DE102004018625A1

DE102004018625A1 - Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Elektromotor-betriebenem Auflader

Info

Publication number: DE102004018625A1
Application number: DE102004018625A
Authority: DE
Inventors: Akihide Toyota Okuyama; Chika Toyota Kanba; Osamu Toyota Igarashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: JP2004332715A; US6938419B2; US20040206083A1; JP4023428B2; DE102004018625B4

Abstract

Eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), der in einem Fahrzeug eingebaut ist und einen Auflader (2) umfasst, der entlang einer Ansaugleitung (4) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und durch einen Elektromotor (2a) angetrieben wird, umfasst ein Anwärmzeitverdichtungsmittel (5, 6) zum Antreiben des Elektromotors (2a), um während des Anwärmens des Verbrennungsmotors (1) eine Verdichtung durchzuführen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein AufLadewiederholungsmittel (11, 14) zum mehrmaligen Aufladen von dem Verbrennungsmotor (1) zuführender Ansaugluft mithilfe des Anwärmzeitverdichtungsmittels (5, 6) umfasst. Demzufolge wird die Ansaugluft während der Anwärmphase des Verbrennungsmotors (1) mehrmals verdichtet, so dass die Temperatur der Ansaugluft ausreichend erhöht wird, um den Verbrennungsmotor zu erwärmen, so dass der Verbrennungsmotor wirksam angewärmt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einem motorbetriebenen Auflader, der entlang einer Ansaugleitung angeordnet ist.

Es ist bekannt, dass Versuche unternommen wurden, einen hohe Ausgangsleistung (bzw. einen geringen Kraftstoffverbrauch) durch Aufladung zu erreichen, wobei ein Elektromotor-betriebener Auflader verwendet wird, der entlang einer Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Es ist ebenfalls bekannt, dass Versuche unternommen wurden, das Startverhalten und das Anwärmvermögen des Verbrennungsmotors zu verbessern, indem diese Art von Auflader verwendet wird. Ein solcher Verbrennungsmotor ist auch in der JP(A) 5-321682 offenbart. Bei dem in jener Druckschrift offenbarten Verbrennungsmotor wird unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors ein Elektromotor für den Elektromotor-betriebenen Auflader angesteuert, der Energie von einem Generator verwendet, der Energie aus der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erzeugt, was die Last des Verbrennungsmotors erhöht und das Anwärmvermögen des Verbrennungsmotors verbessert.

Bei dem in der JP(A) 5-321682 offenbarten Verbrennungsmotor erhöht sich mit zunehmendem Druck durch die Aufladung die Temperatur der Ansaugluft, was ebenfalls das Anwärmvermögen verbessern kann. Der Betrieb des Verbrennungsmotors in der genannten Veröffentlichung neigt jedoch zu Instabiliäten aufgrund der erhöhten Last des Verbrennungsmotors unmittelbar nach dem Start. Ferner war der Effekt, der durch die auf die Zunahme des durch die Aufladung bedingten Drucks folgende Erhöhung der Temperatur der Ansaugluft erreicht wurde, nicht angemessen.

Angesichts der vorgenannten Probleme stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor-betriebenen Auflader bereit, die in der Lage ist, das Startverhalten und das Anwärmvermögen des Verbrennungsmotors zu verbessern.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der in einem Fahrzeug eingebaut ist und einen Auflader aufweist, der entlang einer Ansaugleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist und durch einen Elektromotor betrieben wird. Die Steuerungsvorrichtung, die ein Anwärmzeitverdichtungsmittel zum Betreiben eines Elektromotors während der Anwärmzeit des Verbrennungsmotors umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus Verdichtungswiederholungsmittel umfasst, um die Ansaugluft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt werden soll, mit Hilfe des Anwärmzeitverdichtungsmittels mehrmals zu verdichten.

Gemäß dem Aufbau der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung verdichtet das Verdichtungswiederholungsmittel die dem Verbrennungsmotor zuzuführende Ansaugluft mehrmals, wobei zur Verdichtung während der Anwärmzeit des Verbrennungsmotors das Anwärmzeitverdichtungsmittel verwendet wird, indem der Elektromotor entsprechend angesteuert und betrieben wird. Als Folge davon erhöht sich die Temperatur der Ansaugluft ausreichend, um den Verbrennungsmotor anzuwärmen, so dass der Verbrennungsmotor wirksam aufgewärmt werden kann. Das Anwärmzeitverdichtungsmittel kann darüber hinaus den Verbrennungsmotor anwärmen, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.

