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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 Steuerungsvorrichtung für einen
Turbolader mit einem Elektromotor, wobei ein Verdichter des Turboladers durch
den Elektromotor angetrieben werden kann.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Es
ist der Versuch unternommen worden, durch Aufladen von in einen
Motor (d. h. Verbrennungsmotor) eingelassener Luft unter Verwendung eines
Turboladers Hochleistung (oder eine hohe Kraftstoffeffizienz) zu
erzielen. Es war erforderlich, an dem Turbolader einige Verbesserungen
vorzunehmen. Zum Beispiel steigt ein Ladedruck in einem unteren
Drehzahlbereich langsam an, und die Motorleistungscharakteristik
ist im unteren Drehzahlbereich nicht gut. Diese Probleme treten
im unteren Drehzahlbereich auf, in dem die Abgasenergiemenge aufgrund
des Turboladeraufbaus, bei dem die Einlassluft unter Verwendung
der Abgasenergie aufgeladen wird, gering ist. Um diese Probleme
anzugehen, wird im Allgemeinen ein Doppelturbosystem eingesetzt.
Derweil wird auch versucht, durch Einbetten eines Elektromotors
in einer Turbine/einem Verdichter und Zwangsantrieb der Turbine/des
Verdichters einen erforderlichen Ladedruck zu erzielen.
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In
diesem Fall ist es möglich,
den Elektromotor unter Verwendung der Abgasenergie eine regenerative
Energieerzeugung durchführen
zu lassen. Ein Beispiel eines solchen Turboladers mit einem Elektromotor
ist in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr.
4-164132 oder in der
EP
0 420 704 offenbart.
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In
dem Turbolader mit Elektromotor, der in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-164132 offenbart
ist, wird beruhend auf einer Differenz zwischen einem Zielladedruck
und einem tatsächlichen Ladedruck
ein von dem Elektromotor erbrachter Unterstützungsbetrag (d. h. eine zuzuführende Menge an
Elektroenergie) bestimmt. Wenn jedoch etwa zum Zeitpunkt einer raschen
Beschleunigung sofort eine Hochleistung benötigt wird, erfolgt die Steuerung
beruhend auf dem Zielladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck und wird
der Ladedruck entsprechend der Rückkopplung
der Steuerung nahe an den erforderlichen Ladedruck gebracht. Daher
kommt es zu einer Zeitverzögerung,
bevor durch den Elektromotor eine Unterstützungswirkung erreicht wird.
Dementsprechend ist danach verlangt worden, die Reaktionsfreudigkeit
während
einer raschen Beschleunigung oder dergleichen zu verbessern.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts
der oben genannten Umstände wird
eine Steuerungsvorrichtung für
einen Turbolader mit einem Elektromotor zur Verfügung gestellt, die sich bei
der Reaktionsfreudigkeit hervortut.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung für einen
Turbolader mit einem Elektromotor vorgesehen, wozu ein Turbolader,
der zusammen mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist; ein Elektromotor,
der einen Ladedruck erhöhen
kann, indem er einen Verdichter des Turboladers laufen lässt; eine
Motorleistungsbedarf-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer vom Verbrennungsmotor
geforderten Motorleistung; eine Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung
zum Berechnen einer dem Elektromotor zuzuführenden Basismenge an Elektroenergie
beruhend auf einem Zielladedruck und einem tatsächlichen Ladedruck; eine Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
zum Einstellen einer dem Elektromotor zuzuführenden Menge an Elektroenergie;
und eine Elektromotor-Steuerungseinrichtung zum Steuern des Elektromotors
beruhend auf der zuzuführenden
Menge an Elektroenergie, die von der Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
eingestellt wird, gehören.
Die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
stellt in einem Zustand, in dem ein von der Motorleistungsbedarf-Erfassungseinrichtung
erfasster Wert größer als oder
gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert ist, die zuzuführende Menge
an Elektroenergie ungeachtet der von der Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung
berechneten Basismenge an Elektroenergie auf eine Maximalmenge an
Elektroenergie ein und führt
die Maximalmenge an Elektroenergie zu.
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Der
von der Motorleistungsbedarf-Erfassungseinrichtung erfasste Wert
umfasst zumindest einen Gasgebungsänderungsbetrag, der größer als oder
gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert ist, eine Batteriespannung,
die größer als
oder gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert ist, und eine Temperatur des
Elektromotors, die kleiner als oder gleich hoch wie ein vorbestimmter
Wert ist.
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Gemäß der Steuerungsvorrichtung
für einen Turbolader
mit Elektromotor wird, wenn von dem Turbolader eine hohe Ladereaktionsfreudigkeit
verlangt wird, die zuzuführende Menge
an Elektroenergie ungeachtet der von der Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung
berechneten Basismenge an Elektroenergie auf die Maximalmenge an Elektroenergie
eingestellt und die Maximalmenge an Elektroenergie zugeführt. Daher
ist es möglich,
die Reaktionsfreudigkeit, mit der der Ladedruck erhöht wird,
zu steigern, wenn durch den Elektromotor die Unterstützung der
Aufladung erfolgt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung
für einen
Turbolader mit Elektromotor vorgesehen, zu der ein Turbolader, der
zusammen mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist; ein Elektromotor,
der einen Ladedruck erhöhen
kann, indem er einen Verdichter des Turboladers laufen lässt; eine
Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer
dem Elektromotor zuzuführenden
Basismenge an Elektroenergie beruhend auf einem Zielladedruck und
einem tatsächlichen
Ladedruck; eine Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer
dem Elektromotor zuzuführenden
Menge an Elektroenergie; und eine Elektroenergie-Steuerungseinrichtung
zum Steuern des Elektromotors beruhend auf der zuzuführenden
Menge an Elektroenergie, die von der Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
eingestellt wird, gehören.
