesser (33) wird die tatsächliche Luftmasse mit dem kennfeldprogrammierten Sollwert verglichen und somit auf die tatsächliche Masse rückgeführten Abgases geschlossen und diese gegebenenfalls durch Öffnen oder Schließen des Abgasrückführventils (42) korrigiert.The function of the device is as follows: the internal combustion engine ( 37 ) draws in air unthrottled, namely via air filter ( 31 ), straightening section ( 32 ), air mass meter ( 33 ), flap nozzle ( 34 ) (pressure control flap not activated), mixing chamber ( 35 ) and Intake pipe ( 36 ). The engine runs at a certain speed, which is detected by the speed sensor ( 39 ) and reported to the control unit ( 45 ). The exhaust gas produced during engine combustion is expelled into the environment through the exhaust system ( 38 ). A certain part of the exhaust gas is removed via the return line ( 43 ) and fed to the mixing chamber ( 35 ) via the exhaust gas return valve ( 42 ) to be measured. The exhaust gas recirculation valve ( 42 ) is activated by means of negative pressure, which is generated by the vacuum pump ( 40 ) and is modulated by the electropneumatic pressure converter ( 41 a). The modulation is carried out by the control unit (45) (a 41) acts on the electro-pneumatic pressure transducer with a pulse-width-modulated signal (41 a) occupies a specific position due to which the electro-pneumatic pressure transducer, so that the negative pressure in the line to the exhaust gas recirculation valve (42) desired size reached. Likewise, the pressure control flap ( 34 ) is activated via the electropneumatic pressure converter ( 41 b), but only when the exhaust gas recirculation valve ( 42 ) is already fully open and the driving pressure difference between the exhaust system ( 38 ) and the mixing chamber ( 35 ) for the recirculation rate to be set is not is sufficient. Then the vacuum in the mixing chamber ( 35 ), and thus also the driving pressure difference, is increased by partially closing the pressure control flap ( 34 ). The electropneumatic pressure transducers ( 41 a, 41 b) are controlled by the control unit ( 45 ) based on the following information: The operating point is known on the basis of the speed signal from the speed sensor ( 39 ) and the signal from the accelerator pedal sensor ( 44 ). The signal from the air mass meter ( 33 ) compares the actual air mass with the map-programmed setpoint and thus closes the actual mass of recirculated exhaust gas and, if necessary, corrects it by opening or closing the exhaust gas recirculation valve ( 42 ).

Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, verteilen sich die Anbauorte der beschriebenen Komponenten über den gesamten Bereich der Brennkraftmaschine, was die Installation einer solchen Abgasrückführvorrichtung recht aufwendig macht. Dieser komplexe Aufbau ist dabei weitgehend durch die verwendete Aktuatorik und Sensorik mitbedingt, insbesondere zum Beispiel durch den Luftmassenmesser (33), der zur Ausführung korrekter Messungen einen Bereich mit einer gewissen geraden Strömungsführung benötigt und so einen kompakten Aufbau einer Abgasrückführvorrichtung erschwert.As can be seen from FIG. 3, the mounting locations of the components described are distributed over the entire area of the internal combustion engine, which makes the installation of such an exhaust gas recirculation device quite complex. This complex structure is largely determined by the actuators and sensors used, in particular, for example, by the air mass meter ( 33 ), which requires an area with a certain straight flow to carry out correct measurements and thus complicates a compact structure of an exhaust gas recirculation device.

Bei der aus der DE 37 03 091 A1 bekannten Vorrichtung, welche zur Regelung des rückgeführten Abgasanteils einen Sauerstoffsensor vorsieht, kommt zwar kein Luftmassenmesser zur Anwendung, dafür wird zur Bestimmung der angesaugten Frischluftmenge jedoch ein Motorladedruckdetektor verwendet, dessen Anordnung im Saugrohr zu einer gleichartigen Problemstellung führt.In the device known from DE 37 03 091 A1, which is used for regulation of the recirculated exhaust gas portion provides an oxygen sensor no air mass meter is used, but is used to determine the fresh air intake, however, uses an engine boost pressure detector, its arrangement in the intake manifold leads to a similar problem.