Demzufolge kann das Starverhalten verbessert werden, indem unter Verwendung des Anwärmzeitverdichtungsmittels und des Verdichtungswiederholungsmittels der Verbrennungsmotor angewärmt wird, bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Das Verdichtungswiederholungsmittel kann eine Verbindungsleitung umfassen, die die Ansaugleitung strömungsaufwärts von dem Auflader mit der Ansaugleitung strömungsabwärts von dem Auflader verbindet, sowie ein Ansaugluftstrom-Umlenkmittel zur Umlenkung des Stromes der durch den Auflader vorverdichteten Ansaugluft, so dass die Ansaugluft entweder über die Verbindungleitung zur strömungsaufwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung zurückgeführt oder zur strömungsabwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung geleitet wird. Darüber hinaus kann das Verdichtungswiederholungsmittel das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel auf der Grundlage des Betriebszustandes des Elektromotors entsprechend dem Anwärmzeitverdichtungsmittel steuern.

Das Ansaugluftdurchsatzschaltmittel kann als Schaltventil ausgebildet sein.

Ferner kann die Steuerungsvorrichtung ein Pumpvorhersagemittel zur Vorhersage des Auftretens eines Pumpens in dem Auflader umfassen, sowie ein Pumpunterdrückungsmittel zur Zurückführung der durch den Auflader vorverdichteten Ansaugluft zu der strömungsaufwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung mit Hilfe des Ansaugluftstrom-Umlenkmittels, wenn das Pumpvorhersagemittel vorhersagt, dass ein Pumpen in dem Auflader auftreten wird.

Ferner kann die Steuerungsvorrichtung ein Ladegradverringerungsmittel zur Verringerung des Grades der Aufladung durch den Auflader während der Anwärmzeit des Ver brennungsmotors durch das Anwärmzeitverdichtungsmittel umfassen.

Ferner kann das Ladegradverringerungsmittel einen Mechanismus enthalten, der den Abstand zwischen einem Verdichterrad des Aufladers und einer Innenwandoberfläche des Aufladers verändert. Darüber hinaus kann das Ladegradverringerungsmittel einen Vorsprung umfassen, der hervorragt, um den durch das Verdichterrad des Aufladers vorverdichteten Strom von Ansaugluft zu blockieren.

Durch Bereitstellung des oben beschriebenen Ansaugluftstrom-Umlenkmittels kann die Ansaugluft wiederholt zurückgeführt und vorverdichtet werden. Darüber hinaus kann durch Bereitstellung des Pumpvorhersagemittels und des Pumpverhinderungsmittels durch das Pumpvorhersagemittel ein Pumpen in dem Auflader vorhergesagt werden, und für den Fall, dass ein Pumpen vorhergesagt wird, wird das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel durch das Pumpverhinderungsmittel so gesteuert, dass die vorverdichtete Ansaugluft zu der strömungsaufwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung zurückgeführt wird, wodurch ein Pumpen in dem Auflader vermieden werden kann. Darüber hinaus kann durch die Bereitstellung des Ladegradverringerungsmittels der Ladegrad der Aufladung durch den Auflader während der Anwärmzeit durch das Anwärmzeitverdichtungsmittel durch das Ladegradverringerungsmittel verringert werden, wodurch die Temperatur der Ansaugluft erhöht wird und ein stärkerer Anwärmeffekt erreicht werden kann.

