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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und ein System zum Bestimmen einer Anormalität für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen gemäß den Oberbegriffen von Anspruch
1 beziehungsweise 8, der stets genau bestimmen kann, ob eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus vorhanden ist, ohne dass das Vorsehen
einer zugehörigen
Erfassungsvorrichtung erforderlich ist.
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Für
Verbesserungen der Leistung eines Verbrennungsmotors ist es normalerweise
erwünscht, die
Menge an in die Verbrennungskammern gelieferter Luft zu erhöhen. Um
die Luftaufladeeffizienz zu erhöhen,
sind in der Praxis Aufladesysteme verwendet worden, die zwangsweise
Luft von außen
in die Verbrennungskammern zusätzlich
zu der Luft liefern, die normalerweise in die Verbrennungskammern durch
einen Unterdruck gesaugt wird, der in den Verbrennungskammern während der
Bewegungen des Kolbens auftritt. Von diesen Aufladesystemen sind Turbolader
weit bekannt.
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Ein Turbolader hat ein Turbinenrad,
das sich durch das Abgas dreht, das von den Verbrennungskammern
abgegeben wird, und ein Kompressorrad, das zwangsweise Luft in die
Verbrennungskammern befördert.
Das Turbinenrad und das Kompressorrad sind durch eine Rotorwelle
so verbunden, dass sie sich zusammen drehen können. Wenn das Turbinenrad
durch das zu diesem geblasene Abgas gedreht wird, wird die Drehung
zu dem Kompressorrad durch die Rotorwelle übertragen. Das Kompressorrad
wird somit so gedreht, dass es zwangsweise Luft in die Verbrennungskammern
befördert.
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Bei dem Turbolader ist es erwünscht, den Druck
der in die Verbrennungskammern gelieferten Luft das heißt den Aufladedruck
in Übereinstimmung mit
den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors geeignet einzustellen.
Zu diesem Zweck ist ein Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen, der
den Aufladedruck variabel steuert durch ein Einstellen beispielsweise
der Strömungsrate
und der Geschwindigkeit des zu dem Turbinenrad geblasenen Abgases,
vorgeschlagen worden und in der Praxis angewandt worden.
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Ein Turbolader der Art mit variablem
Leistungsvermögen
steuert variabel die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases durch ein Variieren der Fläche eines Kanals des Abgases,
das zu dem Turbinenrad geblasen wird. Bei einem derartigen Turbolader
ist eine variable Düse
(ein Variabel-Leistungs-Mechanismus) beispielsweise an der Einlassöffnung der
Turbine vorgesehen, um so die Fläche der
Einlassöffnung
variabel zu steuern. Bei einer Motorbetriebsbedingung mit niedriger
Geschwindigkeit oder niedriger Last, bei der die Menge an Abgas
gering ist, so dass ein Aufladeeffekt auf der Grundlage des Gasvolumens
nicht beachtlich ist, wird die Größe der Düsenöffnung verringert, um die Fläche der
Einlassöffnung
der Turbine zu verringern, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des zu
dem Turbinenrad geblasenen Abgases erhöht wird. Die erhöhte Abgasströmungsgeschwindigkeit
verbessert den Aufladeeffekt auf der Grundlage des dynamischen Gasdruckes.
Bei einer Motorbetriebsbedingung mit hoher Geschwindigkeit oder
hoher Last, bei der die Menge an Abgas groß ist, so dass ein ausreichender
Aufladeeffekt auf der Grundlage des Gasvolumens in Erwartung steht,
wird die Düsenöffnung erweitert,
um die Fläche
der Einlassöffnung
der Turbine zu erhöhen,
und daher wird der Abgasströmungswiderstand verringert.
Der verringerte Abgasströmungswiderstand
erhöht
die Gasabgabeeffizienz des Verbrennungsmotors. In dieser Weise kann
ein hoher Aufladeeffekt in Übereinstimmung
mit den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors erhalten werden.
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Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Turbolader
der Art mit variablem Leistungsvermögen der Variabel-Leistungs-Mechanismus
versagt aufgrund beispielsweise des Hängenbleibens (oder des Fixierens)
der variablen Düsen,
wird es unmöglich, den
Aufladedruck in Übereinstimmung
mit den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors einzustellen.
Wenn beispielsweise aufgrund eines Fehlverhaltens die Düsenöffnung bei
einer großen Öffnung fixiert
wird, kann ein hoher Aufladeeffekt nicht bei einer Motorbetriebsbedingung
mit niedriger Geschwindigkeit oder niedriger Last erwartet werden,
da es nunmehr unmöglich
ist, die Strömungsgeschwindigkeit
des zu dem Turbinenrad geblasenen Abgases zu erhöhen. Wenn die Düsenöffnung bei
einer kleinen Öffnung
fixiert wird, nimmt die Gasabgabeeffizienz bei einem Motorbetriebszustand
mit hoher Geschwindigkeit oder hoher Last aufgrund des erhöhten Abgasströmungswiderstandes
ab. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Abgabeleistung des Motors
abnimmt.
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Um einen derartigen unerwünschten
Fall zu vermeiden, ist es erforderlich, zu überwachen, ob die variable
Düsen das
heißt
der Variabel-Leistungs-Mechanismus normal arbeitet. Ein effektives
Verfahren zum Bestimmen einer Anormalität bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus
ist das direkte Überwachen
des Betriebes der Düse.
Jedoch erfordert dieses effektive Verfahren das Vorsehen einer zugewiesenen
Erfassungsvorrichtung, wodurch der Aufbau des Verbrennungsmotors
kompliziert wird und die Herstellkosten zunehmen.
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Die Druckschrift JP-A-61-190 124
offenbart beispielsweise ein Verfahren, bei dem eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus
auf der Grundlage des Aufladedruckes bestimmt wird. Wenn jedoch
die Düse
eine Anormalität
im Hinblick auf ein geschlossenes Ventil hat, nimmt der Abgasdruck
so zu, dass der Turboeffekt abnimmt, das heißt der Aufladedruck nimmt nicht
bis zu einem bestimmten Betrag zu, der größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Unter einer derartigen Bedingung wird es unmöglich, eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus genau zu bestimmen.
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Die Druckschrift EP-A-0 769 612 bezieht
sich auf einen Turbolader ohne die Möglichkeit des Steuerns seiner
Leistung. Darüber
hinaus wird die Erfassung von nicht für den Turbolader spezifischen
Eigenschaftswerten und deren Vergleich mit vorbestimmten Referenzwerten
lediglich ausgeführt,
um Anormalitäten
des Turboladersystems selbst aber keine Anormalitäten eines
Variabel-Leistungs-Mechanismus des Turboladers zu erfassen. Der
Zweck dieser Referenzen ist hauptsächlich das Erfassen von Anormalitäten, die
sich auf den Einlassdruck beziehen, wobei der Einlassgasdrucksensor
umfasst ist. Anormalitäten
in Bezug auf den Einlassgasdruck eines Turboladers einer herkömmlichen
Art können erfasst
werden, indem der Einlassgasdruck verwendet wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Anormalitätsbestimmungsverfahren
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen oder ein Anormalitätsbestimmungssystem
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 und Anspruch 8 derart weiter zu entwickeln, dass Anormalitäten stets
genau bestimmt werden, während
der Bedarf einer speziellen Erfassungsvorrichtung beseitigt wird.