Der angestrebte, wesentlich kompaktere Aufbau eines Abgasrückführsystems wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Vorrichtung besteht aus einem eine Mischkammer (7) ausbildenden Gehäuse (4), in das das mit dem nicht dargestellten Luftfilter verbundene Ansaugrohr (1) und das mit dem Verbrennungsmotor verbundene Saugrohr (11) sowie die mit der Abgasanlage verbundene Abgasrückführleitung münden. Das Innere der Mischkammer (7) sollte dabei vorzugsweise so ausgestaltet sein, daß dort eine möglichst homogene Gasgemischbildung erfolgt.The desired, much more compact structure of an exhaust gas recirculation system is achieved by the device according to the invention, which is shown in FIG. 1. The device consists of a housing ( 4 ) forming a mixing chamber ( 7 ) into which the intake pipe ( 1 ) connected to the air filter (not shown) and the intake pipe ( 11 ) connected to the internal combustion engine as well as the exhaust gas recirculation line connected to the exhaust system open. The interior of the mixing chamber ( 7 ) should preferably be designed in such a way that the most homogeneous gas mixture possible is formed there.

Das Gehäuse der Mischkammer (7) ist direkt mit dem Saugrohr (1) verbunden (z. B. angeflanscht) oder bildet sogar einstückig einen Abschnitt mit dem Saugrohr (1) aus.The housing of the mixing chamber (7) is directly connected to the suction pipe (1) (flanged z. B.) or even integrally forms a portion of the suction pipe (1).

In oder an der Mischkammer (7) ist das Abgasrückführventil (5) angeordnet, ebenso wie dessen Betätigungsvorrichtung (6), die durch einen elektromotorischen oder elektromagnetischen Aktuator realisiert wird. Sofern die Anwendung der Abgasrückführvorrichtung an einer dieselbetriebenen Brennkraftmaschine vorgesehen ist, so ist in das Ansaugrohr (1) eine als Drosselklappe ausgebildete Druckregelklappe (2) angeordnet, welche ebenfalls eine elektromotorisch oder elektromagnetisch betriebene Betätigungsvorrichtung (3) aufweist.The exhaust gas recirculation valve ( 5 ) is arranged in or on the mixing chamber ( 7 ), as is its actuating device ( 6 ), which is implemented by an electromotive or electromagnetic actuator. If the exhaust gas recirculation device is to be used on a diesel-powered internal combustion engine, a pressure control flap ( 2 ) designed as a throttle valve is arranged in the intake pipe ( 1 ) and also has an actuating device ( 3 ) operated by an electric motor or electromagnet.

Innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (4) der Mischkammer (7) ist das Steuergerät (9) angeordnet, welche die Betätigungsvorrichtungen (6, 3) für das Abgasrückführventil (5) und die Druckregelklappe (2) steuert. Eingangsseitig erhält das Steuergerät (9) hierzu Signalspannungen von zwei Gaskonzentrationssensoren (8a, 8b), die im Saugrohr (11) sowie in der Abgasrückführleitung (10) angeordnet sind.The control device ( 9 ), which controls the actuation devices ( 6 , 3 ) for the exhaust gas recirculation valve ( 5 ) and the pressure control flap ( 2 ), is arranged inside or outside the housing ( 4 ) of the mixing chamber ( 7 ). To this end, the control unit ( 9 ) receives signal voltages from two gas concentration sensors ( 8 a, 8 b), which are arranged in the intake manifold ( 11 ) and in the exhaust gas recirculation line ( 10 ).