Die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung stellt in einem Anfangszustand
einer Elektroenergiezufuhr zum Elektromotor die zuzuführende Menge
an Elektroenergie ungeachtet der von der Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung
berechneten Basismenge an Elektroenergie auf eine Maximalmenge an Elektroenergie
ein und führt
die Maximalmenge an Elektroenergie zu.
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Es
ist vorzuziehen, dass der Zustand, in dem eine hohe Ladereaktionsfreudigkeit
gefordert wird, der Beginn der Elektroenergiezufuhr zum Elektromotor
ist oder wenn ein erfasster Wert an Motorleistung höher als
oder gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert ist.
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Gemäß der Steuerungsvorrichtung
wird, wenn von dem Turbolader eine hohe Ladereaktionsfreudigkeit
verlangt wird, die zuzuführende
Menge an Elektroenergie ungeachtet der von der Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung
berechneten Basismenge an Elektroenergie auf die Maximalmenge an
Elektroenergie eingestellt und die Maximalmenge an Elektroenergie
zugeführt.
Dementsprechend ist es möglich,
die Reaktionsfreudigkeit, mit der der Ladedruck erhöht wird,
zu steigern, wenn durch den Elektromotor die Unterstützung der
Aufladung erfolgt.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung in der Steuerungsvorrichtung
für einen
Turbolader mit Elektromotor aufhört,
die zuzuführende
Menge an Elektroenergie zur Maximalmenge an Elektroenergie zu machen,
wenn der tatsächliche
Ladedruck über
den Zielladedruck hinausgeht, nachdem dem Elektromotor die Maximalmenge
an Elektroenergie zugeführt
wurde.
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Gemäß der Steuerungsvorrichtung
wird der Zustand aufgehoben, in dem die zuzuführende Menge an Elektroenergie
die Maximalmenge an Elektroenergie ist, wenn der tatsächliche
Ladedruck über den
Zielladedruck hinausgeht, nachdem dem Elektromotor die Maximalmenge
an Elektroenergie zugeführt
wurde. Dementsprechend wird verhindert, dass der Elektromotor unnötig angetrieben
wird.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung in der Steuerungsvorrichtung
für einen
Turbolader mit Elektromotor aufhört,
die zuzuführende
Menge an Elektroenergie zur Maximalmenge an Elektroenergie zu machen,
und dann, wenn die Menge an Elektroenergie allmählich von der Maximalmenge
absinkt, diese allmählich
abnehmende Menge an Elektroenergie fortschreitend zur zuzuführenden
Menge macht.
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Gemäß der Steuerungsvorrichtung
hört die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
damit auf, die zuzuführende
Menge an Elektroenergie zur Maximalmenge an Elektroenergie zu machen,
und macht dann, wenn die Menge an Elektroenergie allmählich von
der Maximalmenge absinkt, diese allmählich abnehmende Menge an Elektroenergie
fortschreitend zur zuzuführenden
Menge an Elektroenergie. Dementsprechend wird verhindert, dass die
Menge an Elektroenergie plötzlich
von der Maximalmenge an Elektroenergie absinkt, und es besteht keine
Möglichkeit,
dass sich der Ladedruck plötzlich ändert und eine
Erschütterung
auftritt, die einem Fahrer ein unangenehmes Gefühl gibt.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung in der Steuerungsvorrichtung
für einen
Turbolader mit Elektromotor die zuzuführende Menge an Elektroenergie
auf die von der Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung
berechnete Basismenge an Elektroenergie einstellt, wenn der tatsächliche
Ladedruck kleiner als oder gleich hoch wie der Zielladedruck wird,
während die
Menge an Elektroenergie allmählich
verringert wird.
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Gemäß der Steuerungsvorrichtung
wird die zuzuführende
Menge an Elektroenergie auf die Basismenge an Elektroenergie eingestellt,
wenn der tatsächliche
Ladedruck kleiner als oder gleich hoch wie der Zielladedruck wird,
während
die Menge an Elektroenergie allmählich
verringert wird. Dementsprechend ist es möglich, die Steuerung zur normalen Steuerung
umzuschalten, die letztlich die Basismenge an Elektroenergie verwendet,
während
die Menge an Elektroenergie allmählich
von der Maximalmenge an Elektroenergie verringert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das
oben beschriebene Ausführungsbeispiel und
weitere Ausführungsbeispiele,
Aufgaben, Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung
dieser Erfindung lassen sich besser durch Lesen der folgenden ausführlichen
Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele der Erfindung
verstehen, wenn dies in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
geschieht, in denen:
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1 eine
Ansicht ist, die den Aufbau eines Verbrennungsmotors (d. h. eines
Motors) zeigt, der ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Steuerungsvorrichtung
enthält;
und
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2A und 2B Ablaufdiagramme
für eine
Ladedruck-(Elektromotor-)Steuerung
gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
der Steuerungsvorrichtung sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung
ausführlicher
anhand von exemplarischen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
einer Ladedrucksteuerungsvorrichtung beschrieben. 1 zeigt
einen Motor 1, der eine Ladedrucksteuerungsvorrichtung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
enthält.
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Der
Motor 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist ein Mehrzylindermotor. In 1 ist von
den Zylindern lediglich ein Zylinder im Schnitt gezeigt. In dem
Motor 1 wird durch eine Einspritzdüse 2 Kraftstoff auf
eine Oberseite eines Kolbens 4 in einen Zylinder 3 eingespritzt.
In dem Motor 1 kann eine Schichtverbrennung durchgeführt werden.
Der Motor 1 ist ein sogenannter Magermotor. Indem unter
Verwendung eines später
genannten Turboladers mehr Einlassluft aufgeladen wird und eine
magere Verbrennung durchgeführt
wird, ist es möglich,
nicht nur Hochleistung, sondern auch hohe Kraftstoffeffizienz zu
erzielen.