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Diese Aufgabe ist durch ein Anormalitätsbestimmungsverfahren
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen gemäß Anspruch 1 und durch ein
Anormalitätsbestimmungssystem
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen gemäß den Merkmalen von Anspruch
8 gelöst.
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Ein gattungsgemäßes Anormalitätsbestimmungsverfahren
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen und ein gattungsgemäßes Anormalitätsbestimmungssystem
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen ist aus der Druckschrift
JP-A-60 178 932 bekannt. Demgemäß arbeitet
der Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen auf
der Grundlage einer Abgasströmung
von einem Verbrennungsmotor derart, dass eine Verbrennungskammer
des Verbrennungsmotors mit Einlassluft aufgeladen wird. Ein Variabel-Mechanismus
steuert variabel die Menge an in den Turbolader der Art mit variablem
Leistungsvermögen
eingeleitetem Abgas derart, dass der Betriebsbetrag des Turboladers
der Art mit variablem Leistungsvermögen gesteuert wird. Eine Anormalität des Variabel-Leistungs-Mechanismus
kann erfasst werden. Wenn die Anormalität des Variabel-Leistungs-Mechanismus
erfasst wird, wird der Öffnungsbetrag
eines Umgehungssteuerventils, das in einem Umgehungskanal zum Umgehen
der Abgasturbine des Turboladers der Art mit variablem Leistungsvermögen vorgesehen
ist, schrittweise erhöht,
um einen Abgasdruck zu verringern. Die Anormalität wird erfasst, wenn der erfasste
tatsächliche Öffnungsbetrag in
der Nähe
des minimalen Öffnungsbetrages
ist, obwohl ein instruierter Öffnungsbetrag
des Variabel-Leistungs-Mechanismus hoch ist.
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Somit offenbart diese Druckschrift
ein Fail-Safe-System auf der Grundlage der Erfassung eines Öffnungsbetrages
des Variabel-Leistungs-Mechanismus.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben
weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Wenn eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus auftritt, zeigt der Wert, der einen
Motorsteuerzustand bei dem Verbrennungsmotor anzeigt, in entsprechender
Weise einen Wert auf, der von einem normalen Wert verschieden ist.
Der Wert, der einen Motorsteuerzustand anzeigt, der dann auftritt,
wenn keine Anormalität
bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus auftritt, wird zuvor erhalten
oder zuvor gespeichert. Der zuvor gespeicherte Wert, der einen Motorsteuerzustand
anzeigt, wird mit einem gegenwärtigen
Wert verglichen, der einen Motorsteuerzustand anzeigt, der als ein
für einen Turbolader nicht
spezifischer Kennwert unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung
erfasst wird. Wenn der Unterschied zwischen ihnen gleich wie oder
größer als
der vorbestimmte Wert ist, wird bestimmt, dass eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus
aufgetreten ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung ist der Wert, der einen Motorsteuerzustand für einen
Vergleich anzeigt, ein Abgabesteuerkennwert, der zumindest entweder
eine eingespritzte Kraftstoffmenge, eine Kraftstoffeinspritzzeit oder
eine Zündzeit
umfasst.
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Eine Steuerung zum Einstellen des
Abgabesteuerkennwertes wird ausgeführt, um einen vorbestimmten
Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu verwirklichen. Wenn eine
Anormalität
bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus auftritt, ändert sich der
Abgabewert bzw. die Leistung des Verbrennungsmotors entsprechend.
Entsprechend der Änderung
des Abgabewertes wird der Abgabesteuerkennwert eingestellt. Die
Beziehung zwischen dem Betriebsbetrag des Variabel-Leistungs-Mechanismus und
dem Abgabesteuerkennwert bei einem vorbestimmten Motorbetriebszustand
wird zuvor erhalten. Wenn der Motor sich bei einem vorbestimmten
Betriebszustand befindet, wird der gegenwärtige Abgabesteuerkennwert
mit einem Wert verglichen, der den Abgabesteuerkennwert einnehmen
sollte. Wenn der Unterschied zwischen ihnen gleich wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist, wird bestimmt, dass eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus
aufgetreten ist.
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Gemäß einer anderen Weiterentwicklung
der Erfindung ist ein Wert, der einen Motorsteuerzustand für den Vergleich
anzeigt, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors.
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Wenn eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-System auftritt, ändert sich der Abgabewert des
Verbrennungsmotors in entsprechender Weise, und daher ändert sich
die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Die Beziehung zwischen dem
Betätigungsbetrag
des Variabel-Leistungs-Mechanismus und der Drehzahl des Verbrennungsmotors
bei einem vorbestimmten Betriebszustand wird zuvor erhalten. Wenn
der Motor in einem vorbestimmten Betriebszustand ist, wird die gegenwärtige Drehzahl
mit einem Wert verglichen, den die Drehzahl einnehmen sollte. Wenn
der Unterschied zwischen ihnen gleich wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist, wird bestimmt, dass eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus aufgetreten ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung ist der vorbestimmte Betriebszustand des Verbrennungsmotors
in Bezug auf den Vergleich des Wertes, der den Motorsteuerzustand anzeigt,
ein Leerlaufzustand, und der Wert, der einen Motorsteuerzustand
für den
Vergleich anzeigt, ist eine Kraftstoffmenge, die in den Verbrennungsmotor eingespritzt
wird. Während
des Motorleerlaufes wird die gegenwärtige Kraftstoffeinspritzmenge
mit einer zuvor gespeicherten Kraftstoffeinspritzmenge verglichen,
die eine Menge ist, die dann auftritt, wenn der Variabel-Leistungs-Mechanismus
in einem normalen Zustand ist. Wenn der Unterschied zwischen ihnen gleich
wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist, wird bestimmt, dass eine Anormalität bei dem
Variabel-Leistungs-Mechanismus aufgetreten ist.
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Wenn gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung
der Unterschied zwischen dem Referenzwert, der einen Motorsteuerzustand
anzeigt, und dem tatsächlichen
Wert, der einen Motorsteuerzustand anzeigt, gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert ist, wird ein Befehl zum Antreiben des Variabel-Leistungs-Mechanismus
bei einem maximalen Grad ausgegeben. Wenn ein Unterschied zwischen
ihnen, der gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert ist, immer noch auftritt, wird schließlich bestimmt,
dass eine Anormalität
bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus aufgetreten ist.
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Wenn eine Anormalität zuvor
bei dem Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen bestimmt
worden ist, wird der Befehl zum Antreiben des Variabel-Leistungs-Mechanismus
im Wesentlichen bis zu einem maximalen Grenzwert ausgegeben. Wenn
die Anormalität
trotz dieses Befehls anhält, wird
schließlich
bestimmt, dass eine Anormalität
bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus
aufgetreten ist.
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Gemäß einer anderen Weiterentwicklung
der Erfindung ist ein Abgasgatterventil oder Abgasschieberventil
in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors vorgesehen, um einen
Kanal zu öffnen
und zu schließen,
der einen Turbinenabschnitt umgeht, und das Abgasschieberventil
wird geöffnet,
wenn eine Anormalität
bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus bestimmt wird.
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Dieses Verfahren kann bestimmen,
ob eine Anormalität
aufgrund eines Betriebsfehlverhaltens des Variabel-Leistungs-Mechanismus
aufgetreten ist, ohne dass das Vorsehen einer speziellen Erfassungsvorrichtung
erforderlich ist. Darüber
hinaus wird, indem das Abgasschieberventil gänzlich geöffnet wird, das Abgas um den
Turbolader herum geleitet, wenn eine Anormalität bei dem Turbolader aufgetreten
ist. Daher ermöglicht
selbst nach dem Auftreten einer Anormalität dieses Verfahren, dass ein Fahrzeug
stabil fährt.
