DE60316064T2

DE60316064T2 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE60316064T2
Application number: DE60316064T
Authority: DE
Inventors: Shoji Toyota-shi Aichi-ken Sasaki; Osamu Toyota-shi Aichi-ken Igarashi; Koichi Toyota-shi Aichi-ken Akita; Hiromasa Toyota-shi Aichi-ken Hashimoto; Kei Toyota-shi Aichi-ken Masuda; Chika Toyota-shi Aichi-ken Kanba
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: EP1348848B1; EP1348848A2; JP3843932B2; JP2004003420A; EP1348848A3; DE60316064D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader mit einem Motor, bei der ein Verdichter und/oder eine Turbine des Turboladers durch den Motor angetrieben werden kann.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Es ist üblicherweise ein Bestreben, eine Ansaugluft eines Verbrennungsmotors (einer Brennkraftmaschine) mittels eines Turboladers aufzuladen, um eine hohe Leistung (oder einen niedrigen Kraftstoffverbrauch) zu erhalten. Einer der zu verbessernden Punkte bei dem Turbolader ist der, dass ein Aufladedruck nicht schnell erreicht werden kann, während ein Verbrennungsmotor in einer niedrigen Drehzahlregion ist, und wobei die Verbrennungsmotorleistungscharakteristika in der niedrigen Drehzahlregion nicht gut sind. Dies ist ein Phänomen, das in der niedrigen Drehzahlregion, in der eine Abgasenergie niedrig ist, aufgrund des Prinzips des Turboladers auftritt, der die Abgasenergie verwendet, um eine Ansaugluft aufzuladen. Um diesen Punkt zu verbessern, wird im Allgemeinen ein Doppelturbosystem und dergleichen angewandt. Ferner ist es ein Bestreben, dass ein Motor bei einer Turbine und/oder einem Verdichter montiert ist, um die Turbine zwangsweise anzutreiben, wodurch ein gewünschter Aufladedruck erhalten wird.
Ein Beispiel eines derartigen Turboladers mit einem Motor ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2-99722 offenbart. Jedoch ist bei einem derartigen Turbolader mit einem Motor der Motor hohen Temperaturen ausgesetzt, wodurch Probleme wie zum Beispiel ein Neutralisieren von Magnetisierungseinflüssen (oder eine Endmagnetisierung) eines Permanentmagneten innerhalb des Motors oder eine Reduktion des Wirkungsgrads des Motors aufgrund eines Anstiegs der Temperatur hervorgerufen werden, welche von den Bauarten des Motors abhängig sind. Ferner kann in einem Fall, bei dem ein Induktionsmotor als der Motor angewandt wird, ein Problem auftreten, dass ein Laminatmaterial mit niedriger Wärmebeständigkeit zum Verfestigen einer laminierten Stahlplatte, die als ein Rotor verwendet wird, schmilzt. Daher ist bei dem Turbolader mit einem Motor, der in dem vorstehend erwähnten Patentdokument und dergleichen offenbart ist, eine Schaufel bzw. ein Lüfter zum Einbringen einer Außenluft in den Innenraum des Motors vorgesehen, wodurch eine Luftkühlung ausgeführt wird. Jedoch ist gemäß diesem Verfahren die Schaufel in dem Motor aufgenommen, wodurch ein Problem hervorgerufen wird, dass die interne Struktur des Motors kompliziert wird.
Die Patentanmeldung JP 05 256155 offenbart einen Turbolader, wobei der Elektromotor des Turboladers durch eine aufgeladene Luft gekühlt wird, um ein Verringern seines Wirkungsgrads und seiner Betriebssicherheit zu verhindern. In einem Fall, bei dem eine bestimmte Temperatur überschritten wird, wird Öl in die Luft gemischt, und diese vermischte Luft wird auf einen Rotor und dergleichen des Turboladers gesprüht, um einen Temperaturanstieg zu verhindern.
Die Patentanmeldung DE 100 40 508 offenbart einen Turbolader, der keinen zusätzlichen Motor hat, wobei das Lager des Turboladers durch eine aufgeladene Luft und durch Ansteuern einer elektrisch angetriebenen sekundären Luftpumpe gekühlt wird.