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In
dem Motor 1 wird durch den Kolben 4 Luft verdichtet,
die durch eine Einlassleitung 5 in den Zylinder 3 eingelassen
wird, Kraftstoff wird in einen vertieften Abschnitt eingespritzt,
der auf der Oberseite des Kolbens 4 ausgebildet ist, und
in der Nähe
einer Zündkerze
wird ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch angesammelt und durch die
Zündkerze 7 gezündet, um verbrannt
zu werden (d. h. es erfolgt eine Schichtverbrennung). Wenn während eines
Einlasshubs eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, kann eine normale
homogene Verbrennung erfolgen. Ein Einlassventil 8 erlaubt/unterbricht
die Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders 3 und
der Einlassleitung 5. Das durch die Verbrennung erzeugte
Abgas wird in eine Auslassleitung 6 abgegeben. Ein Auslassventil 9 erlaubt/unterbricht
die Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders 3 und
der Auslassleitung 6. An der Einlassleitung 5 befinden
sich von der stromaufwärtigen
Seite aus ein Luftreiniger 10, ein Luftmengenmesser 27,
eine Turboeinheit 11, ein Zwischenkühler 12, ein Drosselventil 13 und
dergleichen.
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Der
Luftreiniger 10 ist ein Filter zum Entfernen von Schmutz
und Staub in der Einlassluft. Der Luftmengenmesser 27 entspricht
in dem Ausführungsbeispiel
einer Hitzdrahtbauart und erfasst eine Einlassluftmenge als Massenstrom.
Die Turboeinheit 11 befindet sich zwischen der Einlassleitung 5 und der
Auslassleitung 6 und führt
eine Aufladung durch. In der Turboeinheit 11 sind in dem
Ausführungsbeispiel über eine
sich drehende Welle ein turbinenseitiges Flügelrad und ein verdichterseitiges
Flügelrad verbunden
(nachstehend wird dieser Abschnitt als "Turbine/Verdichter 11a" bezeichnet).
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Der
Turbolader ist in dem Ausführungsbeispiel
ein Turbolader mit Elektromotor, in dem ein Elektromotor 11b so
eingebettet ist, dass dieser als Abgangswelle der Turbine/des Verdichters 11a dient. Der
Elektromotor 11b kann als ein elektrischer Generator fungieren,
der unter Verwendung von Abgasenergie Strom erzeugt. Die Turboeinheit 11 kann
als ein normaler Lader fungieren, der unter bloßer Verwendung von Abgasenergie
eine Aufladung durchführt. Darüber hinaus
kann die Turboeinheit 11 auch eine Aufladung vornehmen,
indem die Turbine/der Verdichter 11a unter Verwendung des
Elektromotors 11b zwangsgetrieben wird.
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Indem
der Elektromotor unter Nutzung der Abgasenergie über die Turbine/den Verdichter 11a laufen
gelassen wird, ist es außerdem
möglich,
eine Erzeugung von regenerativer Energie vorzunehmen und die erzeugte
elektrische Energie wiedereinzubringen. Der Elektromotor 11b ist
in erster Linie mit einem Rotor, der an der sich drehenden Welle
der Turbine/des Verdichters 11a befestigt ist, und einem Stator
ausgestattet, der am Umfang des Rotors vorgesehen ist. Auf der stromabwärtigen Seite
der Turboeinheit 11 befindet sich an der Einlassleitung 5 der luftgekühlte Zwischenkühler 12,
der die Temperatur der Einlassluft senkt. Die Temperatur hat sich
dabei entsprechend dem Druckanstieg infolge der Aufladung durch
die Turboeinheit 11 erhöht.
Die Temperatur der Einlassluft wird durch den Zwischenkühler 12 gesenkt,
und die Ladeeffizienz wird gesteigert.
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Auf
der stromabwärtigen
Seite des Zwischenkühlers 12 befindet
sich das Drosselventil 13, das die Einlassluftmenge einstellt.
Das Drosselventil 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein sogenanntes
elektronisch gesteuertes Drosselventil. Von einem Gaspedalstellungssensor 15 wird
ein Betätigungsbetrag
eines Gaspedals 14 erfasst, und eine ECU 16 bestimmt
beruhend auf dem Erfassungsergebnis und anderen Informationen die Öffnung des Drosselventils 13.
Das Drosselventil 13 wird von einem Drosselmotor geöffnet/geschlossen,
der zusammen mit dem Drosselventil 13 vorgesehen ist. Außerdem ist
zusammen mit dem Drosselventil 13 ein Drosselpositionssensor 18 vorgesehen,
der die Öffnung
des Drosselventils 18 erfasst.
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Auf
der stromabwärtigen
Seite des Drosselventils 13 befindet sich ein Drucksensor 19,
der den Druck (d. h. einen Ladedruck/einen Einlassluftdruck) in
der Einlassleitung 5 erfasst. Die Sensoren 15, 18, 19, 27 sind
mit der ECU 16 verbunden und übertragen die Erfassungsergebnisse
zur ECU 16. Die ECU 16 ist eine elektronische
Steuerungseinheit, die hauptsächlich
mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen ausgestattet
ist. Die Einspritzdüse 2,
die Zündkerze 7,
der Elektromotor 11b und dergleichen sind mit der ECU 16 verbunden
und werden entsprechend Signalen von der ECU 16 gesteuert.
Darüber hinaus
sind mit der ECU 16 ein variabler Ventilverstellungsmechanismus 20,
der den Öffnungs-/Schließzeitpunkt
des Einlassventils 8 steuert, eine Steuerung 21,
die mit dem Elektromotor 11b verbunden ist, eine Batterie 22 und
dergleichen verbunden.