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Wenn gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung
der Unterschied zwischen dem Referenzwert, der einen Motorsteuerzustand
anzeigt, und dem tatsächlichen
Wert, der einen Motorsteuerzustand anzeigt, gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert ist, wird ein Befehl ausgegeben, um den Variabel-Leistungs-Mechanismus bei einem
maximalen Grad anzutreiben.
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Wenn ein Unterschied zwischen ihnen,
der gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert ist, immer noch auftritt, wird das Abgasschieberventil
geöffnet.
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In einigen Fällen wird eine Anormalität automatisch
entfernt durch ein Ausgeben des Befehls zum Antreiben des Variabel-Leistungs-Mechanismus bei
dem maximalen Grad. Daher kann dieses Verfahren die Häufigkeit
des Ausführens
einer Anormalitätsstimmung
verringern.
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Bei der vorliegenden Erfindung sind
nicht sämtliche
vorstehend beschriebenen Merkmale unbedingt erforderlich. Das heißt die Erfindung
kann auch in einer Subkombination der beschriebenen Merkmale sitzen.
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Die Aufgabe der Erfindung und weitere
Merkmale und Vorteile gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen deutlicher hervor, in denen gleiche Bezugszeichen zum
Wiedergeben von gleichen Elementen verwendet sind.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Dieselmotorsystems, bei dem
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung angewandt ist.
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2 zeigt
eine Schnittansicht eines in 1 gezeigten
Turboladers der Art mit variablem Leistungsvermögen.
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Die 3A und 3B zeigen Schnittansichten eines
Variabel-Düsen-Mechanismus
des in 2 gezeigten Turboladers.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines Antriebssystems des in den 3A und 3B gezeigten Variabel-Düsen-Mechanismus.
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5 zeigt
eine Blockdarstellung des elektrischen Aufbaus des in 1 gezeigten Motorsystems.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm einer Motorsteuerroutine, die während eines
Motorleerlaufes ausgeführt
wird.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm einer Turboladeranormalitätsbestimmungsroutine.
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8 zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge QFIN
und der Düsenflügelöffnung.
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9 zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Düsenbetriebsverhältnisbefehlswert
VNduty und dem Unterdruck in einer Unterdruckkammer.
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10 zeigt
ein Flussdiagramm einer Fehlermodusroutine.
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11 zeigt
ein Flussdiagramm einer Normalvorgangsroutine.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zum Bestimmen einer Anormalität bei einem Turbolader der
Art mit variablem Leistungsvermögen
der vorliegenden Erfindung ist nachstehend detailliert unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
den Aufbau eines Dieselmotors, der mit einem Turbolader der Art
mit variablem Leistungsvermögen
und mit einem Einlasssystem und einem Auslasssystem ausgerüstet ist.
Bei einem Dieselmotor 11 ist ein Kolben 12 für hin- und
hergehende Bewegungen in einem Zylinderblock 11a vorgesehen.
Der Kolben 12 ist durch eine Verbindungsstange 13 mit
einer Kurbelwelle (Ausgabewelle) 14 verbunden, die in einem
unteren Abschnitt des Dieselmotors 11 vorgesehen ist. Hin-
und hergehende Bewegungen des Kolbens 12 werden in eine
Drehbewegung der Kurbelwelle 14 durch die Verbindungsstange 13 umgewandelt.
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Ein Signalrotor 15 ist an
der Kurbelwelle 14 angebracht. Eine Vielzahl an Vorsprüngen 15a ist
an der Außenumfangsfläche des Signalrotors 15 unter gleichem
Winkel um eine Achse der Kurbelwelle 14 ausgebildet. An
einer Seite des Signalrotors 15 ist ein Kurbelpositionssensor 16 vorgesehen,
der die Vorsprünge 15a erfasst
und ein Erfassungssignal ausgibt. Wenn die Kurbelwelle 14 dreht,
treten die Vorsprünge 15a des
Signalrotors 15 fortlaufend an dem Kurbelpositionssensor 16 vorbei.
Gleichzeitig gibt der Kurbelpositionssensor 16 ein Impulserfassungssignal
entsprechend jedem Vorsprung 15a aus, der vorbeitritt.
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Ein Zylinderkopf 17 ist
an einem oberen Ende des Zylinderblockes 11a angeordnet.
Eine Innenumfangsfläche
des Zylinderkopfes 17 und eine obere Endfläche des
Kolbens 12 definieren eine Verbrennungskammer 18.
Der Zylinderkopf 17 ist mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 18a zum
Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 18 versehen. Der
Zylinderkopf 17 hat eine Einlassöffnung 19 und eine
Auslassöffnung 20,
die mit der Verbrennungskammer 18 verbunden sind. Die Einlassöffnung 19 und
die Auslassöffnung 20 sind
mit einem Einlassventil 21 beziehungsweise einem Auslassventil 22 versehen.
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Eine Einlassnockenwelle 23 und
eine Auslassnockenwelle 24 zum Öffnen und Schließen des Einlassventils 21 beziehungsweise
des Auslassventils 22 sind in oberen Abschnitten des Zylinderkopfes 17 vorgesehen.
Die Einlassnockenwelle und die Auslassnockenwelle 23 und 24 sind
mit der Kurbelwelle 14 durch einen (nicht gezeigten) Steuerriemenantrieb
verbunden. Durch eine Drehung der Einlassnockenwelle 23 in Übereinstimmung
mit einer Drehung der Kurbelwelle 14 wird das Einlassventil 21 so
geöffnet
und geschlossen, dass die Einlassöffnung 19 mit der
Verbrennungskammer 18 in Verbindung steht und von dieser
getrennt wird. In ähnlicher
Weise wird das Auslassventil 22 durch eine Drehung der
Auslassnockenwelle 24 so geöffnet und geschlossen, dass
die Auslassöffnung 20 mit
der Verbrennungskammer 18 in Verbindung steht beziehungsweise von
dieser getrennt wird.
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Ein Einlassrohr 30 und ein
Auslassrohr 31 sind mit der Einlassöffnung 19 beziehungsweise
der Auslassöffnung 20 verbunden.
Die Einlassöffnung 19 und
das Einlassrohr 30 definieren in ihnen einen Einlasskanal 32.
In ähnlicher
Weise definieren die Auslassöffnung 20 und
das Auslassrohr 31 in ihnen einen Auslasskanal 33.
Der Einlasskanal 32 ist an einem stromaufwärtigen Abschnitt
von ihm mit einem Turbolader 35 verbunden. Der Auslasskanal 33 ist
an einem stromabwärtigen
Abschnitt von ihm mit dem Turbolader 35 verbunden. Der
Turbolader 35 hat ein Kompressorrad 36 zum Komprimieren
und Ausgeben von Luft stromabwärtig
durch den Einlasskanal 32 und ein Turbinenrad 37,
das durch das Abgas angetrieben wird, das durch den Abgaskanal 33 strömt. Das
Kompressorrad 36 und das Turbinenrad 37 sind durch
eine Rotorwelle 38 so verbunden, dass sich die Räder 36 und 37 gemeinsam
drehen.