Die oben genannte Ausführungsform und weitere Ausführungsformen, Ziele, Merkmale, Vorteile, technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden verständlich durch Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen sind:
1 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Verbrennungsmotors, der eine Steuerungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung enthält;
2 ein Flussdiagramm einer Steuerung durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
3 eine Querschnittsansicht eines Turboladers in der Steuerungsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung ausführlicher mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher beschrieben. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1, der eine Steuerungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst.
Der bei dieser beispielhaften Ausführungsform beschriebene Verbrennungsmotor 1 ist ein Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern. In der Querschnittsansicht der 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nur einer dieser Zylinder gezeigt. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Turbolader (d.h. einen Auflader) 2. In dem Turbolader 2 ist ein Turbinenrad, das in einer Abgasleitung 3 geordnet ist, über eine Drehwelle mit einem in einer Ansaugleitung 4 angeordneten Verdichterrad verbunden. Dieser Aufbau entspricht einem gewöhnlichen Turbolader. In dem Turbolader gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist jedoch ein Elektromotor 2a aufgenommen, dessen Abtriebswelle die Drehwelle ist.
Dieser Elektromotor 2a ist mit einer Steuereinheit 5 verbunden, welche mit einer Batterie 7 und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 6 verbunden, welche den gesamten Verbrennungsmotor 1 steuert. Die ECU 6 und die Steuereinheit 5 steuern die dem Elektromotor 2a zugeführte Energie, die wiederum die Drehzahl des Elektromotors 2a bestimmt. Das heißt, der Ladedruck, der erzeugt wird, wenn der Turbolader 2 durch den Elektromotor 2a angetrieben wird, wird gesteuert, indem die Drehzahl des Elektromotors 2a gesteuert wird. Die zum Beispiel mittels einer Luftstrommesseinrichtung 8, die strömungsaufwärts von dem Turbolader 2 in der Ansaugleitung 4 angeordnet ist, und einem Drucksensor 9, der in einem Druckausgleichsbehälter 4 in der Ansaugleitung 4 angeordnet ist, erfassten Ergebnisse werden verwendet, um den Ladedruck zu steuern. Die Sensoren sind mit der ECU 6 verbunden.
Zwischen dem Turbolader 2 und dem Druckausgleichsbehälter, in dem der Drucksensor 9 angeordnet ist, sind in Strömungsrichtung folgende Elemente angeordnet: Ein Temperatursensor 10, ein Schaltventil 11, ein Ladeluftkühler 12 und ein Drosselventil 13. Ferner ist die Ansaugleitung 4 strömungsaufwärts von dem Turbolader 2 über eine Verbindungsleitung 14 mit der Ansaugleitung 4 strömungsabwärts von dem Turbolader 2 verbunden. Das Schaltventil 11 ist ein Dreiwegeventil, das an einer Verbindungsstelle angeordnet ist, an der sich die Verbindungsleitung 14 und die Ansaugleitung 4 strömungsabwärts von dem Turbolader 2 verbinden. Die Position des Schaltventils 11 bestimmt, ob die durch den Turbolader 2 vorverdichtete Ansaugluft durch die Verbindungsleitung 14 strömungsaufwärts zurückgeführt wird oder strömungsabwärts geleitet wird, um einem Zylinder 15 des Verbrennungsmotors 1 zugeführt zu werden.
Dieses Schaltventil 11 ist mit der ECU 6 verbunden und wird durch diese gesteuert. Das Schaltventil 11 ist ein Magnetventil oder dergleichen. Die Position des Schaltventils 11 wird, wenn es erforderlich ist, von der ECU 6 geändert, um den entsprechenden Strömungsweg zu erzeugen. Der Temperatursensor 10, der ebenfalls mit der ECU 6 verbunden ist, erfasst die Temperatur der mit dem Turbolader 2 vorverdichteten Ansaugluft. Der Verbrennungsmotor 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau kann durch Betreiben des Elektromotors 2a und Ausführen einer Vorverdichtung vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 angewärmt werden. Hierbei kann sich "Anwärmen" auf das Anwärmen von entweder nur dem Verbrennungsmotor 1 oder nur einem Abgaskontrollkatalysator 16 in der Abgasleitung 3 oder von beiden beziehen. Eine Vorverdichtung erhöht den Druck der Ansaugluft. Mit zunehmendem Druck erhöht sich die Temperatur, die die verschiedenen Teile des Verbrennungsmotors anwärmt. Dies ist im einschlägigen Stand der Technik beschrieben.
