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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren
für eine
Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, der mit einem Einlassdurchlass
verbunden ist und von einem Motor angetrieben wird.
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2. Beschreibung
der fachverwandten Technik
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Allgemein
sind schon Versuche dahingehend unternommen worden, einen Einlassdurchlass eines
Motors (Brennkraftmaschine) mit einem motorgetriebenen Turbolader
zu versehen, und durch das vom Turbolader ausgeführte Turboladen eine hohe Ausgangsleistung
(oder einen geringen Kraftstoffverbrauch) zu erzielen. Eine solche
Brennkraftmaschine ist auch in der veröffentlichten japanischen Übersetzung
einer PCT-Anmeldung JP-T-2001-518590 offenbart. Bei der in der veröffentlichten
japanischen Übersetzung
der PCT-Anmeldung JP-T-2001-518590 offenbarten Brennkraftmaschine verzweigt
sich ein Einlassdurchlass auf zwei Abzweigströmungsdurchlässe, die wieder zu einem Strömungsdurchlass
zusammengeführt
werden. Ein von einem Motor angetriebener Turbolader ist mit einem
der Abzweigströmungsdurchlässe verbunden. Ein
zusammengeführter
Abschnitt der Abzweigströmungsdurchlässe ist
mit einem Schaltventil versehen, das den Abzweigströmungsdurchlass ändert, von
dem Ansaugluft zur stromabwärtigen
Seite hin strömt.
Wenn der Turbolader arbeitet, öffnet
das Schaltventil den Abzweigströmungsdurchlass,
der mit dem Turbolader versehen ist, und schließt den Abzweigströmungsdurchlass,
der nicht mit dem Turbolader versehen ist. Wenn dagegen der Turbolader nicht
arbeitet, schließt
das Schaltventil den Abzweigströmungsdurchlass,
der mit dem Turbolader versehen ist, und öffnet den Abzweigströmungsdurchlass, der
nicht mit dem Turbolader versehen ist. Auf diese Weise ist die Rückströmung von
Ansaugluft verhindert, während
der Turbolader daran gehindert ist, einen Verlust von Ansaugluft
zu verursachen.
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Der
Zustand des Schaltventils in der Brennkraftmaschine, welches in
der vorstehend erwähnten veröffentlichten
japanischen Übersetzung
der PCT-Anmeldung JP-T-2001-518590
offenbart ist, ändert
sich entsprechend eines Unterschieds zwischen einem Druck in jedem
der Abzweigrohre auf der stromaufwärtigen Seite und einem Druck
in einem Ansaugrohr auf der stromabwärtigen Seite. Wenn das Schaltventil dazu
ausgelegt ist, wie vorstehend beschrieben einen Differenzialdruck
zu nutzen, kann sich der Zustand des Schaltventils in nicht zweckmäßiger Weise ändern und
die Strömung
der Ansaugluft für
einen Moment unterbrochen werden. Wird z.B. die Durchführung des
Turboladens durch den Turbolader gestoppt, wird der Zustand des
Schaltventils nach dem Stoppen des Turboladers geändert und
es entsteht ein Luftstrom in dem Abzweigrohr, das nicht mit dem
Turbolader versehen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom der Ansaugluft
vorübergehend
unterbrochen, und die Brennkraftmaschine läuft möglicherweise nicht rund.
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In
US 5,335,500 ist ein Motor
offenbart, der eine Steuerung für
einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 umfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren
zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem motorgetriebenen
Turbolader bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, das Turboladen
in Einklang mit einem Betriebszustand in optimaler Weise auszuführen.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, der mit einem Einlassdurchlass
der Brennkraftmaschine verbunden ist und von einem Motor angetrieben
wird, einem Umgehungsdurchlass, der für den Einlassdurchlass in solcher
Weise vorgesehen ist, dass er den Turbolader umgeht, einer Einrichtung
zur Anpassung einer Flussgröße, um frei
wählbar
eine Flussgröße für Luft, die
durch den Umgehungsdurchlass fließt, anzupassen, und einer Steuereinrichtung,
um den Motor und die Einrichtung zur Anpassung der Flussgröße zu steuern.
Die Einrichtung zur Anpassung der Flussgröße ist elektrisch angetrieben.
Die Steuervorrichtung stoppt die Durchführung des Turboladens durch den
Turbolader, nachdem die Einrichtung zur Anpassung der Flussgröße betrieben
wurde und das Ansaugen von Luft über
den Umgehungsdurchlass gestartet wurde.