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Die
Steuerung 21 hat neben der Funktion, den Antrieb des Elektromotors 11b zu
steuern, die Funktion eines Wechselrichters, der die Spannung der
Elektroenergie ändert,
die von dem Elektromotor 11b infolge der Erzeugung regenerativer
Energie erzielt wird. Die Elektroenergie, die infolge der Erzeugung
regenerativer Energie erzielt wird, wird, nachdem die Spannung von
der Steuerung 11 geändert wurde,
der Batterie 22 zugeführt.
Außerdem
befindet sich an der Auslassleitung 6 auf der stromaufwärtigen Seite
der Turboeinheit 11 ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 28 zum
Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Abgas. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 28 ist
mit der ECU 16 verbunden und überträgt das Erfassungsergebnis zur
ECU 16.
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Auf
der stromabwärtigen
Seite der Turboeinheit 11 befindet sich ein Abgasreinigungskatalysator 23 zum
Reinigen des Abgases. Es gibt eine AGR-(d. h. Abgas-Rückführungs-)Leitung 24 zum
Rückführen des
Abgases aus der Auslassleitung 6 (d. h. von der stromaufwärtigen Seite
des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 28)
zur Einlassleitung 5 (einem auf der stromabwärtigen Seite
des Drucksensors 19 ausgebildeten Ausgleichsbehälterabschnitt).
An der AGR-Leitung 24 befindet sich ein AGR-Ventil 25 zum Einstellen
der Menge der Abgasrückführung. Die Öffnung des
AGR-Ventils 25 wird durch die ECU 16 gesteuert.
In der Nähe
der Kurbelwelle des Motors 1 befindet sich ein Kurbelstellungssensor 26 zum
Erfassen einer Drehstellung der Kurbelwelle. Der Kurbelstellungssensor 26 kann
beruhend auf der Stellung der Kurbel die Motordrehzahl erfassen.
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Im
Folgenden wird die Ladedrucksteuerung in dem oben genannten Verbrennungsmotor
beschrieben. Bei der Ladedrucksteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird anfangs beruhend auf einem Betriebszustand des Fahrzeugs die
geforderte Motorleistung abgeschätzt
und ein Zielladedruck bestimmt. Dann wird ein tatsächlicher
Ladedruck erfasst, und es wird beruhend auf einer Differenz zwischen
dem Zielladedruck und dem tatsächlichen
Ladedruck eine dem Elektromotor 11b zuzuführende Menge
an Elektroenergie (d. h. eine Basismenge an Elektroenergie) bestimmt.
Dann wird der Elektromotor 11b beruhend auf der bestimmten
Menge an Elektroenergie gesteuert, und das Aufladen wird unterstützt. Dies
ist die Basissteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Da der Elektromotor 11b in dem Ausführungsbeispiel stromgesteuert
ist, wird der Elektromotor 11b gesteuert, indem ein Stromwert
als Elektroenergiemenge verwendet wird. Der Elektromotor 11b kann
abhängig
von der Bauart des Elektromotors auch gesteuert werden, indem als
Elektroenergiemenge ein Spannungswert verwendet wird oder eine Frequenz
einer Wechselstromenergieversorgung verwendet wird.
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Wenn
der Zielladedruck berechnet wird und beruhend auf der Differenz
zwischen dem Zielladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck die dem Elektromotor 11b zuzuführende Menge
an Elektroenergie bestimmt wird, verzögert sich, wie oben erwähnt wurde,
das Stärkerwerden
der Aufladung und ist das gefühlte
Laufverhalten schlecht. Insbesondere während einer raschen Beschleunigung
oder dergleichen ist nicht nur das das gefühlte Laufverhalten schlecht,
sondern verzögert
sich auch etwas die Leistungsabgabe, was die Benutzerfreundlichkeit
senkt. Um den Anstieg des Ladedrucks zu verbessern, wird in dem
Ausführungsbeispiel,
wenn durch den Antrieb des Elektromotors 11b eine Aufladung
erfolgt, die Entscheidung getroffen, dem Elektromotor 11b zu Beginn
der Elektroenergiezufuhr die Maximalmenge an Elektroenergie zuzuführen.
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Wenn
mit der Zufuhr der Maximalmenge an Elektroenergie aufgehört wird,
wird die Menge an Elektroenergie allmählich verringert, so dass die Menge
an Elektroenergie sanft von der Maximalmenge an Elektroenergie zur
Basismenge an Elektroenergie wechselt. In diesem Fall wird der Zielladedruck beruhend
auf den Ergebnissen des Kurbelstellungssensors 26, der
die Motordrehzahl erfasst, des Gaspedalstellungssensors 15,
der einen Niederdrückbetrag
des Gaspedals 14 erfasst, und dergleichen berechnet. Die
Erfassung des tatsächlichen
Ladedrucks erfolgt durch den Drucksensor 19. Darüber hinaus
erfolgt die Berechnung der Basismenge an Elektroenergie durch die
ECU 16 beruhend auf dem Zielladedruck und dem tatsächlichen
Ladedruck. "Die Sensoren,
die ECU 16 und dergleichen fungieren also als die Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung."
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Außerdem wird
durch die ECU 16 letztlich die dem Elektromotor 11b zuzuführende Menge
an Elektroenergie bestimmt. "Die
ECU 16 fungiert also als die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung." Darüber hinaus
steuern die ECU 16 und die Steuerung 21 den Antrieb
des Elektromotors 11b. "Die ECU 16 und
die Steuerung 21 fungieren als die Elektromotor-Steuerungseinrichtung." 2A und 2B zeigen
Ablaufdiagramme zum Steuern des Elektromotors (d. h. zum Steuern
des Ladedrucks) in dem Ausführungsbeispiel.
Unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 2A und 2B wird
ein Verfahren zum Bestimmen der Menge an Elektroenergie beschrieben.
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Zunächst wird
durch den Kurbelstellungssensor 26 die Motordrehzahl erfasst,
und beruhend auf der Einlassluftmenge und der (vom Drosselpositionssensor 18 erfassten)
Drosselöffnung
wird eine Motorlast geschätzt.
Die Einlassluftmenge wird durch den Luftmengenmesser 27 gemessen
oder beruhend auf dem Erfassungsergebnis des Drucksensors 19 geschätzt. Die
Drosselöffnung
wird durch den Drosselpositionssensor 18 erfasst. Beruhend
auf der Motordrehzahl und der Motorlast wird ein Zielladedruck PT
berechnet (Schritt S200). Gleichzeitig wird durch den Drucksensor 19 ein
tatsächlicher
Ladedruck PR erfasst (Schritt S200).
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Als
nächstes
wird festgestellt, ob ein Unterstützungsmengensenkungsflag FG
auf "1" gesetzt ist (Schritt
S205). Das Unterstützungsmengensenkungsflag
FG zeigt, ob die Menge an Elektroenergie allmählich verringert werden muss,
wenn die Unterstützung
der Aufladung durch den Elektromotor 11b beendet wird.
Wenn das Unterstützungsmengensenkungsflag
auf "0" gesetzt ist, muss
die Menge an Elektroenergie nicht allmählich verringert werden, und
wenn das Unterstützungsmengensenkungsflag auf "1" gesetzt ist, wird die Menge an Elektroenergie allmählich verringert.
Der Anfangswert des Unterstützungsmengensenkungsflags
FG ist auf "0" gesetzt. Wenn das
Ablaufdiagramm in 2A das erste Mal ausgeführt wird,
erfolgt im Schritt S205 eine negative Feststellung und fährt der
Prozess mit Schritt S210 fort. Der Fall, dass der Unterstützungsmengensenkungsflag
FG auf "1" gesetzt ist, wird
später
beschrieben.
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Als
nächstes
wird festgestellt, ob ein Maximalmengen unterstützungsflag FF auf "1" gesetzt ist (Schritt 210).
Das Maximalmengenunterstützungsflag
FF zeigt, ob die Steuerung zum Einstellen der Unterstützungsmenge
der Aufladung durch den Elektromotor 11b auf die Maximalmenge
erfolgt, d. h. ob die Menge an Elektroenergie auf die Maximalmenge an
Elektroenergie erhöht
wird. Wenn das Maximalmengenunterstützungsflag FF auf "1" gesetzt ist, erfolgt die Maximalmenge
an Unterstützung.
Wenn das Maximalmengenunterstützungsflag
FF auf "0" gesetzt ist, erfolgt
die Maximalmenge an Unterstützung nicht.
Der Anfangswert des Maximalmengenunterstützungsflags ist ebenfalls "0". Wenn das Ablaufdiagramm in 2A das
erste Mal ausgeführt
wird, erfolgt im Schritt S210 eine negative Feststellung und fährt der
Prozess mit Schritt S215 fort. Der Fall, dass das Maximalmengenunterstützungsflag
FF auf "1" gesetzt ist, wird
später
beschrieben.
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Wenn
sowohl das Unterstützungsmengensenkungsflag
FG als auch das Maximalmengenunterstützungsflag FF auf "0" gesetzt sind, wird festgestellt, ob
der Elektromotor 11b unter Verwendung der Maximalmenge
an Elektroenergie angetrieben wird, d. h. ob die Maximalmengenunterstützungsbedingung
erfüllt
ist (Schritt S215). Wenn die Maximalmengenunterstützungsbedingung
erfüllt
ist, wird der Elektromotor 11b unter Verwendung der Maximalmenge an
Elektroenergie angetrieben. Die Maximalmengenunterstützungsbedingung
ist erfüllt,
wenn sämtliche der
folgenden Bedingungen erfüllt
sind.
- 1) Ein (von dem Gaspedalstellungssensor 15 erfasster)
Gasgebungsänderungsbetrag
ist größer als
oder gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert. Wenn der Gasgebungsänderungsbetrag
größer als
oder gleich hoch wie der vorbestimmte Wert ist, kann festgestellt
werden, dass das Gaspedal niedergedrückt wird und weitere Motorleistung
erforderlich ist.
- 2) Eine (von der Steuerung 21 erfasste) Spannung der
Batterie 22 ist größer als
oder gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert. Um den Elektromotor 11b anzutreiben,
muss in der Batterie ausreichend Elektroenergie gespeichert sein.
- 3) Eine (von einem (nicht gezeigten) in dem Elektromotor 11b eingebetteten
Temperatursensor erfasste) Temperatur des Elektromotors 11b ist
kleiner als oder gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert. Es ist
notwendig, dass bestätigt
wird, dass der Elektromotor 11b nicht überhitzt ist, wenn die Maximalmenge
an Elektroenergie zugeführt
wird.
- 4) Der Verdichter befindet sich außerhalb eines Bereichs, in
dem ein Pumpen bzw. ein Druckstoß stattfindet. Es ist notwendig,
dass bestätigt
wird, dass kein Pumpen stattfindet, wenn die Aufladung durch Zuführen der
Maximalmenge an Elektroenergie und Antreiben des Elektromotors 11b unterstützt wird.
Ob sich der Verdichter außerhalb
des Bereichs befindet, in dem ein Pumpen stattfindet, wird beruhend
auf der Motordrehzahl und dem tatsächlichen Ladedruck PR festgestellt.
Im Voraus wird ein Kennfeld zum Feststellen, ob sich der Verdichter
außerhalb
des Bereichs befindet, in dem ein Pumpen stattfindet, erstellt und
in der Steuerung 21 oder der ECU 16 gespeichert.