Um diesen Anwärmeffekt vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 zu gewährleisten, wird bei dieser beispielhaften Ausführungsform der Strom der von dem Turbolader 2 vorverdichteten Ansaugluft während der Anwärmphase vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 mehrmals strömungsaufwärts durch die Verbindungsleitung 14 zurückgeführt und vorverdichtet. Ein wiederholtes Vorverdichten (d.h. ein mehrmaliges Vorverdichten) erhöht die Temperatur der Ansaugluft auf eine Temperatur, die zum Anwärmen des Verbrennungsmotors ausreichend ist, so dass der Verbrennungsmotor auf diese Weise wirksam angewärmt werden kann. Nachfolgend ist die Steuerung dieses Vorgangs beschrieben. Bei dieser Steuerung dienen die ECU 6 und die Steuereinheit 5 als das Anwärmzeitverdichtungsmittel. Das Schaltventil 11 und die Verbindungsleitung 14 dienen ferner als Verdichtungswiederholungsmittel.
2 ist ein Flussdiagramm der Schaltsteuerung für das Schaltventil 11. Die Steuerung des Elektromotors 2a zum Anwärmen des Verbrennungsmotors vor dem Starten wird gemäß einer weiteren Routine ausgeführt. Ferner startet die in dem Flussdiagramm in 2 gezeigte Steuerung, wenn eine Bedingung erfüllt ist, nämlich dass vorhergesagt wird, dass der Verbrennungsmotor 1 wahrscheinlich gestartet werden wird. Die Bedingung kann zum Beispiel sein, dass eine Tür des Fahrzeugs, das mit dem Verbrennungsmotor 1 ausgestattet ist, geöffnet worden ist, ein Sitzsensor erfasst hat, dass ein Fahrer in einem Fahrersitz Platz genommen hat oder es erfasst worden ist, dass ein Schlüssel zum Anlassen des Verbrennungsmotors in das Zündschloss gesteckt worden ist.
Zuerst wird bestimmt, ob ein Anwärmen vor dem Starten des Verbrennungsmotors durch Betreiben des Elektromotors 2a ausgeführt wird (Schritt S200). Wenn der Elektromotor 2a angetrieben wird, der Verbrennungsmotor 1 jedoch noch nicht läuft, wird bestimmt, dass ein Anwärmen vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt wird. Wenn der Verbrennungsmotor 1 noch nicht läuft und der Elektromotor 2a nicht angetrieben wird, wird ein Anwärmen vor dem Start des Verbrennungsmotors nicht ausgeführt. Wenn die Steuerung zum Anwärmen vor dem Start des Verbrennungsmotors nicht ausgeführt wird (entweder vor dem Beginn des Anwärmens vor dem Starten des Verbrennungsmotors oder nachdem das Anwärmen beendet ist), wird das Schaltventil 11 in eine Position geschaltet (Schritt S220), in der der Ansaugluftstrom wie es normalerweise der Fall ist in den Zylinder 15 geleitet wird, und die Routine ist beendet. Wenn andererseits die Steuerung zum Anwärmen vor dem Starten des Verbrennungsmotors ausgeführt wird, wird bestimmt, ob die mit Hilfe des Temperatursensors 10 er fasste Temperatur gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Temperatur ist (Schritt S210).
Diese vorbestimmte Temperatur wird auf eine Temperatur eingestellt, die zum Anwärmen des Verbrennungsmotors ausreichend ist. Wenn bei Schritt 210 bestimmt wird, dass die Temperatur der Ansaugluft die vorbestimmte Temperatur noch nicht erreicht hat, wird das Schaltventil 11 in eine Position geschaltet, in der der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird (Schritt S230). Nach Schritt S230 wird die Routine wieder von Schritt S200 aus ausgeführt. Die rückgeführte Ansaugluft wird erneut durch den Turbolader 2 vorverdichtet, was erneut ihre Temperatur erhöht. Diese Rückführung und Vorverdichtung wird solange wiederholt, bis die Temperatur der Ansaugluft die vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Selbst wenn die Bestimmung in Schritt S210 ein "Nein" liefert, so dass Schritt S230 ausgeführt wird, wenn die Temperatur der Ansaugluft schließlich die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, wechselt die Bestimmung in Schritt S210 zu "Ja", und das Schaltventil 11 wird in eine Position geschaltet, in der der Ansaugluftstrom wie gewöhnlich in den Zylinder 15 strömt (Schritt S220).
Ein Anwärmen des Verbrennungsmotors mit Hilfe der Ansaugluft, die auf diese Weise ausreichend angewärmt worden ist, wärmt jeden Teil des Verbrennungsmotors an. Wenn die mit Hilfe des Temperatursensors 10 erfasste Temperatur dadurch, dass die Ansaugluft, die nicht ausreichend angewärmt wurde, auf den Zylinder 15 strömt, unterhalb der vorbestimmten Temperatur liegt, wird das Schaltventil 11 in eine Position geschaltet, in der der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird, um ihre Temperatur ausreichend zu erhöhen. Auf diese Weise kann ein Anwärmen wirksam durchgeführt werden. Darüber hinaus unterstützt eine ausreichende Erhöhung der Temperatur der Ansaugluft die Verdampfung des Kraftstoffes, was ebenfalls das Startverhalten verbessert.