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Die
Steuereinrichtung kann einen Zielladedruck festlegen und den Motor
auf der Grundlage des Zielladedrucks steuern. Wenn der Zielladedruck
als ein Wert eingestellt wurde, der eine Kapazität des Turboladers übersteigt,
kann die Steuereinrichtung die Einrichtung zur Anpassung der Flussgröße antreiben
und allmählich
oder schrittweise das Einsaugen von Luft über den Umgehungsdurchlass
beginnen, bevor sie die Durchführung
des Turboladens durch den Turbolader stoppt.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine
mit einem Turbolader, der mit einem Einlassdurchlass der Brennkraftmaschine
verbunden ist und von einem Motor angetrieben wird, einem Umgehungsdurchlass,
der für
den Einlassdurchlass in solcher Weise vorgesehen ist, dass er den
Turbolader umgeht, und einer Einrichtung zur Anpassung einer Flussgröße, welche
eine Flussgröße für Luft,
die durch den Umgehungsdurchlass fließt, frei wählbar anpasst. Das Verfahren
umfasst einen ersten Schritt der Bestimmung, ob der Turbolader zu
stoppen ist; und einen zweiten Schritt des elektrischen Antriebs
der Einrichtung zur Anpassung der Flussgröße, welcher das Saugen von
Luft über
den Umgehungsdurchlass startet und dann die Durchführung des
Turboladens durch den Turbolader stoppt, wenn in dem ersten Schritt
bestimmt wird, dass der Turbolader zu stoppen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehend genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche
Bezugszahlen dazu verwendet werden, gleiche Elemente darzustellen.
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1 ist
eine schematisch Abbildung, die den Aufbau einer Brennkraftmaschine
(eines Motors) mit einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Flussdiagramm einer Ventilsteuerung, die von der Steuervorrichtung
gemäß der Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
wird; und
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3 ist
ein Diagramm zur Berechnung eines Anstiegs des Ladedrucks, welches
bei der Bestimmung eines Zielladedrucks verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend
wird eine Steuervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. 1 zeigt
einen Motor 1, der über
die Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform
verfügt.
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In
einigen Fällen
wird die Bezeichnung „Ladedruck" dazu verwendet,
einen Unterschied zum Atmosphärendruck
anzugeben. In anderen Fällen
wird die Bezeichnung „Ladedruck" dazu verwendet,
einen Absolutdruck in einem Ansaugrohr anzugeben. Die folgende Beschreibung
erfolgt immer unter der Klarstellung, auf wel chen der Ausdrücke Bezug
genommen wird, wann immer sie voneinander unterschieden werden müssen. Beispielsweise
in dem Fall, wo die Steuerung des Ladedrucks auf der Grundlage eines
Ausgangssignals von einem Drucksensor zum Erfassen eines Drucks
in einem Ansaugrohr erfolgt, ist es einfach, wenn der Drucksensor
dazu ausgelegt ist, einen Unterschied zum Atmosphärendruck
zu erfassen, die Steuerung des Ladedrucks auf der Grundlage eines „Ladedrucks
in Form eines Unterschieds zum Atmosphärendruck" auszuführen. Ist dagegen der Drucksensor
dazu ausgelegt, einen Absolutdruck zu erfassen, ist es einfach,
die Steuerung des Ladedrucks auf der Grundlage eines „Einlassdrucks
in Form eines Absolutdrucks" durchzuführen.
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Obwohl
der in der vorliegenden Ausführungsform
beschriebene Motor 1 ein Motor mit mehreren Zylindern ist,
ist in 1 als Querschnittsansicht nur ein Zylinder dargestellt.
Der Motor 1 ist dazu ausgelegt, über ein Einspritzventil 2 Kraftstoff
in einen Zylinder 3 einzuspritzen. Der Motor 1 ist
ein so genannter Magermotor, in dem auch eine geschichtete Verbrennung
möglich
ist. Der Motor 1 kann eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs
sowie eine Steigerung der Ausgangsleistung erzielen, indem mittels
eines Verdichtergebläses
(Verdichtereinheit) 11 und eines durch einen nachstehend
erwähnten Motor 20a angetriebenen
Turboladers 20 eine größere Menge
an Ansaugluft vorgefüllt
wird.