Die Patentanmeldung WO 03/025364 offenbart ein System zum Steuern der Temperatur eines Elektromotors in einem Turbolader, in dem ein Druckgradient einer Kühlluft, die zu einem derartigen Motor zugeführt wird, durch eine Luftströmungssteuereinrichtung beeinflusst wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Turbolader vorzusehen, der einen Motor in einer einfachen und effizienten Weise kühlen kann und der eine Reduktion des Wirkungsgrads des Motors verhindern kann, wenn dieser tatsächlich benötigt wird.
Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung hat ein Turbolader, der eine Aufladung für eine Brennkraftmaschine ausführt, einen Verdichter, eine Turbine, einen Motor, der den Verdichter und/oder die Turbine drehend antreiben kann, und ein Turboladergehäuse, in dem der Motor montiert ist. Der Turbolader, der eine Aufladung für die Brennkraftmaschine ausführt, hat weiter einen Einlassdurchgang, von dem ein Ende mit dem Gehäuse verbunden ist, und eine Luftströmungserzeugungseinrichtung, die ein Verdichter zum Erzeugen einer Luftströmung, die in Richtung des Inneren des Gehäuses geführt wird, in dem Einlassdurchgang ist. Ein derartiger Turbolader hat weiter eine Kühlsteuereinrichtung zum Steuern der Luftströmungserzeugungseinrichtung, wenn der Motor durch die Luftströmung gekühlt wird, die durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung erzeugt wird, und wobei die Kühlsteuereinrichtung eine Erzeugung der Luftströmung durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung begrenzt, wenn eine angeforderte Leistung der Brennkraftmaschine gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß dem vorstehend erwähnten Turbolader ist der Einlassdurchgang vorgesehen, und die Luftströmungserzeugungseinrichtung erzeugt die Luftströmung, die in Richtung des Turboladergehäuses geführt wird, in dem der Motor montiert ist. Als Ergebnis wird der Motor durch die erzeugte Luftströmung gekühlt, und eine Reduktion des Wirkungsgrads aufgrund eines Anstiegs der Temperatur wird verhindert. Ferner kann ein Kühlen des Motors mittels der einfachen Struktur, das heißt, mittels des Einlassdurchgangs und der Luftströmungserzeugungseinrichtung, realisiert werden.
Ferner ist es gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung in dem Turbolader bevorzugt, dass das andere Ende des Einlassdurchgangs mit einem Abschnitt an einer stromabwärtigen Seite eines Zwischenkühlers in einem Ansaugdurchgang verbunden sein sollte.
Gemäß dem vorstehend erwähnten Turbolader wird die Ansaugluft an der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers in das Gehäuse geleitet, wodurch der Motor mit einem guten Kühlwirkungsgrad gekühlt werden kann, wobei die Ansaugluft verwendet wird, deren Temperatur verringert wurde.
Ferner ist es gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung in dem Turbolader bevorzugt, dass ein Auslassdurchgang mit dem Gehäuse verbunden sein sollte, um die Luftströmung von dem Inneren des Gehäuses abzugeben.
Gemäß dem vorstehend erwähnten Turbolader kann die Luft in dem Gehäuse, die den Motor gekühlt hat, schnell in den Auslassdurchgang geleitet werden, und der Motor kann mit einem guten Wirkungsgrad gekühlt werden.
Durch Anwenden des Verdichters des Turboladers als die Luftströmungserzeugungseinrichtung auf diese Art und Weise ist es nicht erforderlich, dass ein Aktuator zum Erzeugen einer Luftströmung oder dergleichen neu hinzugefügt wird, und der Motor kann mittels der einfachen Struktur mit einem guten Leistungswirkungsgrad gekühlt werden.
Ferner ist es gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung bevorzugt, dass der Turbolader weiter eine Leistungssteuereinrichtung zum Steuern einer Leistung der Brennkraftmaschine haben sollte, und wobei die Leistungssteuereinrichtung eine Leistungsschwankung der Brennkraftmaschine kompensieren sollte, die durch Leiten der Luftströmung zu dem Motor verursacht wird, wenn die Luftströmung durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung erzeugt wird.