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Der Abgaskanal 33 ist mit
einem Abgasschieber 51 versehen, der die stromaufwärtige Seite und
die stromabwärtige
Seite des Turbinenrades 37 in Verbindung hält. Die
stromaufwärtige Öffnung des Abgasschiebers 51 ist
mit einem Abgasschieberventil 52 versehen, das durch ein
Ventilbetätigungsglied 53 geöffnet und
geschlossen wird. Durch das Öffnen und
Schließen
des Abgasschieberventils 52 werden die stromaufwärtige Seite
und die stromabwärtige Seite
des Turbinenrades 37 in dem Abgaskanal 33 miteinander
verbunden und voneinander getrennt. Wenn das Abgasschieberventil 52 geöffnet wird, strömt ein Abschnitt
des Abgases, das durch den Abgaskanal 33 strömt, durch
den Abgasschieber 51, wobei es an dem Turbinenrad 37 vorbeitritt,
so dass die zu dem Turbinenrad 37 geblasene Menge an Abgas
abnimmt.
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Der Einlasskanal 32 ist
mit einem Drucksensor 30a versehen. Der Drucksensor 30a erfasst
den Druck der Luft im Inneren des Einlasskanals 32, das heißt den Aufladedruck
und gibt zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 92 ein
Signal aus, das diesem erfassten Druck entspricht.
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Die Kurbelwelle 14 des Dieselmotors 11 ist außerdem mit
einer Antriebswelle 41a einer Kraftstoffeinspritzpumpe 41 antriebsverbunden.
Die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 ist mit der Kraftstoffeinspritzdüse 18a über eine
Kraftstoffleitung 42 verbunden. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 wird
durch eine Umdrehung angetrieben, die von der Kurbelwelle 14 zu der
Antriebswelle 41a übertragen
wird. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 saugt Kraftstoff
aus einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank und beaufschlagt den
Kraftstoff mit Druck und spritzt den Kraftstoff zu der Kraftstoffeinspritzdüse 18a aus.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 18a wird
durch den Druck des Kraftstoffes angetrieben, der durch die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 zu dieser
abgegeben wird, um so den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 18 einzuspritzen.
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Die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 hat
des Weiteren ein elektromagnetisches Überlaufventil 43 zum Einstellen
der Menge an Kraftstoff, die zu der Kraftstoffeinspritzdüse 18a abgegeben
wird, und eine Zeitgliedvorrichtung 44 zum Einstellen der
Kraftstoffabgabestartzeit. Durch das Einstellen des elektromagnetischen Überlaufventils 43 und
des Zeitgliedes 44 ist es möglich, die Menge an Kraftstoff,
die in die Verbrennungskammer 18 eingespritzt wird, und
die Kraftstoffeinspritzzeit einzustellen.
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Ein Gaspedal 34 ist mit
einem Gaspedalsensor 34a versehen, der den Betrag des Niederdrückens des
Gaspedals 34 erfasst. Der Gaspedalsensor 34a gibt
zu der ECU 92 ein Erfassungssignal aus, das dem erfassten
Niederdrückbetrag
des Gaspedals 34 entspricht.
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Von der Verbrennungskammer 18 abgegebenes
Abgas strömt
durch den Abgaskanal 33 und schlägt an dem Turbinenrad 37 des
Turboladers 35 auf. Das Blasen des Abgases lässt das
Turbinenrad 37 drehen. Die Drehung wird von dem Turbinenrad 37 zu
dem Kompressorrad 36 durch die Rotorwelle 38 übertragen,
wodurch das Kompressorrad 36 gedreht wird. Wenn das Kompressorrad 36 somit
gedreht wird, wird Luft verdichtet und zwangsweise stromabwärtig durch
den Einlasskanal 32 befördert. Daher
nimmt die Menge an Luft, die in die Verbrennungskammer 18 strömt, zu.
Wenn die Menge an Luft in der Verbrennungskammer 18 zunimmt,
nimmt die Menge an Kraftstoff, der in der Verbrennungskammer 18 verbrennbar
ist, ebenfalls zu. Daher wird es möglich, die Einstellung so auszuführen, dass
die Menge an Kraftstoff, die von der Kraftstoffeinspritzdüse 18a in
die Verbrennungskammer 18 eingespritzt wird, erhöht wird.
In dieser Weise nimmt die Effizienz beim Aufladen der Verbrennungskammer 18 mit Kraftstoff
zu, so dass die Abgabeleistung des Dieselmotors 11 erhöht werden
kann.
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Ein spezifischer Aufbau des Turboladers 35 ist
nachstehend detailliert beschrieben.
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2 zeigt
den Aufbau des Turboladers 35 in einer Seitenschnittansicht.
Der Turbolader 35 hat ein Mittelgehäuse 61, ein Kompressorgehäuse 62 und
ein Turbinengehäuse 63.
Das Mittelgehäuse 61 stützt die
Rotorwelle 38 derart, dass die Rotorwelle 38 um ihre Achse
drehbar ist. Die Rotorwelle 38 ist an einem Ende von ihr
(das rechte Ende in 2)
mit dem Kompressorrad 36 verbunden, das eine Vielzahl an
Flügeln
oder Schaufeln 36a hat, und an dem anderen Ende (das linke
Ende in 2) von ihr mit
dem Turbinenrad 37, das eine Vielzahl an Schaufeln oder Flügeln 37a hat.
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Das Kompressorgehäuse 62 ist mit einem Ende
des Mittelgehäuses 61 in
einer derartigen Weise verbunden, dass der Außenumfang des Kompressorrades 36 umgeben
ist. Das Kompressorgehäuse 62 hat
eine Einlassöffnung 62a an
einer Seite von ihm, die von dem Mittelgehäuse 61 entgegengesetzt ist.
Die Einlassöffnung 62 hat
eine im Allgemeinen kreisartige Querschnittsform, wobei ihre Mitte
die Achse der Rotorwelle 38 ist. Luft wird in das Kompressorgehäuse 62 durch
die Einlassöffnung 62a eingeleitet.
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In dem Kompressorgehäuse 62 ist
ein Spiralkompressorkanal 64 definiert, der sich um den
Umfang des Kompressorrades 36 herum erstreckt. Der Kompressorkanal 64 steht
mit dem Einlasskanal 32 in Verbindung. Luft wird durch
die Einlassöffnung 62a eingeleitet
und zwangsweise zu der Verbrennungskammer 18 durch den
Einlasskanal 32 durch die Drehung des Kompressorrades 36 nach
außen
befördert.
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Das Turbinengehäuse 63 ist mit dem
anderen Seitenende des Mittelgehäuses 61 in
einer derartigen Weise verbunden, dass es den Außenumfang des Turbinenrades 37 umgibt.
Das Turbinengehäuse 63 definiert
in ihm einen Schneckenkanal 66, der sich in einer Spiralform
um den Außenumfang
des Turbinenrades 37 herum erstreckt. Der Schneckenkanal 66 steht
mit dem Abgaskanal 33 in Verbindung. Von der Verbrennungskammer 18 abgegebenes
Abgas wird in den Schneckenkanal 66 durch den Abgaskanal 33 eingeleitet.
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In dem Schneckenkanal 66 ist
radial ein Abgaskanal 67 ausgebildet, um Abgas von dem
Schneckenkanal 66 zu dem Turbinenrad 37 zu leiten.