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Mittels
eines Kolbens 4 kann der Motor 1 in den Zylinder 3 über einen
Einlassdurchlass 5 angesaugte Luft komprimieren, Kraftstoff
in eine an der Oberseite des Kolbens 4 ausgebildete Vertiefung
einspritzen, ein Gemisch mit hoher Konzentration im Bereich um eine
Zündkerze 7 ansammeln,
und das Gemisch verbrennen, indem es durch die Zündkerze 7 gezündet wird
(geschichtete Verbrennung). Wird Kraftstoff während eines Ansaughubs eingespritzt, kann
auch eine normale homogene Verbrennung ausgeführt werden. Ein Raum zwischen
dem Inneren des Zylinders 3 und dem Einlassdurchlass 5 wird
von einem Einlassventil 8 geöffnet und geschlossen. Das nach
der Verbrennung entstandene Abgas wird über einen Auslassdurchlass 6 abgeführt. Ein
Raum zwischen dem Inneren des Zylinders 3 und dem Auslassdurchlass 6 wird
von einem Auslassventil 9 geöffnet und geschlossen. Entlang
des Einlassdurchlasses 5 sind, von einer stromaufwärtigen Seite
von ihm gesehen, ein Luftfilter 10, ein Luftstrommesser 27, ein
Turbolader 20, eine Verdichtereinheit 11, ein
Zwischenkühler 12,
ein Drosselventil 13 und dgl. in dieser Reihenfolge angeordnet.
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Der
Luftfilter 10 entfernt Schmutz, Staub und dgl. aus der
Ansaugluft. Der Luftstrommesser 27 der vorliegenden Ausführungsform
ist von der Bauart mit Hitzdraht und erfasst eine Ansaugluftmenge
als Massenstrommenge. Der Turbolader 20 wird vom Motor 20a,
der darin eingebaut ist, elektrisch angetrieben. Eine Kompressorturbine
ist direkt mit einer Ausgangswelle des Motors 20a verbunden.
Der Motor 20a des Turboladers 20 ist über eine
Steuereinheit 21 an eine Batterie 22 angeschlossen.
Die Steuereinheit 21 steuert das Antreiben des Motors 20a durch
Steuern der ihm zugeführten
Energie. Die Steuereinheit 21 kann eine Drehzahl des Motors 20a erfassen
(d.h. eine Rotationsgeschwindigkeit der Kompressorturbine).
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Ein
Umgehungsdurchlass 24 ist so angeordnet, dass er die stromaufwärtige und
stromabwärtige Seite
des Turboladers 20 miteinander verbindet. Und zwar verzweigt
sich in diesem Abschnitt der Einlassdurchlass 5 auf zwei
Strömungsdurchlässe, die
parallel zueinander verlaufen. Ein Ventil 25 zum Anpassen
bzw. Einstellen einer Menge an Einlassluft, die durch den Umgehungsdurchlass 24 strömt, ist
mit diesem verbunden. Das Ventil 25 der vorliegenden Ausführungsform
stellt eine Menge an Einlassluft über eine Einsatzzeitsteuerung
ein. Selbstverständlich
kann das Ventil 25 auch in einem vollständig geöffneten Zustand oder vollständig geschlossenen
Zustand gehalten werden. Das heißt, dass die Menge an Einlassluft,
die pro Zeiteinheit durch den Umgehungsdurchlass 24 strömt, durch
das Ventil 25 eingestellt werden kann. Das Ventil 25 fungiert
als Einrichtung zur Anpassung einer Flussgröße bzw. Einstellung einer Strömungsmenge.
Das Ventil 25 ist elektrisch angetrieben und kann eine
durch den Umgehungsdurchlass 24 strömende Menge an Luft frei wählbar einstellen.
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Wenn
der Turbolader 20 außer
Betrieb ist, wirkt er gegenüber
der Ansaugluft als Widerstand. In so einem Fall wird die Ansaugluft
dazu gebracht, durch den Umgehungsdurchlass zu strömen, so
dass verhindert ist, dass der Turbolader 20 als Widerstand gegenüber der
Ansaugluft wirkt. Steht dagegen der Umgehungsdurchlass beim Starten
bzw. Hochfahren des Turboladers 20 offen, strömt vom Turbolader 20 vorgefüllte Ansaugluft über den
Umgehungsdurchlass 24 zurück. Aus diesem Grund wird der
Umgehungsdurchlass 24 geschlossen. Wenn der Turbolader 20 das
Turboladen beendet hat, wird der Umgehungsdurchlass 24,
der geschlossen ist (bzw. nur einen begrenzten Luftstrom durch ihn
hindurch gestattet), geöffnet.
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Wird
jedoch der Umgehungsdurchlass 24 entsprechend dem Betreiben
oder Stoppen des Turboladers 20 einfach nur geschlossen
oder geöffnet, neigt
die Strö mung
der Ansaugluft dazu, vorübergehend
unterbrochen zu sein. Dies ist vom Standpunkt der Ausgangsleistung
oder Abgasemissionseigenschaften des Motors 1 nicht wünschenswert.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform der Betrieb des
Ventils 25 so gesteuert, dass verhindert ist, dass der
Strom der Ansaugluft vorübergehend
unterbrochen wird, so dass ein optimaler Vorgang des Turboladens
ausgeführt
wird. Diese Steuerung wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
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Die
Verdichtereinheit 11 ist zwischen dem Einlassdurchlass 5 und
dem Auslassdurchlass 6 angeordnet und führt das Turboladen aus. Das
heißt, dass
der Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform das Turboladen mittels
des Turboladers 20 und der Verdichtereinheit 11 ausführen kann,
die in Reihe geschaltet sind. In der Verdichtereinheit 11 sind
ein turbinenseitiges Laufrad und kompressorseitiges Laufrad durch
eine Drehwelle gekoppelt. Die Verdichtereinheit 11 hat
eine Vorrichtung 11a mit verstellbarer Düse und eine
Vorrichtung mit veränderbarer
Geometrie. Die Vorrichtung 11a mit verstellbarer Düse wird
von einer ECU 16 gesteuert, die nachfolgend beschrieben
werden wird.