Die Gaskonzentrationssensoren (8a, 8b) sind dabei sehr kleinbauend ausführbar und zudem in oder in unmittelbarer Umgebung der Mischkammer (7) anzuordnen, so daß die soweit beschriebene Sensorik (Gaskonzentrationssensoren (8a, 8b)) und Aktuatorik (Abgasrückführventil (5), Druckregelklappe (2), Betätigungsvorrichtungen (6, 3)) zusammen mit dem Gehäuse (4) der Mischkammer (7) als Baueinheit ausführbar sind.The gas concentration sensors ( 8 a, 8 b) can be made very small and can also be arranged in or in the immediate vicinity of the mixing chamber ( 7 ) so that the sensors (gas concentration sensors ( 8 a, 8 b)) and actuators (exhaust gas recirculation valve ( 5 ), Pressure control flap ( 2 ), actuating devices ( 6 , 3 )) together with the housing ( 4 ) of the mixing chamber ( 7 ) can be implemented as a structural unit.

Unter Hinzufügung von Abschnitten des Ansaugrohres (1), des Saugrohres (11) und der Abgasrückführleitung (10) als zur Mischkammer (7) gehörender Verbindungsstutzen ist die gesamte, in der Fig. 1 dargestellte Einheit vorteilhafterweise, und zwar inklusive der elektrischen Verbindung, zwischen Steuergerät (9) und der Sensorik und Aktuatorik vormontierbar.With the addition of sections of the intake pipe ( 1 ), the intake pipe ( 11 ) and the exhaust gas recirculation line ( 10 ) as a connecting piece belonging to the mixing chamber ( 7 ), the entire unit shown in FIG. 1 is advantageously, including the electrical connection, between Control unit ( 9 ) and the sensors and actuators can be preassembled.

Als externes Signal wird dem Steuergerät (9) noch ein, beispielsweise pulsweitenmoduliertes, Signal (12) eines nicht dargestellten Motorsteuergerätes zugeführt, welches die zur Einstellung der Abgasrückführrate benötigten Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges kodiert.The control unit ( 9 ) is also supplied with an external signal, for example a pulse-width-modulated signal ( 12 ) from an engine control unit (not shown), which encodes the operating parameters of the motor vehicle required to set the exhaust gas recirculation rate.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung läßt sich auch in fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zur Anwendung bringen. Da eine solche Brennkraftmaschine, eine Drosselklappe besitzt, kann hierbei auf die Druckregelklappe (2) verzichtet werden. Die Information über die Drosselklappenstellung ist in diesem Fall ebenfalls im pulsweitenmodulierten Signal (12) vom Motorsteuergerät enthalten.The device shown in FIG. 1 can also be used in spark-ignition internal combustion engines. Since such an internal combustion engine has a throttle valve, the pressure control valve ( 2 ) can be dispensed with here. In this case, the information about the throttle valve position is also contained in the pulse width modulated signal ( 12 ) from the engine control unit.

Die Funktionsweise der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung stimmt prinzipiell mit der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung überein. Ein wesentlicher Unterschied besteht allerdings darin, daß hier zwei Gaskonzentrationssensoren (8a, 8b) zur Anwendung kommen, die den kompakten Aufbau ermöglichen, sowie in deren Funktionsweise. Mit den Gaskonzentrationssensoren (8a, 8b) wird es auf einfache Weise, das heißt, ohne daß ein Kennfeld benötigt wird, möglich, die Abgasrückführrate direkt aus den Meßwerten der Gaskonzentrationssensoren zu bestimmen, was unter Zuhilfenahme der Fig. 2 näher verdeutlicht werden soll.The principle of operation of the device shown in FIG. 1 is the same as that of the device shown in FIG. 3. A major difference, however, is that two gas concentration sensors ( 8 a, 8 b) are used here, which enable the compact structure, and in their mode of operation. With the gas concentration sensors ( 8 a, 8 b) it is possible in a simple manner, that is, without a map being required, to determine the exhaust gas recirculation rate directly from the measured values of the gas concentration sensors, which will be explained in more detail with the aid of FIG. 2 .

Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung der dem Motor zugeführten und der vom Motor weggeführten Gasströme. Fig. 2 shows the schematic representation of the engine supplied and taken away from the engine gas flows.