Durch den Abgaskanal 67 geleitetes Abgas wird zu den Flügeln 37a des
Turbinenrades 37 so geblasen, dass das Turbinenrad 37 um
die Achse der Drehwelle 38 gedreht wird. Nach dem Aufschlagen
an dem Turbinenrad 37 wird das Abgas zu einem katalytischen Wandler
durch einen Abgasauslass 63a herausgeleitet, der an einer
Seite des Turbinengehäuses 63 ausgebildet
ist, die zu dem Mittelgehäuse 61 entgegengesetzt
ist.
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Ein Variabel-Düsen-Mechanismus 71,
der die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases variabel steuert, das zu dem Turbinenrad 37 durch
den Abgaskanal 67 geblasen wird, ist nachstehend beschrieben.
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Die 3A und 3B zeigen den Aufbau des Variabel-Düsen-Mechanismus 71 in
einer Seitenschnittansicht und in einer Schnittansicht von vorne. Der
Variabel-Düsen-Mechanismus 71 ist sandwichartig
zwischen dem Mittelgehäuse 61 und
dem Turbinengehäuse 63 angeordnet.
Wie dies in 3A gezeigt
ist, hat der Variabel-Düsen-Mechanismus 71 eine
ringförmige
Düsenrückplatte 72.
Die Düsenrückplatte 72 ist
mit einer Vielzahl an Wellen 73 versehen, die unter gleichem
Winkel um die Mitte der ringförmigen
Düsenrückplatte 72 angeordnet
sind. Die Wellen 73 erstrecken sich durch die Düsenrückplatte 72 in der
Richtung ihrer Dicke und sind durch die Düsenrückplatte 72 drehbar
gestützt.
Ein Düsenflügel 74 ist an
einem Ende von jeder Welle 73 (die linke Seite von dieser
in 3A) befestigt. An
dem anderen Ende von jeder Welle 73 ist ein Öffnungs-Schließ-Hebel 75 angeordnet,
der sich von der Welle 73 zu dem Außenumfang der Düsenrückplatte 72 erstreckt.
Ein entfernter Endabschnitt von jedem Öffnungs-Schließ-Hebel 75 ist
zu einem Paar an Halteabschnitten 75a gabelartig verzweigt.
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Eine Ringplatte 26 ist zwischen
der Düsenrückplatte 72 und
den Öffnungs-Schließ-Hebeln 75 vorgesehen.
Die Ringplatte 76 ist um ihre Kreismitte beweglich. Die
Ringplatte 76 ist mit einer Vielzahl an Zapfen 77 versehen,
die unter gleichem Winkel um die Kreismitte der Ringplatte 76 herum
angeordnet sind. Jeder Zapfen 77 ist zwischen den Halteabschnitten 75a des
entsprechenden Öffnungs-Schließ-Hebels 75 angeordnet
und stützt
den Öffnungs-Schließ-Hebel 75 in
drehbarer Weise.
-
Wenn die Ringplatte 76 um ihre Kreismitte gedreht
wird, drückt
jeder Zapfen 77 den entsprechenden Halteabschnitt 75a in
der Drehrichtung, so dass der Öffnungs-Schließ-Hebel 75 die
entsprechende Welle 73 dreht. Wenn sich jede Welle 73 dreht,
wird der entsprechende Düsenflügel 74 um
die Achse der Welle 73 gedreht. In dieser Weise dreht der
variable Düsenmechanismus
synchron die Düsenflügel 74 so,
dass die Größe der Zwischenräume zwischen
benachbarten Düsenflügeln 74 eingestellt wird.
-
Der variable Düsenmechanismus 71 ist
in einer in 2 gezeigten
Weise fixiert, indem die Düsenrückplatte 72 an
dem Turbinengehäuse 63 durch (nicht
gezeigte) Schrauben befestigt ist. Wenn der variable Düsenmechanismus 71 somit
fixiert ist, sind die Düsenflügel 74 in
dem Abgaskanal 67 angeordnet.
-
Ein Antriebszapfen 86 ist
an einem Außenumfangsrandabschnitt
der Ringplatte 76 angeordnet. Der Antriebszapfen 86 erstreckt
sich parallel zu der Drehachse der Ringplatte 76. Der Antriebszapfen 86 ist
mit einem Antriebsmechanismus 82 zum Antreiben des variablen
Düsenmechanismus 71 verbunden.
-
Der Antriebsmechanismus 82 hat
eine Stützwelle 83,
die durch das Mittelgehäuse 61 drehbar
gestützt
ist. Ein Antriebshebel 84 ist an einem Ende der Stützwelle 83 (das
Ende an der linken Seite der 2)
fixiert. Das entfernte Ende des Antriebshebels 84 ist mit
dem Antriebszapfen 86 drehbar verbunden.
-
Das andere Ende (das Ende an der
rechten Seite in 2)
der Stützwelle 63 ist
an einem Betätigungsstück 85 fixiert,
das an einem Betätigungslid 84 verbunden
ist. Wenn das Betätigungsstück 84 durch Antreiben
des Betätigungsgliedes 87 betätigt wird, wird
die Stützwelle 83 gedreht.
Zusammen mit der Stützwelle 83 wird
der Antriebshebel 84 um die Achse der Stützwelle 83 gedreht.
Als ein Ergebnis drückt der
Antriebshebel 84 den Zapfen 86 so, dass die Ringplatte 76 um
ihre Drehachse gedreht wird. Indem die Ringplatte 76 in
dieser Weise gedreht wird, werden die Düsenflügel 74 betätigt, um
zu öffnen
und zu schließen
d. h. die durch die Düsenflügel 74 definierte
Düsenöffnung wird
erweitert und verkleinert.
-
Indem die Düsenflügel 74 in der Schließrichtung
oder Öffnungsrichtung
gedreht werden, wird die Strömungsgeschwindigkeit
des zu dem Turbinenrad 37 geblasenen Abgases verändert, so
dass die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades 37, der
Rotorwelle 38 und des Kompressorrades 36 sich ändert. Eine Änderung
der Drehgeschwindigkeit ändert
die Strömungsrate
der durch das Kompressorrad 36 ausgegebenen Luft.
-
Dadurch ist es, indem die Position
der Düsenflügel 74 in
der Öffnungsrichtung
oder Schließrichtung
gesteuert wird, möglich,
die Menge an Luft einzustellen, die in die Verbrennungskammer 18 aufgeladen
wird.
-
Nachstehend ist das Betätigungsglied 87 zum
Antreiben des Antriebsmechanismus 82 und eine Antriebsvorrichtung
zum Antreiben des Betätigungsgliedes 87 beschrieben.
-
4 zeigt
in schematischer Weise den Aufbau des Betätigungsgliedes 87 und
seiner Antriebsvorrichtung. Der Innenraum des Betätigungsgliedes 87 ist
in eine Unterdruckkammer 87a und eine Umgebungsdruckkammer 87b durch
eine Membran 88 getrennt. Eine Schraubenfeder 88a ist
in der Unterdruckkammer 87a, zum Zwecke des Zusammenziehens
und Ausdehnens in den Richtungen, die im Wesentlichen senkrecht
zu der Membran 88 sind, angeordnet. Ein Unterdruckkanal 89 ist
mit der Unterdruckkammer 87a verbunden. Die Umgebungsdruckkammer 87b steht
mit der Außenseite
des Betätigungsgliedes 87 in
Verbindung, so dass der Druck im Inneren der Umgebungsdruckkammer 87b mit
dem Umgebungsdruck oder dem umgebenden Luftdruck gleich ist.