Ein Anwärmen des Verbrennungsmotors 2a durch Antreiben des Elektromotors 2a ist nicht darauf beschränkt, vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt zu werden, sondern kann auch fortgesetzt werden, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet worden ist. In diesem Fall kann das Schaltventil 11 ebenfalls auf der Grundlage des Betriebszustandes des Elektromotors 2a und der von dem Temperatursensor 10 erfassten Ergebnisse betätigt werden. Alternativ kann das Anwärmen des Verbrennungsmotors durch Betreiben des Elektromotors 2a gestartet werden, nachdem der Verbrennungsmotor 1 gestartet worden ist, und verwendet werden, um ein schnelles Anwärmen zu unterstützen.
Ferner kann gemäß der beispielhaften Ausführungsform ein Pumpen (engl: "surging") des Turboladers 2 nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 vermieden werden, indem die Verbindungsleitung 14 verwendet wird. Das sogenannte Pumpen, das seine Ursache in schnellen Fluktuation des Druckes hat, kann in dem Turbolader 2 auftreten. Die Fluktuationen des Drucks beim Pumpen sind schnell, haben Vibrationen des Turboladers 2 zur Folge und erzeugen Störgeräusche. Um eine Beschädigung des Turboladers 2 zu verhindern und einen geräuscharmen Betrieb des Turboladers 2 zu gewährleisten, ist es daher notwendig, zu verhindern, dass der Turbolader 2 "pumpt". Zu diesem Zweck wird vorhergesagt, ob ein Pumpen eintreten wird oder nicht, und wenn vorhergesagt wird, dass ein Pumpen eintreten wird, wird die Ansaugluft strömungsabwärts von dem Turbolader 2, die sich aufgrund der Vorverdichtung unter einem höheren Druck befindet, strömungsaufwärts zurückgeführt, so dass die Druckschwankungen abgeschwächt werden.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform basiert die Vorhersage des Auftretens des Pumpens auf einem Luftdurchsatz des Kompressors in dem Turbolader 2 und dem von dem Turbolader 2 erzeugten Ladedruck. Wenn der Ladedruck höher als ein vorbestimmter Ladedruck ist, wird vorhergesagt, dass ein Pumpen auftreten wird. Dieser vorbestimmte Ladedruck wird auf einen Wert eingestellt, der umso niedriger ist, je kleiner der Luftdurchsatz ist. Das heißt, wenn der Luftdurchsatz vergleichsweise klein ist, wird vorhergesagt, dass ein Pumpen bei einem niedrigeren Ladedruck auftreten wird. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird das Auftreten des Pumpens auf der Grundlage des Luftdurchsatzes durch den Kompressor in dem Turbolader 2 vorhergesagt, der von einem Wert der Luftstrommesseinrichtung 8 gewonnen wird, und von dem durch den Turbolader 2 erzeugten Ladedruck, der aus dem von dem Drucksensor 9 erfassten Wert und der Drehzahl des Turboladers 2 berechnet wird. Das heißt, in diesem Fall dienen die Luftstrommesseinrichtung 8, der Drucksensor 9, das Turboladerdrehzahlerfassungsmittel und die ECU 6 als das Pumpvorhersagemittel, und das Schaltventil (d.h das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel) 11 und die Verbindungsleitung 14 dienen als das Pumpunterdrückungsmittel.
In diesem Fall, wenn vorhergesagt wird, dass ein Pumpen eintreten wird, wird das Schaltventil 11 in eine Position geschaltet, so dass der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird, wodurch das Auftreten des Pumpens verhindert wird. Bei der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist zum Beispiel der Elektromotor 2a in dem Turbolader 2 aufgenommen. Alternativ kann die Erfindung auch auf einen Lader angewendet werden, der eine Vorverdichtung einfach durch Antrieb eines Motors bewerkstelligt (ohne die Energie von Abgasen zu nutzen) (z.B. ein sogenannter "mechanische Lader" oder Kompressor).
Darüber hinaus umfasst die obige beispielhafte Ausführungsform einen Mechanismus (d.h. ein Ladegradverringerungsmittel), das den Ladegrad des Turboladers 2 reduziert. Bei der beispielhaften Ausführungsform verringert dieser Mechanismus gezielt den Ladegrad, wenn der Verbrennungsmotor angewärmt wird, indem durch Antreiben des Elektromotors 2a die Ansaugluft vorverdichtet und die schon vorverdichtete zurückgeführt wird. Dieser Mechanismus ist in 3 gezeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, sind zwei Mechanismen, die den Ladegrad verringern, in der Nähe eines Verdichterrades 2c einer Turbine / eines Kompressors 2b des Turboladers 2 eingebaut. Der erste dieser Mechanismen verändert den Abstand zwischen dem Verdichterrad 2c und der Innenwandoberfläche des Turboladers 2. Bei diesem Mechanismus ist ein Teil des Innenwandabschnitts des Turboladers 2 als beweglicher Wandabschnitt 2d ausgebildet.