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Wenn
im Schritt S215 eine negative Feststellung erfolgt, d. h. wenn es
nicht geboten ist, den Elektromotor 11b unter Verwendung
der Maximalmenge an Elektroenergie anzutreiben, erfolgt eine normale Elektromotorsteuerung (Schritt
S220). Und zwar wird beruhend auf einer Differenz zwischen dem Zielladedruck
PT und dem tatsächlichen
Ladedruck PR, die im Schritt S200 ermittelt werden, die dem Elektromotor 11b zuzuführende Menge
an Elektroenergie (d. h. die Basismenge an Elektroenergie) berechnet/festgesetzt,
und dem Elektromotor 11b wird beruhend auf der festgesetzten
Menge an Elektroenergie von der ECU 16 und der Steuerung 21 Elektroenergie
zugeführt
(Schritt S225).
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Wenn
im Schritt S215 eine positive Feststellung erfolgt, wird das Maximalmengenunterstützungsflag
FF auf "1" gesetzt, so dass
dem Elektromotor 11b die Maximalmenge an Elektroenergie
zugeführt
wird und die Aufladung unterstützt
wird, und es wird die Maximalmengenunterstützungszeit TF berechnet (Schritt
S230). Gleichzeitig wird mit einer Messung der Zeit TE begonnen,
die, seitdem das Maximalmengenunterstützungsflag FF von "0" auf "1" geschaltet
wurde (Schritt S230), abgelaufen ist. Die Maximalmengenunterstützungszeit
TE ist die Zeit für
das Anlegen der Maximalmenge an Elektroenergie an den Elektromotor 11b.
Die Zeit kann feststehen oder abhängig von der Differenz zwischen dem
Zielladedruck PT und dem tatsächlichen
Ladedruck PR variabel sein.
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Nachdem
der Schritt S230 ausgeführt
wurde, wird festgestellt, ob die abgelaufene Zeit TE länger als
oder gleich lang wie die Maximalmengenunterstützungszeit TE ist (Schritt
S235). Wenn der Prozess über
Schritt S230 mit Schritt S235 fortfährt, erfolgt im Schritt S235
auf jeden Fall eine negative Feststellung, da die Messung der abgelaufenen
Zeit TE gerade begonnen hat. Falls dagegen, wie später beschrieben
wird, die Steuerung zum Zuführen
der Maximalmenge an Elektroenergie zum Elektromotor 11b bereits
begonnen hat, wenn im Schritt S210 eine positive Feststellung erfolgt,
und der Prozess dann mit Schritt S235 fortfährt, kann im Schritt S235 auch eine
positive Feststellung erfolgen. Wenn im Schritt S235 eine positive
Feststellung erfolgt, wird, da die Zeit zum Zuführen der Menge an Elektroenergie
zum Elektromotor 11b abgelaufen ist, das Maximalmengenunterstützungsflag
FF auf "0" zurückgesetzt,
um die Steuerung zum Zuführen
der Maximalmenge an Elektroenergie zu beenden (Schritt 240),
wonach beruhend auf der Basismenge an Elektroenergie die normale
Steuerung erfolgt (Schritte S220, S225).
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Wenn
dagegen im Schritt S235 eine negative Feststellung erfolgt, da die
Steuerung zum Zuführen der
Maximalmenge an Elektroenergie zum Elektromotor 11b gerade
durchgeführt
wird, wird die dem Elektromotor 11b zuzuführende Menge
an Elektroenergie (d. h. der Befehlsstromwert Pi) auf die Maximalmenge
an Elektroenergie (d. h. dem Maximalstromwert iMAX) gesetzt (Schritt
S245). Als nächstes
wird festgestellt, ob der tatsächliche
Ladedruck PR über den
Zielladedruck PT hinausgeht (Schritt S250). Falls der tatsächliche
Ladedruck PR über
den Zielladedruck PT hinausgeht, während dem Elektromotor 11b die
Maximalmenge an Elektroenergie zugeführt wird, sollte die Energieversorgung
des Elektromotors 11b mit der Maximalmenge auch dann beendet
werden, wenn die abgelaufene Zeit TE nicht über die Maximalmengenunterstützungszeit
TF hinausgegangen ist.
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Wenn
die Menge an Elektroenergie in diesem Fall plötzlich geändert wird, ändert sich
der Ladedruck plötzlich
und kommt es zu einer Erschütterung,
die dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl gibt. Wenn sich der Ladedruck
plötzlich ändert, werden außerdem Lasten
auf die Turbine/den Verdichter und dergleichen aufgebracht. Dementsprechend
werden die Probleme in diesem Fall verhindert, indem die Menge an
Elektroenergie allmählich
verringert wird. Und zwar wird, wenn im Schritt S250 eine negative Feststellung
erfolgt (d. h. wenn der tatsächliche
Ladedruck PR kleiner als oder gleich hoch wie der Zielladedruck
PT ist), auf den Elektromotor 11b die maximale Elektroenergie
aufgebracht (Schritt S225). Wenn dagegen im Schritt S250 eine positive
Feststellung erfolgt (d. h. wenn der tatsächliche Ladedruck PR über den
Zielladedruck hinausgeht) wird das Maximalmengenunterstützungsflag
FF auf "0" zurückgesetzt
und das Unterstützungsmengensenkungsflag
FG auf "1" gesetzt, um die
Menge an Elektroenergie allmählich
zu verringern (Schritt S255). Außerdem wird die abgelaufene
Zeit TE auf "0" zurückgesetzt
(Schritt S255).