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Ein
stromabwärts
der Verdichtereinheit 11 angeordneter, luftgekühlter Zwischenkühler 12 ist
mit dem Einlassdurchlass 5 verbunden. Der Zwischenkühler 12 senkt
eine Temperatur der Ansaugluft ab, die aufgrund eines Druckanstiegs
wärmer
geworden ist, der sich aus der durch den Turbolader 20 oder
die Verdichtereinheit 11 durchgeführten Turboaufladung ergibt.
Der Zwischenkühler 12 senkt
eine Temperatur der Ansaugluft ab und erhöht somit den Füllwirkungsgrad.
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Stromabwärts des
Zwischenkühlers 12 ist ein
Drosselventil 13 zur Einstellung einer Menge an Ansaugluft
angeordnet. Das Drosselventil 13 der vorliegenden Ausführungsform
ist ein so genanntes elektronisch gesteuertes Drosselventil. Ein
Beschleunigungsvorrichtungs-Positionssensor 15 erfasst
einen Betätigungsbetrag
eines Gaspedals 14. Auf der Grundlage eines vom Beschleunigungsvorrichtungs-Positionssensor 15 erfassten
Ergebnisses und beruhend auf von anderen Sensoren erhaltenen Informationen
bestimmt die ECU 16 einen Öffnungsgrad des Drosselventils 13.
Das Drosselventil 13 wird von einem Drosselmotor 17 geöffnet und
geschlossen, der in Zuordnung damit vorgesehen ist. Ein Drosselpositionssensor 18 zum
Erfassen eines Öffnungsgrads
des Drosselventils 13 ist auch in Zuordnung damit vorgesehen.
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Ein
Drucksensor 19 zum Erfassen eines Drucks (Ladedruck oder
Ansaugdruck) im Einlassdurchlass 5 ist auch stromabwärts des
Drosselventils 13 vorgesehen. Die Sensoren 15, 18, 19 und 27 sind mit
der ECU 16 verbunden. Von den Sensoren erfasste Ergebnisse
werden an die ECU 16 geliefert. Bei der ECU 16 handelt
es sich um eine elektronische Steuereinheit, die sich aus einer
CPU, einem ROM, einem RAM und dgl. zusammensetzt. Die vorstehend
erwähnten
Bauteile wie das Einspritzventil 2, die Zündkerze 7,
die Steuereinheit 21, die Batterie 22 und dgl.
sind an die ECU 16 angeschlossen. Diese Bauteile werden
von Signalen gesteuert, die von der ECU 16 ausgegeben werden,
oder Zustände
der Bauteile (z.B. ein Ladezustand der Batterie 22) werden
von der ECU 16 überwacht.
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Das
im Umgehungsdurchlass 24 vorgesehene Ventil 25 ist
auch an die ECU 16 angeschlossen. Das Ventil 25 wird
durch ein von der ECU 16 ausgegebenes Signal elektrisch
angetrieben. Die ECU 16 erfasst einen Betriebszustand des
Motors 1 aus Ergebnissen, die von den Sensoren oder dgl.
erfasst wurden, und treibt das Ventil 25 auf der Grundlage der
erfassten Ergebnisse an. Das heißt, dass die ECU 16 als
Steuereinrichtung zum Steuern des Antreibens des Ventils 25 und
Steuern des Motors 20a über
die Steuereinheit 21 fungiert.
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Dagegen
ist der Auslassdurchlass 6 mit einem Abgasreinigungskatalysator 23 zum
Reinigen des Abgases versehen. Der Abgasreinigungskatalysator 23 ist
stromabwärts
der Verdichtereinheit 11 angeordnet. Ein Kurbelwellen-Positionssensor 26 zum Erfassen
einer Drehposition einer Kurbelwelle des Motors 1 ist in
seiner unmittelbaren Nähe
installiert. Der Kurbelwellen-Positionssensor 26 kann aus
einer Position der Kurbelwelle auch eine Motordrehzahl erfassen.