Ferner sollte gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung in dem Turbolader die Leistungssteuereinrichtung eine Erhöhungskorrektur ausführen, so dass sich eine Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Erhöhung einer Menge der Luftströmung erhöht, die zu dem Motor geleitet wird, wenn die Luftströmung durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung erzeugt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehende und die weiteren Aufgaben, Merkmale, Vorteile, technischen und industriellen Bedeutungen dieser Erfindung können am besten durch Lesen der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
1 eine Ansicht ist, die eine Gestaltung eines Verbrennungsmotors zeigt, der einen Turbolader gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat;
2 ein Ablaufdiagramm einer Steuerung ist, die eine Kühlung durch eine Luftströmung begrenzt, wenn eine angeforderte Leistung eines Verbrennungsmotors hoch ist; und
3 ein Kennfeld ist, das ein Verhältnis zwischen einem Koeffizienten α in dem Ablaufdiagramm in 2 und der angeforderten Leistung zeigt.
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele
In der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Zunächst ist ein Turbolader gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel unter Turboladern gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen beschrieben. Ein Verbrennungsmotor 1, der diesen Turbolader gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat, ist in 1 gezeigt. Obwohl der Verbrennungsmotor 1, der in dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ein Ottoverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung in einen Zylinder ist, kann die Erfindung bei einem Ottoverbrennungsmotor einer Bauart, bei der ein Kraftstoff in einen Ansaugdurchgang eingespritzt wird, oder bei einem Dieselverbrennungsmotor angewandt werden.
Der Verbrennungsmotor 1, der in dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ist ein Mehrzylinderverbrennungsmotor. Jedoch ist nur ein Zylinder unter den mehreren Zylindern in 1 als eine Querschnittsansicht gezeigt. Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Verbrennungsmotor einer Bauart, bei der eine Einspritzvorrichtung 2 einen Kraftstoff zu einer oberen Fläche eines Kolbens 4 in einen Zylinder 3 einspritzt. In diesem Verbrennungsmotor 1 kann eine schichtgeladene Verbrennung ausgeführt werden. Somit ist er ein sogenannter Magerverbrennungsmotor. Durch Aufladen von mehr Ansaugluft mittels eines Turboladers, der nachstehend beschrieben ist, um eine Magerverbrennung auszuführen, ist es möglich, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch sowie eine hohe Leistung in dem Verbrennungsmotor 1 zu realisieren.
In dem Verbrennungsmotor 1 wird eine Luft, die durch einen Ansaugdurchgang 5 in den Zylinder 3 inhaliert wird, durch den Kolben 4 verdichtet, ein Kraftstoff wird zu einer Höhlung eingespritzt, die in der oberen Fläche des Kolbens 4 ausgebildet ist, so dass ein dichtes Luft- Kraftstoffgemisch in der Umgebung einer Kerze 7 konzentriert ist, und dieses Luft-Kraftstoffgemisch wird durch die Kerze 7 gezündet, um verbrannt zu werden. Ein Ansaugventil 8 öffnet und schließt einen Abschnitt zwischen dem inneren Abschnitt des Zylinders 3 und dem Ansaugdurchgang 5. Ein Abgas wird zu einem Abgasdurchgang 6 ausgestoßen. Ein Ausstoßventil 9 öffnet und schließt einen Abschnitt zwischen dem inneren Abschnitt des Zylinders 3 und dem Abgasdurchgang 6. In dem Ansaugdurchgang 5 sind ein Luftreiniger 10, eine Turboladereinheit 11, ein Zwischenkühler 12, eine Drosselklappe 13 und dergleichen in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite angeordnet.
Der Luftreiniger 10 ist ein Filter, der Schmutz, Staub und dergleichen entfernt. Die Turboladereinheit 11 ist zwischen dem Ansaugdurchgang 12 und dem Abgasdurchgang 6 angeordnet, um eine Aufladung auszuführen. In der Turboladereinheit 11 gemäß dem Ausführungsbeispiel sind ein Laufrad an der Turbinenseite und ein Laufrad an der Verdichterseite durch eine Drehwelle (nachstehend ist dieser Abschnitt vereinfacht als eine Turbine/Verdichter 11a beschrieben) verbunden. Zusätzlich ist der Turbolader gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Turbolader mit einem Motor, wobei in dem Turbolader ein Motor 11b aufgenommen ist, so dass die Drehwelle der Turbine/Verdichter 11a eine Abtriebswelle ist. Der Motor 11b ist ein Wechselstrommotor und arbeitet als ein Generator sowie als ein Motor. Die Turboladereinheit 11 kann als ein gewöhnlicher Auflader arbeiten, der eine Aufladung nur mittels einer Abgasenergie ausführt. Zusätzlich kann die Turboladereinheit 11 eine Aufladung durch ein zwangsweises Antreiben der Turbine/Verdichter 11a mittels des Motors 11b ausführen.