-
Die Membran 88 ist mit einem
Stab 88b versehen, der sich in der Richtung des Zusammenziehens
und Ausdehnens der Schraubenfeder 80a erstreckt und von
dem Betätigungsglied 87 vorragt.
Der Stab 88b ist mit dem Betätigungsstück 85 (siehe 2) des Antriebsmechanismus
82 zum Öffnen und
Schließen
der Düsenflügel 74 verbunden.
-
Der Unterdruckkanal 89 ist
mit einer Unterdruckpumpe 91 verbunden, die mit der Kurbelwelle 14 des
Dieselmotors 11 antriebsverbunden ist. Die Unterdruckpumpe 91 saugt
Luft von dem Unterdruckkanal 89 derart, dass der Unterdruck
in dem Unterdruckkanal 89 zu einem konstanten Wert wird.
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Ein elektrisches Unterdruckregulierventil (EVRV) 90 ist
an einem Teil des Weges des Unterdruckkanals 89 vorgesehen.
Das EVRV 90 hat ein (nicht gezeigtes) elektromagnetisches
Solenoid. Der zu dem elektromagnetischen Solenoid gelieferte Strom
wird durch die ECU 92 so taktgesteuert oder zyklusgesteuert,
dass die Ventilöffnung
des EVRV 90 eingestellt wird.
-
Wenn die Öffnung des EVRV 90 eingestellt wird,
wird die Menge an von der Unterdruckkammer 87a zu der Unterdruckpumpe 91 gesaugten
Luft so eingestellt, dass eine Differenz zwischen dem Druck in der
Unterdruckkammer 87a und dem Druck in der Umgebungsdruckkammer 87b auftritt.
Die Membran 88 wird dann zu einer Position versetzt, bei
der der Druckunterschied über
die Membran 88 die Federkraft der Schraubenfeder 88a ausgleicht.
Durch das Versetzen der Membran 88 wird der Betrag des
Vorragens des mit der Membran 88 verbundenen Stabes 88b in
geeigneter Weise geändert.
Als ein Ergebnis wird die Öffnung,
die durch die Düsenflügel 74 bei dem
Turbolader 35 ausgebildet wird, in geeigneter Weise eingestellt,
wodurch die Menge an Luft, die zwangsweise in die Verbrennungskammer 18 (1) durch den Turbolader 35 befördert wird,
d. h. der Druck der in die Verbrennungskammer 18 aufgeladenen
Luft, in geeigneter Weise eingestellt wird.
-
Der elektrische Aufbau des Dieselmotors 11 gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
-
Die Düsenöffnungssteuervorrichtung umfasst
die ECU 92 zum Steuern von verschiedenen Betriebszuständen des
Dieselmotors 11 wie bspw. die Kraftstoffeinspritzzeit,
die einzuspritzende Kraftstoffmenge (Kraftstoffeinspritzmenge),
die Leerlaufdrehzahl und dergleichen. Die ECU 92 ist als
eine Logikeinheit ausgebildet, die mit einem ROM 93, einer CPU 94,
einem RAM 95, einem Sicherungs-RAM 96 und dergleichen
ausgerüstet
ist.
-
Der ROM 93 ist ein Speicher,
in dem verschiedene Steuerprogramme, Tabellen, auf die zum Ausführen der
verschiedenen Steuerprogramme Bezug genommen wird, und dergleichen
gespeichert sind. Die CPU 94 führt Vorgänge auf der Grundlage der verschiedenen
Steuerprogramme und Tabellen aus, die in dem ROM 93 gespeichert
sind. Der RAM 95 ist ein Speicher zum vorübergehenden
Speichern von Ergebnissen der Vorgänge durch die CPU 94, Daten,
die von verschiedenen Sensoren eingegeben werden, und dergleichen.
Der Sicherungs-RAM 96 ist ein nicht flüchtiger Speicher zum Speichern
von Daten, die vorübergehend
gehalten werden müssen, während der
Dieselmotor 11 angehalten ist. Der ROM 93, die
CPU 94, der RAM 95 und der Sicherungs-RAM 96 sind
durch Busse 97 miteinander verbunden und sie sind außerdem mit
einer externen Eingabeschaltung 98 und einer externen Ausgabeschaltung 99 durch
die Busse 97 verbunden.
-
Die externe Eingabeschaltung 98 ist
mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen wie bspw. der Kurbelpositionssensor 16,
der Gaspedalsensor 34a, der Drucksensor 30a und
dergleichen verbunden, um verschiedene Betriebszustände des
Dieselmotors 11 zu erfassen. Die externe Ausgabeschaltung 99 ist
mit dem Ventilbetätigungsglied 53,
dem elektromagnetischen Überlaufventil 43,
der Zeitgliedvorrichtung 44, der EVRV 90 und einer
Warnlampe 100 verbunden. Die Warnlampe 100 ist
an der Seite des Fahrersitzes vorgesehen. Wenn die Schließanormalität der Düsenflügel 74 auftritt,
wird die Warnlampe eingeschaltet, um den Fahrer über das Auftreten einer Schließanormalität zu informieren.
-
Die in der vorstehend beschrieben
Weise aufgebaute ECU 92 berechnet eine Motordrehzahl NE
und einen Kurbelwinkel auf der Grundlage der Erfassungssignale von
dem Kurbelpositionssensor 16 und einem Nockenpositionssensor
(nicht gezeigt) und berechnet einen Zielwert der Kraftstoffeinspritzzeit
auf der Grundlage der Motordrehzahl NE und des Kurbelwinkels. Die
ECU 92 erfasst den Niederdrückbetrag des Gaspedals 34 auf
der Grundlage des Erfassungssignals von dem Gaspedalsensor 34a und berechnet
einen Kraftstoffeinspritzmengenbefehlswert auf der Grundlage des
Niederdrückbetrags
der Motordrehzahl NE. Auf der Grundlage des Kraftstoffeinspritzmengenbefehlswertes
und des Kraftstoffeinspritzzeitzielwertes, die gemäß der vorgeschriebenen
Art und Weise berechnet werden, treibt die ECU 92 das elektromagnetische Überlaufventil 43 und
das Zeitglied 44 an und steuert diese. Daher wird die Menge
an Kraftstoff entsprechend dem Kraftstoffeinspritzmengenbefehlswerte
eingespritzt und wird die Kraftstoffeinspritzzeit näher zu dem
Kraftstoffeinspritzzeitzielwert eingestellt. Indem die Kraftstoffeinspritzmenge
und die Kraftstoffeinspritzzeit in dieser Weise gesteuert werden,
ist es möglich,
günstige
Betriebsbedingungen des Dieselmotors 11 zu erzielen.
-
Nachstehend ist die Variabel-Leistungsvermögen-Steuerung
des Turbolader 35 beschrieben, die durch die ECU 92 ausgeführt wird.
-
Die ECU 92 berechnet einen
Zielwert des Aufladedrucks, der durch den Turbolader 35 erreicht wird,
auf der Grundlage der Motordrehzahl NE, der Kraftstoffeinspritzmenge
und dergleichen. Die ECU 92 vergleicht den Aufladedruckzielwert
mit dem tatsächlichen
Aufladedruck, der durch den Drucksensor 30a erfasst wird,
und stellt einen Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty ein, das zu dem EVRV 90 ausgegeben wird. Auf der
Grundlage des Düsenzyklusverhältnisbefehlswertes
VNduty ändert
die ECU 92 die Öffnung
des EVRV 90. Wenn bei dem EVRV 90 seine Ventilöffnung verändert wird,
wird das Betätigungsglied 87 so
angetrieben, dass die Düsenflügel 74 in
der Öffnungsrichtung
oder Schließrichtung
betätigt
werden.