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Nun
wird die vorstehend erwähnte
Steuerung des Turboladers 20 und Ventils 25 beschrieben. 2 zeigt
ein Flussdiagramm dieser Steuerung. Mit Bezugnahme auf das in 2 gezeigte
Flussdiagramm wird beschrieben, wie das Ventil 25 eine
Strömungsmenge
einstellt. Die nachstehend beschriebene Steuerung wird insbesondere
dann ausgeführt, wenn
der Vorgang des Turboladens, der vom Turbolader 20 ausgeführt wird,
gestoppt wird. Und zwar hält
das Ventil 25 den Umgehungsdurchlass 24 geschlossen,
bevor ein Programmlauf des in 2 gezeigten
Flussdiagramms beginnt.
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Zuallererst
wird in einem anderen Programmlauf (Schritt 200) eine dem
Motor 20a zuzuführende
Energie bestimmt. Die dem Motor 20a zuzuführende Energie
wird auf der Grundlage eines Zielladedrucks Pt und eines tatsächlichen
Ladedrucks Pr bestimmt. Die in diesem Programmlauf durchgeführte Steuerung
des Turboladens wird kurz beschrieben.
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Zuerst
wird vom Kurbelwellen-Positionssensor 26 eine Motordrehzahl
erfasst, und aus einer Einlassluftmenge (vom Drucksensor 19 abgeschätzt) oder
einer Drosselöffnung
(vom Drosselpositionssensor 18 erfasst) wird eine Motorlast
abgeschätzt. Als
Nächstes
wird aus der Motordrehzahl und der Motorlast ein Basiszielladedruck
Pb berechnet. Bei dem Basiszielladedruck Pb handelt es sich um einen Ladedruck,
der vorausgesagt wird, wenn der Motor während eines Konstantbetriebs
mit einer vorab bestimmten Drehzahl und einer vorab bestimmten Last dreht.
Der Basiszielladedruck Pb wird vorab experimentell oder dgl. ermittelt
und in einem ROM innerhalb der ECU 16 als Diagramm gespeichert.
Die vorstehend erwähnte
Steuerung der verstellbaren Düse wird
auf der Grundlage des Basiszielladedrucks Pb ausgeführt.
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Als
Nächstes
wird ein vom Turbolader 20 hervorzubringender Turboladedruckanstieg
Pa auf der Grundlage einer vom Drehzahlsensor 26 erfassten
Motordrehzahl und einer vom Beschleunigungsvorrichtungs-Positionssensor 15 erfassten
Beschleunigungsvorrichtungsöffnung
bestimmt. Eine Beziehung zwischen Motordrehzahl, Beschleunigungsvorrichtungsöffnung und
dem Turboladedruckanstieg Pa wird vorab auf experimentellem Weg
oder dgl. bestimmt und im ROM innerhalb der ECU 16 als
Diagramm abgespeichert. Dieses Diagramm ist in 3 dargestellt.
Wie in 3 gezeigt ist, wird der vorstehend erwähnte Turboladedruckanstieg
Pa als positiver Wert eingestellt, so dass der Turbolader 20 nur dann
Unterstützung
bietet, wenn der Motor 1 in einem Bereich arbeitet, in
dem die Motordrehzahl kleiner oder gleich einer vorab bestimmten
Drehzahl und die Beschleunigungsvorrichtungsöffnung größer oder gleich einer vorab
bestimmten Öffnung
ist. Im vorstehend erwähnten
Bereich nimmt der Turboladedruckanstieg Pa zu, wenn die Motordrehzahl
abnimmt und die Beschleunigungsvorrichtungsöffnung größer wird.
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Läuft der
Motor 1 außerhalb
des vorstehend erwähnten
Bereichs, wird der zuvor erwähnte
Turboladedruckanstieg Pa nicht auf 0, sondern als negativer Wert
eingestellt, wodurch der Turbolader 20 im Wesentlichen
daran gehindert ist, Unterstützung
zu bieten (der Grund für
das Einstellen des Turboladedrucks Pa als negativer Wert wird später beschrieben werden).
Dann wird als Zielladedruck Pt ein Druck berechnet, der erhalten
wird, indem der vom Turbolader 20 hervorzubringende Turboladedruckanstieg
Pa zum Basiszielladedruck Pb hinzuaddiert wird. Bei dem Zielladedruck
Pt handelt es sich um einen Sollwert, der zum Zwecke der Steuerung
des vom Turbolader 20 ausgeführten Turboladens eingestellt
wird, und kann eventuell mit einem tatsächlich gewünschten Ladedruck nicht übereinstimmen.