Ferner kann die Turboladereinheit 11 eine regenerative elektrische Energieerzeugung durch Drehen des Motors 11b über die Turbine/Verdichter 11a mittels der Abgasenergie ausführen und die erzeugte elektrische Energie rückgewinnen. Der Motor 11b hat einen Rotor (einen Permanentmagneten), der an der Drehwelle der Turbine/Verdichter 11a befestigt ist, und einen Stator, der rund um den Rotor (das heißt, eine Spule, die rund um einen Eisenkern gewickelt ist) angeordnet ist, als Hauptkomponentenabschnitte. Die Turbine/Verdichter 11a und der Motor 11b sind innerhalb eines Gehäuses 11c aufgenommen. Der Zwischenkühler 12 einer Luftkühlbauart ist an der stromabwärtigen Seite der Turboladereinheit 11 in dem Ansaugdurchgang 5 angeordnet, um die Temperatur der Ansaugluft zu verringern, deren Temperatur mit einer Erhöhung des Drucks aufgrund der Aufladung durch die Turboladereinheit 11 gestiegen ist. Der Zwischenkühler 12 verringert die Temperatur der Ansaugluft, wodurch der Füllwirkungsgrad des Ansaugdurchgangs 5 mit Luft verbessert wird.
Die Drosselklappe 13, die die Ansaugluftmenge einstellt, ist an der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers 12 angeordnet. Die Drosselklappe 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist eine sogenannte elektronisch gesteuerte Drosselklappe. Der Pedalpositionssensor 15 erfasst den Betätigungsbetrag eines Gaspedals 14. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung und weiterer Informationen bestimmt eine elektronische Steuereinheit (nachstehend als eine ECU bezeichnet) 16 die Öffnung der Drosselklappe 13. Die Drosselklappe 13 wird durch einen Drosselklappenmotor 17, der in Verbindung mit der Drosselklappe 13 vorgesehen ist, geöffnet und geschlossen. Ferner ist ein Drosselklappenpositionssensor 18, der die Öffnung der Drosselklappe 13 erfasst, in Verbindung mit der Drosselklappe 13 vorgesehen.
Ferner sind ein Einlassdurchgang 25 und ein Auslassdurchgang 26 in Verbindung mit der Turboladereinheit 11 vorgesehen. Ein Ende des Einlassdurchgangs 25 ist mit dem Gehäuse 11c der Turboladereinheit 11 verbunden, und das andere Ende davon ist mit einem Abschnitt zwischen dem Zwischenkühler 12 und der Drosselklappe 13 verbunden. Eine zusätzliche Ansaugluft wird in den Ansaugdurchgang 5 nach der Turboladereinheit 11 durch den Verdichter der Turboladereinheit 11 zugeführt. Daher wird ein Teil der Ansaugluft über den Einlassdurchgang 25 in das Innere des Gehäuses 11c geleitet. In anderen Worten wird eine Luftströmung, die eine Luft außerhalb des Gehäuses 11c (Ansaugluft) in das Innere des Gehäuses 11c geleitet, innerhalb des Einlassdurchgangs 25 erzeugt. In dem Ausführungsbeispiel arbeitet der Verdichter der Turboladereinheit 11 als die Luftströmungserzeugungseinrichtung.
