DE602004004686T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • 2. Beschreibung der fachverwandten Technik
  • 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.
  • 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.
  • In US 5,335,500 ist ein Motor offenbart, der eine Steuerung für einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 umfasst.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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.
  • 1 ist eine schematisch Abbildung, die den Aufbau einer Brennkraftmaschine (eines Motors) mit einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Flussdiagramm einer Ventilsteuerung, die von der Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird; und
  • 3 ist ein Diagramm zur Berechnung eines Anstiegs des Ladedrucks, welches bei der Bestimmung eines Zielladedrucks verwendet wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachstehend wird eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 1 zeigt einen Motor 1, der über die Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform verfügt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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).

Claims (10)

  1. Eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader (20), der mit einem Einlassdurchlass der Brennkraftmaschine verbunden ist, einem Umgehungsdurchlass (24), der für den Einlassdurchlass in solcher Weise vorgesehen ist, dass er den Turbolader (20) umgeht, eine elektrisch angetriebene Einrichtung (25) zur Anpassung einer Flussgröße, um variabel eine Flussgröße für Luft, die durch den Umgehungsdurchlass (24) fließt, anzupassen, und eine Steuereinrichtung (16), um den Motor und die Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (16) die Durchführung des Turboladens durch den Turbolader (20) stoppt, nachdem die Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße betrieben wurde und das Einsaugen von Luft über den Umgehungsdurchlass (24) gestartet wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (20) elektrisch durch einen Motor angetrieben ist, die Steuereinrichtung (16) einen Zielladedruck festlegt und den Motor auf der Grundlage des Zielladedrucks steuert, und dass die Steuereinrichtung (16) die Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße antreibt und allmählich Einsaugen von Luft über den Umgehungsdurchlass (24) beginnt, bevor sie die Durchführung des Turboladens durch den Turbolader (20) stoppt, wenn der Zielladedruck als ein Wert festgelegt wurde, der eine Kapazität des Turboladers (20) übersteigt.
  2. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (16) einen Zielladedruck festlegt und den Motor auf der Grundlage des Zielladedrucks steuert, und die Steuereinrichtung (16) die Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße antreibt und das Einsaugen von Luft über den Umgehungsdurchlass (24) schrittweise startet, bevor sie die Durchführung des Turboladens durch den Turbolader (20) stoppt, wenn der Zielladedruck als ein Wert festgelegt wurde, der eine Kapazität des Turboladers (20) übersteigt.
  3. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin Folgendes aufweist: eine Druckerfassung (19), die einen Ladedruck erfasst, und wobei die Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße ein Ventil aufweist, um das Umgehungsventil (24) zu öffnen und zu schließen, und wobei die Steuereinrichtung (16) eine Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen dem Zielladedruck und dem erfassten Ladedruck ändert.
  4. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin Folgendes aufweist: die Einrichtung zur Erfassung eines Betriebszustands zum Erfassen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, einer auf die Brennkraftmaschine wirkenden Last und einer Öffnungsgröße einer Beschleunigungsvorrichtung, und wobei die Steuereinrichtung (16) den Zielladedruck auf der Grundlage der erfassten Drehzahl und der erfassten Belastung berechnet und einen Korrekturwert für den Zielladedruck auf der Grundlage der erfassten Drehzahl und der erfassten Öffnungsgröße der Beschleunigungsvorrichtung berechnet.
  5. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (16) den Korrekturwert als einen Wert berechnet, der steigt, wenn die erfasste Drehzahl sinkt, und den Korrekturwert als einen Wert berechnet, der steigt, wenn die erfasste Öffnung der Beschleunigungsvorrichtung steigt.
  6. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (16) den Korrekturwert als einen positiven Wert berechnet, wenn ein Wert, der von der erfassten Drehzahl und der erfassten Öffnung der Beschleunigungsvorrichtung bestimmt wird, einen vorab bestimmten Bereich übersteigt, der durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Öffnung der Beschleunigungsvorrichtung bestimmt wird, und den Korrekturwert als einen negativen Wert berechnet, wenn der Wert nicht den vorab bestimmten Bereich übersteigt.
  7. Die Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße, mit der der Umgehungsdurchlass (24) versehen ist, stromauf eines zusammengeführten Abschnitts des Einlassdurchlasses und des Umgehungsdurchlasses (24) angeordnet ist.
  8. Ein Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader (20), der mit einem Einlassdurchlass der Brennkraftmaschine verbunden ist, einem Umgehungsdurchlass (24), der für den Einlassdurchlass in solch einer Weise vorgesehen ist, dass er den Turbolader (20) umgeht und eine Einrichtung (25) zur Anpassung einer Flussgröße, welche eine Flussgröße für Luft, die durch den Umgehungsdurchlass (24) fließt, anpasst, das Folgendes aufweist: einen ersten Schritt der Bestimmung, ob der Turbolader (20) zu stoppen ist; und einen zweiten Schritt des elektrischen Antriebs der Einrichtung (25) zur Anpassung der Flussgröße, welcher das Saugen von Luft über den Umgehungsdurchlass (24) startet und dann die Durchführung des Turboladens durch den Turbolader (20) stoppt, wenn es in dem ersten Schritt bestimmt wird, dass der Turbolader (20) zu stoppen ist, gekennzeichnet durch einen Schritt der Berechnung eines Sollladedrucks, und wobei es in dem ersten Schritt bestimmt wird, dass der Turbolader (20) zu stoppen ist, wenn der Zielladedruck einen oberen Grenzladedruck überschritten hat, der vom Turbolader (20) erzeugt wird, wobei der Turbolader (20) elektrisch durch einen Motor angetrieben wird.
  9. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung die Vorrichtung zur Anpassung der Flussgröße antreibt und allmählich das Saugen von Luft über den Umgehungsdurchlass startet, bevor sie das Durchführen des Turboladens durch den Turbolader stoppt, wenn der Zielladedruck auf einen Wert festgelegt wurde, der eine Kapazität des Turboladers übersteigt.
  10. Die Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung die Vorrichtung zur Anpassung der Flussgröße antreibt und das Saugen von Luft über den Umgehungsdurchlass stufenweise startet, bevor sie das Durchführen des Turboladens durch den Turbolader stoppt, wenn der Zielladedruck auf einen Wert festgelegt ist, der eine Kapazität des Turboladers übersteigt.
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