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Wie
aus dem in 3 gezeigten Diagramm ersichtlich
ist, wird der Zielladedruck Pt zum Beispiel als hoher Wert eingestellt,
da der Ladedruckanstieg Pa als hoher Wert eingestellt wird, wenn
die Beschleunigungsvorrichtungsöffnung
groß ist,
während
der Motor bei niedriger Drehzahl dreht. Bei dem hier eingestellten
Zielladedruck Pt handelt es sich um einen Ladedruck, der durch die
Kapazität
des Turboladers 20 gar nicht erreicht werden kann. Indem
man den Zielladedruck Pt so einstellt, wird das Phänomen des
Schwingens verhindert, bei dem der tatsächliche Ladedruck über den
Zielladedruck hinaus ansteigt und unter diesen abfällt. Im
Ergebnis kann der Turbolader 20 die Turboladeunterstützung zuverlässig und kontinuierlich
bereitstellen. Demzufolge steigt die Motordrehzahl schnell an und
der Zielladedruck Pt sinkt ab, entsprechend dem in 3 gezeigten
Diagramm. Selbst in dem Fall, wo der Zielladedruck Pt innerhalb
der Kapazität
des Turboladers 20 eingestellt wird, wird der Zielladedruck
Pt als ein Druck eingestellt, der geringfügig höher ist als ein vermutlich genau
erwünschter
Ladedruck, und zwar um den Ladedruckanstieg Pa. Dadurch kann das
Phänomen des
Schwingens verhindert werden, und der Turbolader 20 kann
das Turboladen zuverlässiger
Ausführen.
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Wenn
der Zielladedruck Pt berechnet ist, erfasst der Drucksensor 19 einen
Druck in einem Ansaugrohr als tatsächlichen Ladedruck Pr, und
es wird ein Unterschied ΔP
zwischen dem Zielladedruck Pt und dem erfassten tatsächlichen
Ladedruck Pr berechnet. Sogar für
den Fall, dass der vorstehend erwähnte Turboladedruckanstieg
Pa einen positiven Wert annimmt, führt der Turbolader 20 das
Turboladen nicht aus, wenn der Unterschied ΔP (= Pt – Pr) kleiner oder gleich 0
ist. Deshalb ist die dem Motor 20a zugeführte Energie
gleich 0. Ist andererseits der Unterschied ΔP größer als 0, bietet der Turbolader 20 beim
Turboladen Unterstützung.
Folglich wird eine dem Motor 20a zuzuführende Energie auf der Grundlage
des Unterschieds ΔP
bestimmt.
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Wie
vorstehend beschrieben, kann der Turboladedruckanstieg Pa als negativer
Wert eingestellt werden. Ein zu berechnender Zielladedruck Pt wird dadurch
als unterer Wert errechnet. Deshalb wird auch der Unterschied ΔP als kleinerer
Wert berechnet. Im Ergebnis wird es in dem Fall, wo das Einsetzen
der Unterstützung
durch den Turbolader 20 nicht erwünscht ist, z.B. dann, wenn
der tatsächliche
Ladedruck Pr aufgrund einer Störung
oder dgl. gerade geschwankt hat, für den Turbolader 20 schwierig,
das Turboladen auszuführen,
und die Steuerung des Ladedrucks kann stabilisiert werden. Folglich
wird in einer Situation, in der es als nicht erforderlich erachtet wird,
dass der Turbolader 20 das Turboladen ausführt, der
La dedruckanstieg Pa als negativer Wert eingestellt, wodurch es für den Turbolader 20 schwierig
wird, das Turboladen auszuführen.
Somit ist die Steuerung des Ladedrucks stabilisiert.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird, nachdem in Schritt S200 eine dem
Motor 20a zuzuführende
Energie bestimmt worden ist, zuerst bestimmt, ob ein vom Drucksensor 19 erfasster,
tatsächlicher
Ladedruck Pr größer oder
gleich einem berechneten Zielladedruck Pt ist oder nicht (Schritt 210),
und zwar zum Zwecke des Antreibens des Ventils 25 zur Einstellung
einer Strömungsmenge
von Ansaugluft, die durch den Umgehungsdurchlass 24 strömt. Ist
das Ergebnis im Schritt 210 positiv, hat der tatsächliche Ladedruck
Pr den Zielladedruck Pt bereits erreicht. Deshalb wird das Ventil 25 geöffnet (Schritt 220),
um den Umgehungsdurchlass 24 zu öffnen, und dann wird die in
Schritt 200 bestimmte Beaufschlagungsenergie (einschließlich 0)
dem Motor 20a zugeführt (Schritt 230).
Die Energie wird dem Motor 20a zugeführt, indem an die Steuereinheit 21 ein
von der ECU 16 bestimmter Befehlswert ausgegeben wird.
Dadurch wird der Motor 20a angetrieben.