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Nachdem
Schritt S255 erfolgt ist, wird eine neue dem Elektromotor 11b zuzuführende Menge
an Elektroenergie (ein Befehlsstromwert Pi) auf einen Wert gesetzt,
der ermittelt wird, indem von der momentanen Menge an Elektroenergie
(d. h. dem Befehlsstromwert Pi) einmal eine Abnahmemenge ΔPi abgezogen
wird (Schritt S260). Wenn der Prozess über Schritt S255 mit Schritt
S260 fortfährt,
ist die momentane Menge an Elektroenergie (d. h. der Befehlsstromwert
Pi) die Maximalmenge an Elektroenergie (d. h. der Maximalstromwert
iMAX). Wenn der Prozess, wie später
beschrieben wird, über
Schritt S280 mit Schritt S260 fortfährt, hat die allmähliche Verringerung
der Menge an Elektroenergie bereits begonnen und ist die momentane
Menge an Elektroenergie (d. h. der Befehlsstromwert Pi) kleiner
als die Maximalmenge an Elektroenergie (d. h. der Maximalstromwert
iMAX).
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Nachdem
Schritt S260 erfolgt ist, wird über eine
Untergrenze des Befehlsstromwerts Pi gewacht. Genauer gesagt wird
festgestellt, ob der Befehlsstromwert Pi ein negativer Wert ist
(Schritt S265). Wenn im Schritt S265 eine negative Feststellung
erfolgt und der Befehlsstromwert Pi "0" oder
ein positiver Wert ist, wird dem Elektromotor 11b beruhend
auf dem Wert der Befehlsstromwert Pi zugeführt (Schritt S225). Wenn im
Schritt S265 eine positive Feststellung erfolgt, ist der Befehlsstromwert
Pi ein negativer Wert. In diesem Fall wird das Unterstützungsmengensenkungsflag
FG auf "0" zurückgesetzt,
da die allmähliche
Verringerung der Menge an Elektroenergie abgeschlossen worden ist
(Schritt S270), wonach der Befehlsstromwert Pi auf "0" gestellt wird (Schritt S275). Wenn
dem Elektromotor 11b der Befehlsstromwert von "0" zugeführt wird (Schritt S225), erfolgt
keine Unterstützung
der Aufladung, indem der Elektromotor 11b angetrieben wird.
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Nachdem
Schritt S225 erfolgt ist, endet der Prozess vorübergehend. Allerdings wird
der Prozess vom Seitenschritt S200 gestartet und werden der Zielladedruck
PT und der tatsächliche
Ladedruck PR aktualisiert. Wenn die Steuerung zum allmählichen Verringern
der Menge an Elektroenergie weiterläuft, erfolgt im Schritt S205
eine positive Feststellung. In diesem Fall wird zunächst festgestellt,
ob der tatsächliche
Ladedruck PR über
den Zielladedruck PR hinausgeht (Schritt S280). Wenn im Schritt
S280 eine negative Feststellung erfolgt, d. h. wenn der tatsächliche
Ladedruck PR kleiner als oder gleich hoch wie der Zielladedruck
PT wird, während
die Steuerung zum allmählichen
Verringern der Menge an Elektroenergie erfolgt, wird das Unterstützungsmengensenkungsflag
FG auf "0" zurückgesetzt,
um die Steuerung zum allmählichen
Verringern der Menge an Elektroenergie zu beenden (Schritt S235),
wonach beruhend auf der Basismenge an Elektroenergie die normale
Steuerung erfolgt (Schritte S220, 225).
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Wenn
dagegen im Schritt S280 eine positive Feststellung erfolgt, d. h.
wenn der tatsächliche
Ladedruck PR über
den Zielladedruck PT hinausgeht, fährt der Prozess mit Schritt
S260 fort, um mit der Steuerung zum allmählichen Verringern der Menge an
Elektroenergie fortzufahren. Schritt S260 und die folgenden Schritte
sind wie oben beschrieben. Wenn der Elektromotor 11b auf
die oben beschriebene Weise angetrieben wird, wird zu Beginn der
Elektroenergiezufuhr auf jeden Fall die Maximalmenge an Elektroenergie
zugeführt.
Und zwar erfolgt, wenn im Schritt S215 eine positive Feststellung
erfolgt, die Unterstützung
der Aufladung, indem der Elektromotor 11b angetrieben wird.
In diesem Fall wird die Unterstützung
der Aufladung gestartet, indem die Maximalmenge an Elektroenergie
zugeführt
wird. Wenn mit Hilfe des Elektromotors 11b die Unterstützung der Aufladung
erfolgt, ist daher der Anstieg des Ladedrucks gut und die Reaktionsfreudigkeit
hervorragend.
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Wenn
der tatsächliche
Ladedruck PR über den
Zielladedruck PT hinausgeht, während
durch Zuführen
der Maximalmenge an Elektroenergie und Antreiben des Elektromotors 11b die
Unterstützung
der Aufladung erfolgt, wird die Zufuhr der Maximalmenge an Elektroenergie
beendet. Auf diese Weise kann eine Überladung unterdrückt werden,
während
der Anstieg des Ladedrucks durch Zuführen der Maximalmenge an Elektroenergie
gesteigert wird. Indem die Menge an Elektroenergie allmählich von
der Maximalmenge an Elektroenergie verringert wird, können insbesondere
dann, wenn die Zuführung
der Maximalmenge an Elektroenergie unterbrochen wird, die auf die
verschiedenen Abschnitte wirkenden Erschütterungen und Lasten verringert
werden. Wenn die gesamte Menge an Elektroenergie auf einmal ausgeschaltet
wird, ergibt sich in der Leistung ein großer Sprung, der dem Fahrer
ein unangenehmes Gefühl
geben oder auf die Turbine/den Verdichter eine hohe Last aufbringen
könnte.