Die in Fig. 2 dargestellten Größen sind:
The sizes shown in Fig. 2 are:

_AGR: Massenstrom des rückgeführten Abgases
_Luft: Massenstrom der angesaugten Umgebungsluft
_Saugrohr: Massenstrom des dem Motor zugeführten Gasgemisches
_Abgas: Massenstrom des dem Motor einströmenden Abgases _EGR : mass flow of the recirculated exhaust gas
_Air : mass flow of the ambient air drawn in
_{Intake pipe} : mass flow of the gas mixture supplied to the engine
_{Exhaust gas} : mass flow of the exhaust gas flowing into the engine

Die Rückführrate berechnet sich dabei zu:
The return rate is calculated as follows:

unter der Voraussetzung gleicher Molmassen M_Luft und M_Abgas er gibt sich mit
assuming the same molar masses M _air and M _{exhaust gas} he gives himself

(M = Molmasse, m = Massenstrom, n = Molenstrom) die Rückführrate zu
(M = molar mass, m = mass flow, n = molar flow) the return rate

und weiter nach Erweiterung der Beziehung mit dem Molenstrom einer beliebigen Gemischkomponente
and further after expanding the relationship with the mole flow of any mixture component

wobei der Index i für eine Einzelkomponente steht, deren Anteil an der Umgebungsluft mit guter Näherung zu Null gesetzt werden kann, so daß gilt:
where the index i stands for an individual component, the proportion of which in the ambient air can be set to zero with good approximation, so that the following applies:

_i,Saugrohr = _i,Luft + _i,AGR
_{i, intake manifold} = _{i, air} + _{i, EGR}

und mit
and with

_i,Luft = 0
_{i, air} = 0

nach Einsetzen in Gl. (*) gilt dann:
after insertion in Eq. (*) then applies:

was dem Verhältnis der jeweiligen Volumenkonzentrationen Ψ entspricht:
which corresponds to the ratio of the respective volume concentrations Ψ:

Werden nun die Volumenanteile einer geeigneten Einzelkomponente in der Rückführleitung kurz vor Eintritt des Abgases in die Mischkammer sowie nach Zumischung des Abgases in dem Gasgemisch, welches dem Motor zugeführt wird, gemessen, läßt sich das Verhältnis nach der zuletzt aufgeführten Gleichung ermitteln und auswerten.Are the volume fractions of a suitable individual component in the Return line shortly before the exhaust gas enters the mixing chamber and after Mixing of the exhaust gas in the gas mixture, which is fed to the engine is measured, the ratio can be according to the last listed equation determine and evaluate.

Damit kann durch eine einfache Verhältnisbildung der durch die Konzentrationssignale der beiden Gaskonzentrationssensoren gegebenen Größen für eine oder auch mehrere Abgaskomponenten die Abgasrückführrate, und zwar ohne Umweg über ein Kennfeld, direkt bestimmt und geregelt wenden.This can be done by simply forming the relationship through the Given concentration signals of the two gas concentration sensors Sizes for one or more exhaust gas components the exhaust gas recirculation rate, without direct detour via a map, directly determined and regulated.

Entscheidend für die Funktion, auch und gerade bei instationärer Betriebsweise des Verbrennungsmotors, sind dabei zwei Voraussetzungen:
Two prerequisites for the function, even and especially when the internal combustion engine is operating transiently, are two:

1. It must be ensured by a suitable facility that the gas mixture at the outlet from the mixing chamber has a homogeneous distribution having.
2. The gas sensors must have a response time and a resolution have an operating temperature range that is suitable for the task let appear.

Solche Gassensoren sind verfügbar, und zwar sowohl solche, die nur eine Abgaskomponente sensieren, beispielsweise Stickoxide (NO) oder Kohlenwasserstoffe (HC), als auch solche, die mehrere verschiedene Abgaskomponenten zu messen in der Lage sind. Such gas sensors are available, both those that have only one Sensing the exhaust gas component, for example nitrogen oxides (NO) or Hydrocarbons (HC), as well as those that are several different Exhaust components are able to measure.