-
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel
der Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty zunimmt, vergrößert sich
die Düsenflügelöffnung.
Dieses Ausführungsbeispiel
ist auf ein im Allgemeinen normales geschlossenes System gegründet, bei
dem, wenn der Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty null % beträgt, die
Düsenflügel 74 vollständig geschlossen sind,
und bei dem, wenn der Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty 100 beträgt,
die Düsenflügel 74 vollständig geöffnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird bei normalen Motorbetriebsbedingungen die Düsenflügelöffnung innerhalb des Bereichs des
des Düsenzyklusverhältnisbefehlswertes
VNduty von 30% bis 70% gesteuert.
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Nachstehend ist ein Anormalitätsbestimmungsverfahren
für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen und ein Motorsteuerverfahren
gemäß dem Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Die Motorsteuerung wird zum Zeitpunkt
des Leerlaufs ausgeführt,
d. h. wenn der Dieselmotor 11 im Leerlauf ist, wobei der
Niederdrückbetrag
des Gaspedals 34 bei null bleibt. Die während des Leerlaufsausgeführte Motorsteuerung
ist unter Bezugnahme auf das in 6 gezeigte
Flussdiagramm beschrieben. Die in 6 gezeigte
Routine wird durch die ECU 92 während des Leerlaufs ausgeführt.
-
Bei dieser Routine gibt die EU 92 einen
Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty von 70% zu dem EVRV 90 bei Schritt S100 aus. Auf
der Grundlage des Düsenzyklusverhältnisbefehlswertes
VNduty wird die Öffnung
der Düsenflügel 74 des
Turboladers 35 so eingestellt, dass die Öffnung zu
der maximalen Öffnung
(70%) während
der Zeit des normalen Motorbetriebes wird.
-
Anschließend erfasst bei Schritt S101
die ECU 92 eine Motordrehzahl NE auf der Grundlage des
Erfassungssignals von dem Kurbelpositionssensor 16.
-
Bei dem Schritt S102 vergleicht die
ECU 92 die Motordrehzahl NE die bei Schritt S101 erfasst worden
ist, mit einer vorbestimmten Motordrehzahl α, die für den Leerlaufbetrieb voreingestellt
ist. Die vorbestimmte Drehzahl α wird
auf eine Drehzahl voreingestellt, bei der der Dieselmotor 11 stabil
betrieben werden kann und das Fahrzeug gleichmäßig davonfahren kann, wenn
das Gaspedal 34 niedergedrückt ist.
-
Genauer gesagt nimmt die vorbestimmte Drehzahl α verschiedene
Werte in Übereinstimmung mit
den Motorbetriebsbedingungen ein. Bspw. wenn die Klimaanlage in
Betrieb ist, wird die vorbestimmte Drehzahl α erhöht. D. h. eine sogenannte Leerlaufsteuerung
(idle-up control) kann ausgeführt
werden. Im Falle eines mit einem Automatikgetriebe ausgerüsteten Fahrzeugs
werden verschiedene vorbestimmte Drehzahlen α für den neutralen Bereich und für den Antriebsbereich
eingestellt. Darüber
hinaus ist es möglich,
die für
den Leerlauf eingestellte Motordrehzahl in Übereinstimmung mit verschiedenen
Bedingungen wie bspw. dem Umgebungsluftdruck, der Motortemperatur
und dergleichen zu ändern.
Jedoch wird bei der vorliegenden Beschreibung angenommen, dass die
vorbestimmte Drehzahl α stets
konstant ist.
-
Wenn der Vergleich bei dem Schritt
S102 bestimmt, dass die Motordrehzahl NE nicht gleich der vorbestimmten
Drehzahl α ist,
führt die
ECU 92 den Ablauf bei Schritt S103 aus. Bei dem Schritt
S103 stellt die ECU 92 die einzuspritzende Kraftstoffmenge (Kraftstoffeinspritzmenge)
QFIN so ein, dass die Motordrehzahl NE sich der vorbestimmten Drehzahl α nähert. Nachdem
somit die Kraftstoffeinspritzmenge QFIN eingestellt ist, kehrt die
ECU 92 zu Schritt S101 zurück, bei dem eine Motordrehzahl
NE erneut erfasst wird.
-
Durch ein Wiederholen der Schritte
S101, S102 und S103 stellt die ECU 92 die Motordrehzahl NE
auf die vorbestimmte Drehzahl α ein.
Wenn bei Schritt S102 bestimmt worden ist, dass die Motordrehzahl
NE zugestimmten Drehzahl α gleich
ist, geht die ECU 92 zu einer Turboladeranormalitätsbestimmungsroutine
weiter.
-
Die Turboladeranormalitätsbestimmungsroutine
ist nachstehend unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Flussdiagramm beschrieben.
-
Wenn der Dieselmotor 11 angehalten
wird, werden die Düsenflügel 74 vollständig geschlossen. Es
kann ein Fall auftreten, bei dem die Düsenflügel 74 oder ein bewegliches
Element bei dem Mechanismus zum Einstellen der Öffnung der Düsenflügel 74 hängenbleibt
(fixiert wird), so dass es unmöglich
wird, die Öffnungsdüsenflügel 74 einzustellen.
Bei der in 7 gezeigten
Routine wird bestimmt, ob die Düsenflügel 74 in
einem Zustand sind, bei dem eine Öffnungseinstellung unmöglich ist.
-
Bei der Anormalitätsbestimmungsroutine erzielt
die ECU 92 eine gegenwärtige
Kraftstoffeinspritzmenge QFIN, die von dem Kraftstoffeinspritzmengenbefehlswert
und dergleichen bei Schritt S200 berechnet wird. Anschließend erhält die ECU 92 bei Schritt
S201 eine Referenzkraftstoffeinspritzmenge QPRE von dem RAM 95 oder
dem Sicherungs-RAM 96. Die Referenzkraftstoffeinspritzmenge
QPRE ist die Kraftstoffeinspritzmenge QFIN, die gespeichert wurde,
nachdem der normale Betrieb des Turboladers während des vorherigen Ausführens der
Routine bestätigt
wurde. Dieser Speichervorgang wird bei Schritt S400 bei einer Normalablaufroutine
ausgeführt,
die nachstehend beschrieben ist.
-
Anschließend bestimmt bei Schritt S202
die ECU 92, ob die Differenz zwischen der gegenwärtigen Kraftstoffeinspritzmenge
QFIN und der Referenzkraftstoffeinspritzmenge QERE gleich wie oder größer als
ein voreingestellter Kriteriumswert β ist.
-
Die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge
QFIN und der Düsenflügelöffnung während des
Leerlaufs ist nachstehend beschrieben. Wenn der Dieselmotor 11 bei
einer geringen Drehzahl und bei einer geringen Last bspw. während des Leerlaufs
betrieben wird, kann im Wesentlichen kein Aufladeeffekt durch den
Turbolader 35 erwartet werden. Wenn die Düsenflügelöffnung in
diesem Fall verringert wird, nimmt der Strömungswiderstand gegenüber dem
an den Düsenflügeln 74 vorbeitretenden
Abgas zu, so dass der Druck in dem Abgaskanal 32d. h. der
Gegendruck zunimmt. Wenn der Gegendruck zunimmt, nimmt der Pumpverlust
während
des Abgabehubs des Dieselmotors 11 zu und daher nimmt die
Motordrehzahl NE ab. Folglich muß, um die Motordrehzahl NE
auf die vorbestimmte Drehzahl α einzustellen,
wenn die Düsenflügelöffnung gering ist,
die ECU 92 eine derartige Einstellung ausführen, dass
die Kraftstoffeinspritzmenge QFIN größer als jene bei einem normalen
Zustand wird.