Allerdings kann dieses Problem verhindert werden, indem die Menge an
Elektroenergie allmählich
verringert wird.
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Wenn
der tatsächliche
Ladedruck PR kleiner als oder gleich hoch wie der Zielladedruck
PT wird, während
die Menge an Elektroenergie allmählich
verringert wird, wird die Steuerung außerdem von der Steuerung zum
allmählichen
Verringern der Menge an Elektroenergie zu der auf der Basismenge
an Elektroenergie beruhenden Steuerung umgeschaltet. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Steuerung zu der auf der Basismenge an Elektroenergie beruhenden normalen
Steuerung umzuschalten, während
die Menge an Elektroenergie allmählich
von der Maximalmenge an Elektroenergie verringert wird. Da die Steuerung
sanft umgeschaltet werden kann, besteht keine Möglichkeit, dass es in der Leistung
zu einem Sprung oder dergleichen kommt und sich der Fahrer unbehaglich
fühlt.
Außerdem
kann wirksam verhindert werden, dass auf die Turbine/den Verdichter eine
hohe Last aufgebracht wird.
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In
dem oben genannten Ausführungsbeispiel ist
als eine der Maximalmengenunterstützungsbedingungen die Bedingung
festgelegt, dass der Gasgebungsänderungsbetrag
größer als
oder gleich hoch wie der vorbestimmte Wert ist, d. h. dass die vom
Motor 1 geforderte Motorleistung größer als oder gleich hoch wie
der vorbestimmte Wert ist. In dem Ausführungsbeispiel ist die oben
angegebene Bedingung zusammen mit den anderen Bedingungen festgelegt. Indessen
kann die Bedingung auch für
sich allein festgelegt sein oder in beliebiger Kombination festgelegt
sein. In diesem Fall wird die von dem Motor 1 geforderte
Motorleistung beruhend auf dem Gasgebungsänderungsbetrag (Rate) erfasst. "Der Gaspedalstellungssensor 15 fungiert
also als die Motorleistungsbedarf-Erfassungseinrichtung." Zum Erfassen der
geforderten Motorleistung kann auch der Gasgebungsänderungsbetrag
(Rate) des Drosselventils 13 verwendet werden. "In diesem Fall fungiert
der Drosselpositionssensor 18 als die Motorleistungsbedarf-Erfassungseinrichtung."
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Wenn
die vom Motor 1 geforderte Motorleistung über den
vorbestimmten Wert hinausgeht, ist es durch Einstellen der dem Elektromotor 11b zuzuführenden
Energiemenge auf die Maximalmenge an Elektroenergie möglich, den
Anstieg des Ladedrucks zu unterstützen, wenn eine größere Motorleistung
erforderlich ist. Dadurch ist es möglich, eine Turboladersteuerung
durchzuführen,
die sich durch Reaktionsfreudigkeit hervortut. Als Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
gleichzeitig die Menge an Elektroenergie zu Beginn der Elektroenergiezufuhr
zum Elektromotor 11b auf die Maximalmenge an Elektroenergie
einzustellen und die Menge an Elektroenergie dann, wenn die geforderte
Motorleistung kleiner als oder gleich hoch wie der vorbestimmte
Wert ist, auf die Maximalmenge an Elektroenergie einzustellen. Allerdings
ist es auch unabhängig
voneinander möglich, die
Menge an Elektroenergie zu Beginn der Elektroenergiezufuhr zum Elektromotor 11b auf
die Maximalmenge an Elektroenergie einzustellen und die Menge an
Elektroenergie dann, wenn die geforderte Motorleistung größer als
oder gleich hoch wie der vorbestimmte Wert ist, auf die Maximalmenge
an Elektroenergie einzustellen.
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In
dem oben genannten Ausführungsbeispiel werden
der Drucksensor 19 und der Luftmengenmesser 27 in
Kombination genutzt. Solange ein System zum Abschätzen der
Einlassluftmenge beruhend auf dem Innendruck des Einlassrohrs aufgebaut
werden kann, ist es jedoch nicht nötig, den Luftmengenmesser 27 vorzusehen.
Die vom Motor 1 geforderte Motorleistung kann beruhend
auf anderen Informationen (zum Beispiel der Einlassluftmenge oder
der Motordrehzahl) erfasst werden.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung
für einen
Turbolader mit Elektromotor ist es möglich, die Reaktionsfreudigkeit
bei der Erhöhung
des Ladedrucks zu steigern, während
unter Verwendung des Elektromotors die Unterstützung der Aufladung erfolgt.
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Zu
der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung
für einen
Turbolader mit Elektromotor gehört ein
Turbolader (11); ein Elektromotor (11b), der einen Ladedruck
erhöhen
kann, indem er einen Verdichter (11a) des Turboladers (11)
laufen lässt;
eine Elektroenergiebasismengen-Berechnungseinrichtung (14, 15, 16, 29, 26)
zum Berechnen der dem Elektromotor zuzuführenden Basismenge an Elektroenergie
beruhend auf einem Zielladedruck und einem tatsächlichen Ladedruck; eine Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
(16) zum Einstellen der dem Elektromotor zuzuführenden
Menge an Elektroenergie; und eine Elektromotor-Steuerungseinrichtung (21)
zum Steuern des Elektromotors (11b) beruhend auf der zuzuführenden
Menge an Elektroenergie, die von der Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
eingestellt wird, wobei die Elektroenergiemengen-Einstelleinrichtung
(16) die zuzuführende
Menge an Elektroenergie zu Beginn der Elektroenergiezufuhr zum Elektromotor
(11b) auf die Maximalmenge an Elektroenergie einstellt.
Aufgrund dieser Steuerung ist es möglich, den Anstieg des Ladedrucks
zu steigern, während
unter Verwendung des Elektromotors die Unterstützung der Aufladung erfolgt.