Der bewegliche Wandabschnitt 2d ist in der Zeichnung in einem Zustand gezeigt, in dem er ganz nach links in der Zeichnung bewegt worden ist. Jedoch ist es ebenso möglich, den beweglichen Wandabschnitt 2d mittels hydraulischem Druck, der die Bewegung steuert, zu der Position zu bewegen, die in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie gezeigt ist. Der in der Zeichnung gezeigte Zustand ist ein Zustand, der eine große Querschnittsfläche der Ansaugleitung liefert, wodurch der Ladegrad verringert wird. Während einer "normalen" Aufladung, d.h. nicht während der Anwärmphase des Verbrennungsmotors (d.h. wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht wird), befindet sich der bewegliche Wandabschnitt 2d in der durch die gestrichelte Linie in der Zeichnung gezeigten Position. Der bewegliche Wandabschnitt 2d wird unter Ver wendung eines Ölkanals 2e, die in dem Turbolader 2 ausgebildet ist, und einer Pumpe 2f, die den Öldruck in dem Ölkanal 2e erhöht oder vermindert, bewegt. Die Pumpe 2f ist mit der ECU 6 verbunden, die die Position des beweglichen Wandabschnitts 2d steuert. Der bewegliche Wandabschnitt 2d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist ringförmig, doch kann er auch so ausgebildet sein, dass sich nur ein Abschnitt des ringförmigen Abschnitts bewegt (z.B. kann er auch in Form mehrere beweglicher Abschnitte gebildet sein, die in vorbestimmten Intervallen in einem Kreis angeordnet sind).
Der zweite Mechanismus, der den Ladegrad verringert, umfasst eine Mehrzahl von Vorsprüngen 2d, so derart hervorragen, dass sie den von dem Verdichterrad 2c des Turboladers 2 ausgestoßenen Ansaugluftstrom blockieren. Die Vorsprünge 2g in der Zeichnung sind in vorbestimmten Intervallen in einem Kreis angeordnet. Ein Basisendabschnitt jedes Vorsprungs 2g ist in einem in dem Turbolader 2 ausgebildeten ringförmigen Ölkanal 2h angeordnet. Wenn der Hydraulikdruck in dem Ölkanal 2h hoch ist, werden diese Vorsprünge 2g nach außen gezwungen, so dass sie in die Ansaugleitung 4 hineinragen. Wenn der Hydraulikdruck in dem Ölkanal 2h niedrig ist, ziehen sich die Vorsprünge 2g zurück, so dass sie nicht länger in die Ansaugleitung 4 hineinragen. In 3 sind die Vorsprünge 2g in die Ansaugleitung 4 hervorragend gezeigt. Wenn sich die Vorsprünge 2g in diesem Zustand befinden, erzeugen sie eine Störung in der Strömung der Ansaugluft, wodurch der Ladegrad herabgesetzt wird. Der Ölkanal 2h ist mit einer Pumpe 2i verbunden, die den Hydraulikdruck in dem Ölkanal 2h erhöht und verringert. Diese Pumpe 2i ist mit der ECU 6 verbunden, die die Positionen der Vorsprünge 2g steuert.
Wenn der Elektromotor 2a angetrieben wird, um den Verbrennungsmotor anzuwärmen (und auch, wenn bei dieser beispielhaften Ausführungsform die vorverdichtete Ansaugluft rückgeführt wird), kann die Temperatur der Ansaugluft durch Verringern des Ladegrades mittels dieser Mechanismen erhöht werden. Mit einem äquivalenten Druckverhältnis (d.h. dem Druckverhältnis zwischen der strömungsaufwärts gelegenen Seite des Turboladers 2 und der strömungsabwärts gelegenen Seite des Turboladers 2) und einer äquivalenten Strömungsrate ist die Erhöhung der Temperatur des Ansaugluftstromes umso größer je niedriger der Ladegrad ist. Um eine Erhöhung der Leistung des Verbrennungsmotors 1 zu erreichen, ist es besser, die Temperatur der Ansaugluft zu verringern, die Dichte der Ansaugluft zu erhöhen, den Ladegrad zu verbessern und die Menge an Luft, die in den Zylinder geladen wird, zu erhöhen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird jedoch gerade das Gegenteil getan. Das heißt, der Ladegrad wird gezielt verringert, um die Temperatur der Ansaugluft zu erhöhen und ferner das "Anwärmvermögen" des Verbrennungsmotors zu verbessern.