Die Luft wird in das Innere des Gehäuses 11c von der Außenseite auf diese Art und Weise geleitet, wodurch der Motor 11b gekühlt werden kann und eine Reduktion des Wirkungsgrads aufgrund von Gründen wie zum Beispiel der Entmagnetisierung des Permanentmagnets innerhalb des Motors 11b verhindert werden kann. Insbesondere wird in dem Ausführungsbeispiel die Ansaugluft von dem Ansaugdurchgang 5 mittels des Einlassdurchgangs 25 in das Innere des Gehäuses 11c geleitet. Somit ist die Basisstruktur eine Struktur, bei der der Einlassdurchgang 25 einfach zu dem Verbrennungsmotor hinzugefügt ist, der einen gewöhnlichen Turbolader hat. Daher kann der Turbolader gemäß dem Ausführungsbeispiel mittels der außerordentlich einfachen Struktur realisiert werden. Zusätzlich ist, da die Ansaugluft, die durch den Zwischenkühler 12 gekühlt wurde, in das Innere des Gehäuses 11c geleitet wird, der Kühlwirkungsgrad gut.
Es ist hinsichtlich des Kühlwirkungsgrads bevorzugt, dass die Ansaugluft zum Kühlen, die in das Innere des Gehäuses 11c geleitet wurde, nach dem Kühlen schnell zu der Außenseite des Gehäuses 11c abgegeben werden soll. In diesem Fall ist der Auslassdurchgang 26, der das Gehäuse 11c und einen Abschnitt des Ansaugdurchgangs 5 an der stromaufwärtigen Seite der Turboladereinheit 11 verbindet, vorgesehen. Durch Vorsehen dieses Auslassdurchgangs 26 ist es möglich, die Luft, die zum Kühlen verwendet wurde, schnell von dem Inneren des Gehäuses 11c abzugeben, um einfach Frischluft zum Kühlen in das Innere des Gehäuses 11c zu leiten, und um den Kühlwirkungsgrad weiter zu verbessern.
Insbesondere ist (wird) der Druck innerhalb des Abschnitts des Ansaugdurchgangs 5 an der stromaufwärtigen Seite der Turboladereinheit 11 oft ein Unterdruck (die Häufigkeit, mit der der Druck ein Unterdruck wird, wird aufgrund der Aufladung durch die Turboladereinheit 11 hoch). Daher ist ein Verbinden eines Endes des Auslassdurchgangs 26 mit diesem Abschnitt bevorzugt, da es der Luft ermöglicht wird, von dem Inneren des Gehäuses 11c effizienter abgegeben zu werden. Aus diesem Grund kann es in Betracht kommen, dass der Auslassdurchgang 26 gemäß dem Ausführungsbeispiel, der das Gehäuse 11c und den Abschnitt des Ansaugdurchgangs 5 an der stromaufwärtigen Seite der Turboladereinheit 11 verbindet, auch als die Luftströmungserzeugungseinrichtung arbeitet.
Weiter ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Einstellmengenventil 27, das die Luftmenge einstellt, die in das Gehäuse 11c geleitet wird, in dem Einlassdurchgang 25 vorgesehen. Das Einstellmengenventil 27 ist mit der ECU 16 verbunden, und die Luftmenge, die in das Gehäuse 11 geleitet wird, kann durch die ECU 16 gesteuert werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Temperatur innerhalb der Turboladereinheit 11 mittels eines Sensors oder dergleichen zu erfassen, um zu bestimmen, ob es erforderlich oder nicht erforderlich ist, die Luft zum Kühlen zu dem Inneren des Gehäuses 11c zuzuführen, und um die Menge der Luft, die in das Innere des Gehäuses 11c geleitet wird, zu steuern, wenn es erforderlich ist, dass die Luft dorthin zugeführt werden soll. Somit ist es möglich, eine Verringerung der Menge der Ansaugluft, die zu dem Zylinder 3 zugeführt wird, aufgrund eines Leitens der Ansaugluft in das Gehäuse 11c effizient zu verhindern.
Weiter wird, wenn eine Aufladung durch Antreiben des Motors 11b ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor 1 in der niedrigen Drehzahlregion ist, bei einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor 1 eine Region erreicht, in der ein Pumpstoß des Verdichters auftritt, oder in weiteren Fällen das Einstellmengenventil 27 verwendet, um die Menge der Luft zu erhöhen, die in das Innere des Gehäuses 11c geleitet wird. Als Ergebnis wird das Verhältnis zwischen dem Druckverhältnis des Verdichters und der Strömungsmenge passend, und der Pumpstoß kann verhindert werden. Ob der Verbrennungsmotor 1 in der Pumpstoßregion ist oder nicht ist, kann auf der Grundlage eines Drucks in einer Ansaugleitung, der durch einen Drucksensor 19 erfasst wird, eines Atmosphärendrucks, der durch einen Atmosphärendrucksensor erfasst wird, der Ansaugluftmenge, die durch einen Luftmengenmesser erfasst wird und dergleichen bestimmt werden.