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In
diesem Fall ist jedoch, da das Ergebnis in Schritt 210 positiv
ist, der tatsächliche
Ladedruck Pr gleich dem oder größer als
der Zielladedruck Pt. Deshalb ist die in Schritt 200 bestimmte
Beaufschlagungsspannung 0, und der Motor 20a wird tatsächlich nicht
angetrieben (oder er wird gestoppt, falls er vorher angetrieben
war). Des Weiteren ist es in diesem Fall auch zweckmäßig, dass
zwischen Schritt S220 und Schritt S230 aktiv eine vorab bestimmte Zeitperiode
dazwischengesetzt wird. Daher wird für den Fall, dass der Motor 20a anzuhalten
ist, zuerst der Umgehungsdurchlass 24 geöffnet (entweder
vollständig
oder teilweise), und dann wird der Motor 20a gestoppt.
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Ist
dagegen das Ergebnis in Schritt 210 negativ, nämlich wenn
der tatsächliche
Ladedruck Pr den Zielladedruck Pt nicht erreicht hat, wird zuerst bestimmt,
ob der Zielladedruck Pt innerhalb eines Kapazitätsbereichs des Motors 20a gelegt
wurde, oder ob der Zielladedruck Pt über eine Grenzkapazität des Motors 20a hinausgehend
eingestellt wurde, um den Motor 20a weiterhin zuverlässig anzutreiben (Schritt 240).
Wenn das Ergebnis in Schritt 240 positiv ist, wenn nämlich der
Zielladedruck Pt innerhalb des Kapazitätsbereichs des Motors 20a gelegt
wurde, wird die in Schritt 200 bestimmte Beaufschlagungsenergie
dem Motor 20a zugeführt,
während
ein Zustand aufrechterhalten wird, bei dem das Ventil 25 den
Umgehungsdurchlass 24 geschlossen hält (Schritt 230).
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Ist
dagegen das Ergebnis im Schritt 240 negativ, nämlich wenn
der Zielladedruck Pt über
die Grenzkapazität
des Motors 20a hinausgehend eingestellt wurde, um es dem
Turbolader 20 zu ermöglichen,
den Turboladebetrieb durch zuverlässiges Antreiben des Motors 20a beizubehalten,
erreicht der tatsächliche
Ladedruck Pr nicht den Zielladedruck Pt, ganz egal, wie viel Zeit
verstrichen ist. In so einem Fall wird der Motor 20a mit
der relativen Einschaltdauer des Ventils 25 angetrieben,
die auf der Grundlage des zuvor erwähnten Unterschieds ΔP eingestellt
wurde, um so den Umgehungsdurchlass 24 allmählich zu öffnen. Die
in Schritt 200 bestimmte Beaufschlagungsenergie wird dem
Motor 20a nicht direkt zugeführt, sondern in allmählich ansteigender Art
und Weise (Schritt 250). Schließlich ist der Umgehungsdurchlass 24 vom
Ventil 25 vollständig
geöffnet,
und der Motor 20a ist gestoppt. Auch in diesem Fall wird
der Motor 20a gestoppt, nachdem der Umgehungsdurchlass 24 vom
Ventil 25 geöffnet
wurde. Wenn der Zielladedruck Pt über die Grenzkapazität des Motors 20a hinausgehend
eingestellt wurde, wird folglich der Motor 20a gestoppt,
um eine Beschädigung
von ihm zu verhindern.
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Der
zuvor erwähnte
Vorgang des allmählichen Öffnens des
Umgehungsdurchlasses und der vorstehend erwähnte Vorgang der allmählichen
Reduzierung der zuzuführenden
Energie kann auf der Grundlage des wie vorstehend beschriebenen
Unterschieds ΔP
erfolgen. Alternativ können
die Vorgänge mit
einer vorab bestimmten Rate ausgeführt werden, sobald der tatsächliche
Ladedruck Pr einen vorab bestimmten Ladedruck erreicht hat (z.B.