Die Verringerung des Ladegrades mit Hilfe des beweglichen Wandabschnitts 2d und die Verringerung des Ladegrades mit Hilfe der Vorsprünge 2g können beide gleichzeitig ausgeführt werden, oder es kann jeweils nur eine von beiden Möglichkeiten ausgeführt werden. Werden beide Möglichkeiten gleichzeitig ausgeführt, kann der Ladegrad wirksamer reduziert werden. wenn der Ladegrad verringert wird, verlangsamt sich die Drehzahl der Turbine / des Kompressors 2b. Um dieser Verlangsamung der Drehzahl der Turbine / des Kompressors 2b entgegenzuwirken, wird der Elektromotor 2a mit erhöhter Kraft angetrieben, so dass die Turbine / der Kompressor 2b auf einer hohen Drehzahl gehalten wird, was die Temperatur bei der adiabatischen Kompression erhöht, wodurch es möglich ist, einen großen Anwärmeffekt zu erzielen. Selbst wenn der Elektromotor 2a nicht mit erhöhter Kraft, sondern mit konstanter Kraft angetrieben wird, kann jedoch eine Verbesserung des Anwärmvermögens erreicht werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Verbesserung des Anwärmevermögens, nachdem der Ladegrad mit Hilfe der oben beschriebenen Mechanismen verringert worden ist, um den durch den Turbolader 2 erzeugten Ladedruck auf einen vorbestimmten Wert zu bringen, dadurch wirksam erreicht werden, dass die Antriebskraft des Elektromotors 2a gesteuert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel dient bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform das Schaltventil 11, welches ein Dreiwegeventil ist, als das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel. An Stelle des einen Schaltventils 11 ist es jedoch auch möglich, zwei Ventile zu verwenden, um die gleiche Funktion auszuführen. Das heißt, durch Bereitstellen eines Ventils, das die Leitung auf der rechten Seite des Schaltventils in 1 öffnet und schließt, und eines Ventils, das die Leitung auf der linken Seite des Schaltventils in der gleichen Zeichnung öffnet und schließt, und ein Öffnen eines der Ventile während das andere geschlossen ist, ist es möglich, die Ansaugluft so zu leiten, dass sie nur in die offene Leitung strömt.
Darüber hinaus wird bei dieser Ausführungsform die Temperatur der Ansaugluft mit Hilfe des Temperatursensors 10 überwacht, und das Schaltventil 11 wird in Abhängigkeit davon, ob die erfasste Temperatur der Ansaugluft gleich wie oder größer als die vorbestimmte Temperatur ist, geschaltet. Wenn jedoch die Temperatur der Ansaugluft während des Startens des Verbrennugnsmotors 1 von dem Temperatursensor 10 einmal erfasst wurde und die Temperatur zu diesem Zeitpunkt unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, kann das Schaltventil 11 auch für eine vorbestimmte Zeitspanne in eine Position geschaltet werden, in der die Ansaugluft strömungsaufwärts rückgeführt wird (und kann anschließend in eine Position geschaltet werden, in der wie üblich der Ansaugluftstrom zu dem Zylinder 15 geleitet wird).
Darüber hinaus werden bei der obigen beispielhaften Ausführungsform die von dem Temperatursensor 10 erfassten Ergebnisse auch verwendet, wenn das Schaltventil 11 auf der Grundlage des Betriebszustandes des Elektromotors 2a beim Anwärmen vor dem Start des Verbrennungsmotors geschaltet wird. Alternativ kann jedoch das Schaltventil 11 auf der Grundlage gerade des Betriebszustandes des Elektromotors 2a beim Anwärmen vor dem Start des Verbrennungsmotors geschaltet werden (d.h. allein auf der Grundlage, ob der Elektromotor 2a zum Anwärmen vor dem Start betrieben wird), ohne die von dem Temperatursensor 10 erfassten Ergebnisse zu verwenden. Wenn zum Beispiel der Elektromotor 2a zum Anwärmen vor dem Start des Verbrennungsmotors betrieben wird, kann das Schaltventil 11 für eine vorbestimmte Zeitspanne in die Position geschaltet werden, in der der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird (und kannanschließend in die Position geschaltet werden, in der der Ansaugluftstrom wie gewöhnlich zu dem Zylinder 15 geleitet wird).
Ferner, selbst wenn der Auflader, der von dem Elektromotor angetrieben wird, in Reihe in der Ansaugleitung angeordnet ist (z.B. wenn ein Auflader, der nur durch einen Elektromotor angetrieben wird, und ein durch den Verbrennungsmotor angetriebener Auflader in Reihe geschaltet sind), kann der Ansaugluftstrom mehrere Male von dem motorbetriebenen Auflader vorverdichtet werden. Selbst bei dieser Art der Steuerung kann die Temperatur der Ansaugluft durch wiederholte Aufladung der Luft mit dem Turbo lader 2, der den Elektromotor 2a aufweist, erhöht werden, wodurch eine wirksame Anwärmung des Verbrennungsmotors erreicht werden kann.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben ist, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Die Erfindung umfasst vielmehr auch verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen. Ferner, obwohl die verschiedenen Elemente der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, liegen weitere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehr oder weniger Elementen oder nur einem Element, ebenfalls innerhalb des Geistes und Umfangs der Erfindung.