Ferner kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, da eine Luft in das Innere des Gehäuses 11c von der Außenseite ohne Verwenden der Schaufel bzw. des Lüfters oder dergleichen geleitet wird, die Kühlung effizient ausgeführt werden. Wenn die Schaufel verwendet wird, wird die Leistung des Motors verwendet, um die Schaufel zu drehen, was mit Bezug auf einen Wirkungsgrad nicht bevorzugt ist. Zusätzlich erhöht sich, wenn die Schaufel verwendet wird, aufgrund der Schaufel die Trägheitsmasse des Drehabschnitts, was das Verhalten des Turboladers verschlechtert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel tritt jedoch ein derartiges Phänomen nicht auf. Weiter muss, da der Komponentenabschnitt der Schaufel oder dergleichen der vorstehend erwähnten [Patentveröffentlichung 1] hohen Temperaturen ausgesetzt ist, ein Material mit einer außerordentlichen Wärmebeständigkeit oder dergleichen verwendet werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel muss jedoch ein derartiges Material nicht verwendet werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Teil einer Ansaugluft in die Turboladereinheit 11 von der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers 12 geleitet, um eine Kühlung auszuführen. Daher ist es möglich, dass sich die Ansaugluftmenge verringert und sich demgemäß die Leistung des Verbrennungsmotors 1 verringert, wenn die Turboladereinheit 11 gekühlt wird. Fälle, bei denen dieses Phänomen verhindert wird, sind nachstehend beschrieben.
Zunächst ist ein Fall, bei dem die Kühlung der Turboladereinheit 11 gemäß der angeforderten Leistung des Verbrennungsmotors 1 eingeschränkt ist, nachstehend beschrieben. In diesem Fall ist, wenn die angeforderte Leistung des Verbrennungsmotors 1 gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Kühlung der Turboladereinheit 11 eingeschränkt (das heißt, die Kühlung ist schwierig, die Kühlung ist behindert oder der Effekt der Kühlung ist reduziert). Wenn die angeforderte Leistung des Verbrennungsmotors 1 gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist, das heißt, wenn eine höhere Leistung angefordert wird, ist es möglich, dass die angeforderte Leistung nicht erhalten werden kann, wenn sich die Ansaugluftmenge aufgrund der Kühlung der Turboladereinheit 11 verringert. Daher wird durch ein Einschränken der Kühlung eine Priorität beigemessen, um die angeforderte Leistung zu realisieren.
In diesem Fall erfasst der vorstehend erwähnte Gaspedalpositionssensor 15 den Niederdrückbetrag des Gaspedals 14, und dieser Niederdrückbetrag wird als die angeforderte Leistung des Verbrennungsmotors 1 betrachtet. Die Leistung des Verbrennungsmotors 1 hängt vor allem von der Ansaugluftmenge, der Kraftstoffeinspritzmenge, einem Zündzeitpunkt und dergleichen ab. Daher kann der Wert der angeforderten Leistung, die in der ECU 16 auf der Grundlage dieser Parameter berechnet wird, verwendet werden. Die Ansaugluftmenge kann mittels der Öffnung der Drosselklappe 13 und des Drucksensors erfasst werden, und die Kraftstoffeinspritzmenge kann mittels der Öffnungszeit der Einspritzvorrichtung 2 bestimmt werden. In anderen Worten wird die angeforderte Leistung durch die ECU 16 bestimmt.