80 % des Zielladedrucks Pt). Wenn der Zielladedruck Pt auf diese Weise über die
Kapazität
des Motors 20a hinausgehend eingestellt wurde, besteht
eine Situation, wo der Effekt des Turboladens höchst wünschenswert ist. Deshalb wird
durch das Turboladen eine große
Menge an Luft eingesaugt. Wenn der Umgehungsdurchlass 24 in
so einer Situation sofort vollständig
geöffnet
wird, strömt
die durch den Turbolader 20 vorgefüllte Ansaugluft über den
Umgehungsdurchlass 24 zurück. Folglich wird, wenn der
Zielladedruck Pt über die
Kapazität
des Motors 20a hinausgehend eingestellt worden ist, der
Umgehungsdurchlass 24 durch Steuern des Ventils 25 allmählich geöffnet (dabei wird
in der vorliegenden Ausführungsform
die dem Motor 20a zugeführte
Energie auch allmählich
reduziert), so dass der Rückstrom
von Ansaugluft verhindert ist.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen vorliegenden Ausführungsform
kann der Turbolader das Turboladen sanft ausführen. In dem Fall, wo der Motor 20a gestoppt
wird, um die Durchführung
des Turboladens durch den Turbolader 20 zu stoppen, und wenn
der Umgehungsdurchlass 24 geöffnet wird, nachdem das Antreiben
des Motors 20a ganz plötzlich
gestoppt wurde, nimmt die Menge der vom Turbolader 20 kommenden
Ansaugluft abrupt ab (oder wird zu Null), bevor sich im Umgehungsdurchlass 24 ein
ausreichender Strom von Ansaugluft einstellt. Im Ergebnis ist der
Strom der Ansaugluft vorübergehend unterbrochen.
Wenn die Durchführung
des Turboladens durch den Turbolader 20, wie vorstehend
beschrieben, zu stoppen ist, wird deshalb in der vorliegenden Ausführungsform
zuerst der Strom der Ansaugluft im Umgehungsdurchlass 24 erzeugt,
indem man diesen öffnet,
und dann wird der Motor 20a des Turboladers 20 gestoppt.
Auf diese Weise ist verhindert, dass der Motor 1 wegen
einer vorübergehenden Unterbrechung
des Stroms der Ansaugluft instabil läuft.
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Hier
ist festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnte Ausführungsform
beschränkt
ist. In der vorstehend erwähnten
Ausführungsform
wird die Strömungsmenge
der Ansaugluft beispielsweise eingestellt, indem eine relative Einaschaltdauer
(offen/geschlossen) des Ventils 25 als Einrichtung zur
Einstellung der Strömungsmenge
gesteuert wird. Die Einrichtung zur Einstellung der Strömungsmenge
kann aber auch so ausgelegt sein, dass sie die Strömungsmenge
durch eine Änderung des Öffnungsgrads
einstellt, wie es bei dem Drosselventil 13 oder dgl. der
Fall ist. Darüber
hinaus wird in der vorstehend erwähnten Ausführungsform der Umgehungsdurchlass 24 nach
und nach geöffnet,
indem das Ventil 25 allmählich geöffnet wird (d.h. durch kontinuierliches
Verändern
der relativen Einschaltdauer des Ventils 25). Der Umgehungsdurchlass 24 kann aber
auch schrittweise geöffnet
werden, indem das Ventil 25 schrittweise geöffnet wird
(d.h. durch ein schrittweises Verändern der relativen Einschaltdauer des
Ventils 25).
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Die
Steuervorrichtung für
die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Ausführungsform verfügt über die
Einrichtung zur Einstellung der Strömungsmenge, um auf elektrischem
Weg und frei wählbar
eine Menge an Einlassluft einzustellen, die durch den Umgehungsdurchlass
strömt.
Wird die Durchführung
des Turboladens durch den Turbolader gestoppt, wird daher die Einrichtung
zur Einstellung der Strömungsmenge
angetrieben, das Ansaugen von Luft über den Umgehungsdurchlass
wird gestartet, und dann wird die Durchführung des Turboladens durch
den Turbolader gestoppt. Somit wird, nachdem ein Strom von Einlassluft über den
Umgehungsdurchlass erzeugt wurde, der Turbolader gesperrt. Deshalb
wird der Einlassluftstrom nicht vorübergehend unterbrochen, selbst
dann nicht, wenn die Menge an Einlassluft, die über einen Strömungsdurchlass auf
der Seite des Turboladers strömt,
abrupt abgenommen hat (oder zu Null geworden ist). Im Ergebnis kann
der Turbolader das Turboladen reibungslos ausführen, ohne den Betrieb der
Brennkraftmaschine zu destabilisieren.
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Wenn
der Zielladedruck als Wert eingestellt wurde, der die Kapazität des Turboladers überschreitet,
wird die Einrichtung zur Einstellung der Strömungsmenge angetrieben, bevor
die Durchführung des
Turboladens durch den Turbolader gestoppt wird. Dabei wird das Ansaugen
von Luft über
den Umgehungsdurchlass allmählich
oder schrittweise gestartet, und dann wird die Durchführung des
Turboladens durch den Turbolader gestoppt. Auf diese Weise kann
der Turbolader das Turboladen gleichmäßig ausführen, während die vom Turbolader vorgefüllte Ansaugluft
daran gehindert ist, über
den Umgehungsdurchlass zurückzuströmen (und
wobei gleichzeitig auch keine vorübergehende Unterbrechung des
Stroms der Ansaugluft verursacht wird).