Claims

Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), der in einem Fahrzeug eingebaut ist und einen Auflader (2) umfasst, der entlang einer Ansaugleitung (4) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und durch einen Elektromotor (2a) angetrieben wird, wobei die Steuerungsvorrichtung ein Anwärmzeitverdichtungsmittel (5, 6) zum Antrieb bzw. Ansteuerung des Elektromotors (2a) aufweist, um eine Verdichtung während einer Anwärmung des Verbrennungsmotors (1) auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus ein Verdichtungswiederholungsmittel (4, 11) umfasst, um die Ansaugluft, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt werden soll, mit Hilfe des Anwärmzeitverdichtungsmittels (5, 6) mehrmals zu verdichten.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwärmzeitverdichtungsmittel (5, 6) den Verbrennungsmotor (1) anwärmt, bevor der Verbrennungsmotor (1) gestartet wird.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungswiederholungsmittel (11, 14) eine Verbindungsleitung (14) umfasst, die die Ansaugleitung strömungsaufwärts von dem Auflader (2) mit der Ansaugleitung strömungsabwärts von dem Auflader (2) verbindet, und ein Ansaugluftstrom-Umlenkmittel umfasst, um den Strom der durch den Auflader (2) verdichteten Ansaugluft umzulenken, so dass die Ansaugluft entweder über die Verbindungsleitung (14) zu der strömungsaufwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung (14) zurückgeführt oder zu der strömungsabwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung (4) geleitet wird, und dass das Verdichtungswiederholungsmittel (11, 14) das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel auf der Grundlage des Be triebszustandes des Elektromotors (2a) gemäß dem Aufwärmzeitverdichtungsmittel (5, 6) steuert.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel ein Schaltventil (11) umfasst.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, das es ferner umfasst: – ein Pumpvorhersagemittel (6, 8, 9) zur Vorhersage des Auftretens eines Pumpens in dem Auflader (2); und – ein Pumpunterdrückungsmittel (11, 14), um die durch den Auflader (2) verdichtete Ansaugluft mit Hilfe des Ansaugluftstrom-Umlenkmittels (11) zu der strömungsaufwärts gelegenen Seite der Ansaugleitung (4) zurückzuführen, wenn das Pumpvorhersagemittel (6, 8, 9) vorhersagt, dass ein Pumpen in dem Auflader (2) eintreten wird.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Ladegradverringerungsmittel zur Verringerung eines Ladegrades des Aufladers (2) während des Anwärmens des Verbrennungsmotors (1) durch das Aufwärmzeitverdichtungsmittels (5, 6) umfasst.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegradverringerungsmittel einen Mechanismus (2d) umfasst, der den Abstand zwischen einem Verdichterrad (2c) des Aufladers und einer Innenwandoberfläche des Aufladers (2) verändert.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegradverringerungsmittel einen Vorsprung (2g) umfasst, der derart hervorragt, dass der durch das Verdichterrad (2c) des Aufladers (2) ausgestoßene Ansaugluftstrom blockiert wird.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladewiederholungsmittel (11, 14) wiederholt Ansaugluft zurückführt und die dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführende Ansaugluft mit Hilfe des Aufwärmzeitverdichtungsmittels (5, 6) mehrmals verdichtet und auflädt.