Wenn die angeforderte Leistung, die somit erfasst wird, gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist, kann eine Verringerung der Leistung aufgrund der Kühlung mittels der Luftströmung durch Schließen des Einstellmengenventils 27 verhindert werden, so dass die Kühlung der Turboladereinheit 11 mittels des Einlassdurchgangs 25 nicht ausgeführt wird. Alternativ kann die Öffnung des Einstellmengenventils 27 gesteuert werden, um variabel zu sein, so dass sich die Menge der Luftströmung, die in die Turboladereinheit 11 von der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers 12 geleitet wird, verringert. Weiter kann die vorstehend erwähnte vorbestimmte Leistung ein fester Wert unabhängig von der angeforderten Leistung (dem Niederdrückbetrag des Gaspedals 14) sein, oder kann abhängig von der angeforderten Leistung gesteuert werden, um variabel zu sein. In dem Ausführungsbeispiel wird die Steuerung des Ablaufdiagramms, das in 2 gezeigt ist, ausgeführt.
Zunächst wird eine Referenztemperatur A zum Öffnen und Schließen des Einstellmengenventils auf einen Wert „a" festgelegt (Schritt S200). Die Referenztemperatur A zum Öffnen und Schließen des Einstellmengenventils ist eine Referenztemperatur zum Bestimmen, ob die Kühlung durch Öffnen des Einstellmengenventils 27 und durch Leiten der Luftströmung über den Einlassdurchgang 25 in das Innere der Turboladereinheit 11 ausgeführt werden soll oder nicht ausgeführt werden soll. Wenn die Temperatur der Turboladereinheit 11 gleich wie oder kleiner als eine praktisch beständige Temperatur ist, muss die Kühlung nicht ausgeführt werden. Daher wird die Referenztemperatur A derart festgelegt, dass die Kühlung nur ausgeführt wird, wenn die Temperatur des Motors 11b die Referenztemperatur A überschreitet. Somit kann der Energieverbrauch reduziert werden, da verhindert wird, dass der Verdichter 11c, der die Luftströmung erzeugt, angetrieben wird, und eine Verringerung der Leistung aufgrund der Kühlung kann verhindert werden, da die Häufigkeit reduziert wird, mit der die Kühlung ausgeführt wird. Nach dem Schritt S200 wird es bestimmt, ob die angeforderte Leistung des Verbrennungsmotors 1 gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist (Schritt S210).
Wenn die angeforderte Leistung des Verbrennungsmotors 1 gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wird die Referenztemperatur A erhöht, so dass die Kühlung eingeschränkt ist, wie vorstehend erwähnt ist. Tatsächlich wird die Referenztemperatur A neu durch das Produkt des vorstehend erwähnten Werts „a" und eines Koeffizienten α (> 1) festgelegt (Schritt S220). Wenn die angeforderte Leistung des Verbrennungsmotors 1 kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird dieser Schritt S220 nicht ausgeführt, und die Referenztemperatur A bleibt auf dem anfänglichen Wert (= "a"). In diesem Fall kann der Wert α ein fester Wert (zum Beispiel 1,2) sein, oder kann abhängig von der angeforderten Leistung (dem Niederdrückbetrag des Gaspedals 14) variabel sein, wie in 3 gezeigt ist.
Dann wird die Temperatur des Motors 11b erfasst. Wenn die Temperatur gleich wie oder kleiner als die Referenztemperatur A ist, wird das Einstellmengenventil 27 nicht geöffnet und die Kühlung wird nicht ausgeführt (Schritt S240). Wenn andererseits die Temperatur des Motors 11b die Referenztemperatur A überschreitet, wird das Einstellmengenventil 27 geöffnet und die Kühlung wird ausgeführt (Schritt S250). Die Temperatur des Motors 11b wird mittels eines Temperatursensors, der in der Statorspule oder dergleichen innerhalb des Motors 11b aufgenommen ist, erfasst, oder wird mittels des integrierten Werts abgeschätzt, der durch ein Integrieren nach der Zeit, nach der ein elektrischer Strom beginnt zu fließen, oder durch weitere Verfahren erhalten wird.
Somit kann, da die Referenztemperatur A erhöht wird, wenn die angeforderte Leistung gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist, die Kühlung mittels der Luftströmung begrenzt werden. Als Ergebnis kann eine Verringerung der Leistung aufgrund einer Reduktion der Ansaugluftmenge verhindert (oder unterdrückt) werden.