Reference list

11

Ansaugrohr
Intake pipe

22nd

Druckregelklappe
Pressure control flap

33rd

Betätigungsvorrichtung
Actuator

44th

Gehäuse (der Mischkammer (Housing (the mixing chamber (

77

))
))

55

Abgasrückführventil
Exhaust gas recirculation valve

66

Betätigungsvorrichtung
Actuator

77

Mischkammer
Mixing chamber

88th

a, a,

88th

b Gaskonzentrationssensoren
b Gas concentration sensors

99

Steuergerät
Control unit

1010th

Abgasrückführleitung
Exhaust gas recirculation line

1111

Saugrohr
Intake manifold

1212th

pulsweitenmoduliertes Signal
pulse width modulated signal

3131

Luftfilter
Air filter

3232

Begradigungsstrecke
Straightening route

3333

Luftmassenmesser
Air mass meter

3434

Druckregelklappe
Pressure control flap

3535

Mischkammer
Mixing chamber

3636

Saugrohr
Intake manifold

3737

(Verbrennungs-) Motor
(Combustion) engine

3838

Abgasanlage
Exhaust system

3939

Drehzahlsensor
Speed sensor

4040

Vakuumpumpe
Vacuum pump

4141

a, a,

4141

b elektropneumatische Druckwandler
b electropneumatic pressure transducers

4242

Abgasrückführventil
Exhaust gas recirculation valve

4343

Abgasrückführleitung
Exhaust gas recirculation line

4444

Fahrpedalgeber
Accelerator pedal sender

4545

Steuergerät
Control unit

Claims

1.Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine in a motor vehicle, with an intake pipe, an exhaust pipe and an exhaust gas recirculation line, with a controllable exhaust gas recirculation valve, with a gas concentration sensor which is arranged in the section of the intake pipe (intake pipe) connected directly to the internal combustion engine, and with A control unit which evaluates the signal of the gas concentration sensor and controls the exhaust gas recirculation valve, characterized in that the intake pipe ( 1 ), the suction pipe ( 11 ) and the exhaust gas recirculation line ( 10 ) open into a housing ( 4 ) forming a mixing chamber ( 7 ) in that Both in the intake manifold ( 11 ) and in the exhaust gas recirculation line ( 10 ), a gas concentration sensor ( 8 a, 8 b) is provided for the quantitative detection of the proportion of one or more exhaust gas components in the fresh gas supplied to the internal combustion engine and in the recirculated exhaust gas.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control device ( 9 ) in or on the housing ( 4 ) of the mixing chamber ( 7 ) is arranged.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the exhaust gas recirculation valve ( 5 ) in or on the housing ( 4 ) of the mixing chamber ( 7 ) is arranged.

4. The device according to claim 3, characterized in that the actuating device ( 6 ) of the exhaust gas recirculation valve ( 5 ) in or on the housing ( 4 ) of the mixing chamber ( 7 ) is arranged.

5. Device according to claim 1, characterized in that a designed as a throttle pressure control valve (2) is arranged in the intake pipe (1) in the region of the housing (4) and that the pressure control valve (2) driven by the control device (9) actuating means ( 3 ) has

6. The device according to claim 4 or claim 5, characterized in that the actuating device ( 6 , 3 ) of the exhaust gas recirculation valve ( 5 ) and / or the pressure control flap ( 2 ) are designed as an electromotive or electromagnetic actuator.

7. The device according to claim 1, characterized in that sections of the intake pipe ( 1 ), the suction pipe ( 11 ) and the exhaust gas recirculation line ( 10 ) together with the housing ( 4 ), the mixing chamber ( 7 ), the exhaust gas recirculation valve ( 5 ) and if necessary the pressure control flap ( 2 ) and its actuating devices ( 6 , 3 ), the exhaust gas recirculation valve ( 5 ) and the pressure control flap ( 2 ) as well as the gas concentration sensors ( 8 a, 8 b) and the control unit ( 9 ) form a preassembled unit.