Der Verdichter 11a, der eine derartige Luftströmung erzeugt, das Einstellmengenventil 27, die ECU 16, die den Verdichter 11a und das Einstellmengenventil 27 steuert, und dergleichen arbeiten als die Kühlsteuereinrichtung. Der Fall ist beschrieben, bei dem eine Verringerung der Leistung durch Einschränken der Kühlung gemäß der angeforderten Leistung des Verbrennungsmotors 1 verhindert wird. Jedoch kann eine Verringerung der Leistung durch Kompensieren der Leistung des Verbrennungsmotors 1 zu dem Zeitpunkt eines Kühlens verhindert werden. Zum Beispiel kann, wenn die Kühlung des Motors 11b mittels der Luftströmung ausgeführt wird, eine Verringerung der Leistung aufgrund einer Reduktion der Luftmenge, die in den Zylinder 3 geleitet wird, durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge kompensiert werden.
In diesem Fall wird die Leistung durch Festlegen eines Koeffizienten, der sich abhängig davon verändert, ob die Kühlung des Motors 11b ausgeführt oder nicht ausgeführt wird (zum Beispiel wenn die Kühlung nicht ausgeführt wird: 1,0, wenn die Kühlung ausgeführt wird: 1,1), und durch Erhalten des Produkts dieses Koeffizienten und der Kraftstoffeinspritzmenge kompensiert. Alternativ kann die Leistung durch Steuern des Einspritzzeitpunkts kompensiert werden. Alternativ kann die Öffnung der Drosselklappe 13 vergrößert werden, um die Ansaugluftmenge zu erhöhen, wodurch eine Reduktion der Luft zugelassen wird, die in den Zylinder 3 aufgrund der Kühlung geleitet wird. In diesem Fall arbeiten die Einspritzvorrichtung 2, die Drosselklappe 13, die ECU 16 und dergleichen als die Leistungssteuereinrichtung.

Claims

Turbolader, der einen Verdichter (11a), eine Turbine (11a), einen Motor (11b), der den Verdichter (11a) und/oder die Turbine (11a) drehend antreiben kann, und ein Turboladergehäuse (11c) hat, in dem der Motor (11b) montiert ist, und der eine Aufladung für eine Brennkraftmaschine (1) ausführt, gekennzeichnet durch, dass der Turbolader Folgendes aufweist: einen Einlassdurchgang (25), wobei ein Ende von diesem mit dem Gehäuse (11c) verbunden ist; eine Luftströmungserzeugungseinrichtung (11a, 26, 28), die in dem Einlassdurchgang (25) eine Luftströmung erzeugt, die in Richtung eines Inneren des Gehäuses (11c) geführt wird, und eine Kühlsteuereinrichtung (11a, 16, 27) zum Steuern der Luftströmungserzeugungseinrichtung (11a), wenn der Motor (11b) durch die Luftströmung gekühlt wird, die durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung (11a) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmungserzeugungseinrichtung der Verdichter (11a) ist, und die Kühlsteuereinrichtung (11a, 16, 27) eine Erzeugung der Luftströmung durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung (11a) begrenzt, wenn eine angeforderte Leistung der Brennkraftmaschine gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Turbolader (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Einlassdurchgangs (25) mit einem Abschnitt an einer stromabwärtigen Seite eines Zwischenkühlers (12) in einem Ansaugdurchgang (5) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
Turbolader (11) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader weiter Folgendes aufweist: einen Auslassdurchgang (26), der mit dem Gehäuse (11c) verbunden ist, um die Luftströmung von dem Inneren des Gehäuses (11c) abzugeben.
Turbolader (11) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader weiter Folgendes aufweist: eine Leistungssteuereinrichtung (2, 13, 16) zum Steuern einer Leistung der Brennkraftmaschine (1), und dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuereinrichtung (2, 13, 16) eine Leistungsschwankung der Brennkraftmaschine (1) kompensiert, die durch das Leiten der Luftströmung zu dem Motor (11b) verursacht wird, wenn die Luftströmung durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung (11a) erzeugt wird.
Turbolader (11) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuereinrichtung (2, 13, 16) eine Erhöhungskorrektur ausführt, so dass sich eine Kraftstoffeinspritzmenge in die Brennkraftmaschine (1) mit einer Erhöhung einer Menge der Luftströmung erhöht, die zu dem Motor (11b) geleitet wird, wenn die Luftströmung durch die Luftströmungserzeugungseinrichtung (11a) erzeugt wird.