-
8 zeigt
eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Düsenflügelöffnung und
der Kraftstoffeinspritzmenge QFIN, die benötigt wird, um die Motordrehzahl
NE auf die vorbestimmte Drehzahl α einzustellen.
Wie dies in der grafischen Darstellung gezeigt ist, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge
QFIN während
des Leerlaufs monoton zu, wenn die Düsenflügelöffnung abnimmt. Daher ist es
möglich,
eine Düsenflügelöffnung von
der benötigten
Kraftstoffeinspritzmenge AFIN abzuschätzen. Jedoch schwankt die erforderliche
Kraftstoffeinspritzmenge QFIN in gewissem Maße in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen,
wie bspw. die Motortemperatur, der Umgebungsdruck und dgl. Daher
wird der Kriteriumswert β so
eingestellt, dass bestimmt werden kann, ob die Düsenflügel 74 bei einem vorbestimmten Öffnungsgrad
sind, wobei dies im Hinblick auf die Schwankung in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen geschieht.
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Wenn daher bei der in 7 gezeigten Anormalitätsroutine
die Differenz zwischen der gegenwärtigen Kraftstoffeinspritzmenge
QFIN und der Referenzkraftstoffeinspritzmenge QPRE gleich wie oder größer als
der Kriteriumswert β ist,
wird bestimmt, dass die Düsenflügel 74 nicht
auf den vorbestimmten Öffnungsgrad
geöffnet
sind. Die ECU 92 geht dann zu Schritt S203 weiter. Wenn
die Differenz geringer als der Kriteriumswert β ist, wird bestimmt, dass die Düsenflügel 74 normal
arbeiten. Dann geht die ECU 92 zu der Normalablaufroutine
weiter.
-
Wenn bei Schritt S202 bestimmt wird,
dass die Anormalität
bei geschlossener Düse
aufgetreten ist, gibt die ECU 92 einen Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty von 100 zu dem EVRV 90 bei Schritt S203 aus. Bei
diesem Befehl wird das EVRV 90 gänzlich geöffnet, wodurch der Unterdruck
in der Unterdruckkammer 87a des Betätigungsgliedes 87 zunimmt.
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9 zeigt
eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty und dem Unterdruck in der Unterdruckkammer 87a des
Betätigungsgliedes 87.
Wie dies in der grafischen Darstellung gezeigt ist, nimmt der Unterdruck
in der Unterdruckkammer 87a zu, wenn der Düsenzyklusverhältnisbefehlswert
VNduty zunimmt. Der Unterdruck wird zu einem maximalen Wert, wenn
der Befehlswert VNduty 100% beträgt. Da
das Betätigungsglied 87 die
Düsenflügel 74 auf der
Grundlage des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 87a betätigt, bewirkt
dieser Befehl (100%), dass die Düsenflügel 74 mit
der maximalen Kraft betätigt
werden.
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Der Vorgang bei dem Schritt S203
ist vorgesehen, da, wenn eine große Kraft zum Betätigen des Düsenflügels 74 verwendet
wird, die Düsenflügel 74 oder
ein zugehöriges
bewegliches Element aus dem angehefteten Zustand wahrscheinlich
freigegeben wird.
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Bei dem Vorgang der Schritte S204
bis S206 führt
die ECU 92 eine Steuerung aus, bei der die Motordrehzahl
NE auf die vorbestimmte Drehzahl α eingestellt
wird, während
die Kraftstoffeinspritzmenge QFIN eingestellt wird, wie bei dem
Prozess der Schritte S101 bis S103.
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Anschließend erhält bei Schritt S207 die ECU 92 eine
gegenwärtige
Kraftstoffeinspritzmenge QFIN in ähnlicher Weise wie bei dem
Ablauf des Schrittes S201. Bei Schritt S208 bestimmt die ECU 92,
ob eine Anormalität
bei dem Einstellen der Öffnung
der Düsenflügel 74 auf
der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge QFIN, die bei Schritt
S207 erhalten wird, aufgetreten ist in ähnlicher Weise wie bei dem
Ablauf des Schrittes S202. Wenn bei dem Schritt S208 bestimmt worden
ist, dass der Betrieb normal ist, bestimmt die ECU 92,
dass die Anormalität
bei dem Einstellen der Öffnung
der Düsenflügel 74 entfernt
worden ist. Dann kehrt die ECU 92 zu der Normalablaufroutine
zurück.
Wenn im Gegensatz dazu bestimmt wird, dass der Betrieb anormal ist, geht
die ECU 92 zu einer Fehlermodusroutine weiter, um einen
Betrieb auszuführen,
bei dem mit der Anormalität
bei dem Düsenflügelöffnungseinstellmechanismus
umgegangen wird.
-
Die Fehlermodusroutine ist nachstehend
unter Bezugnahme auf das in 10 gezeigte
Flussdiagramm beschrieben.
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Bei dem Schritt S300 setzt die ECU 92 eine Fehlermarke
FF auf "1" und zeichnet diese
in dem RAM 95 oder dem Sicherungs-RAM 96 auf.
Anschließend
schaltet bei Schritt S301 die ECU 92 die Warnlampe ein,
die an der Seite des Fahrersitzes vorgesehen ist, um den Fahrer über die
Anormalität
der Düsenflügel 74 zu
informieren.
-
Bei Schritt S3302 fixiert die ECU 92 einen Aufladedruckkoeffizienten
WQFP auf 0,8 und verringert die Kraftstoffeinspritzmenge.
-
Wenn Kraftstoff in die Verbrennungskammer 188 in
einem übermäßigen Verhältnis eingespritzt wird,
tritt eine unvollständige
Verbrennung bei dem Explosionshub des Dieselmotors 11 auf.
Wenn eine unvollständige
Verbrennung auftritt, enthält
das Abgas aus der Verbrennungskammer 18 große Mengen an
Partikel, wie bspw. Ruß,
unverbranntem Kraftstoff und dgl., so dass Rauch bei den Emissionen
von dem Abgaskanal 33 in die Umgebung auftritt. Jedoch
verringert das Einstellen des Aufladedruckkoeffizienten WQFP auf
einen relativ geringen Wert, wie bspw. 0,8, die Kraftstoffeinspritzmenge
während
des Betriebs. Indem die Kraftstoffeinspritzmenge verringert wird, kann
das Auftreten von Rauch verhindert werden oder erheblich verringert
werden.
-
Anschließend gibt bei Schritt S303
die ECU 92 ein Befehlssignal zu dem Ventilbetätigungsglied 53 so
aus, dass das Abgasschieberventil 52 vollständig geöffnet wird
und der vollständig
geöffnete
Zustand beibehalten wird. Zum Zeitpunkt einer Anormalität ist die Öffnung der
Düsenflügel 74 nicht
ausreichend groß,
so dass der Strömungswiderstand
gegenüber
dem durch das Turbinenrad 37 strömenden Abgas zunimmt. Wenn
das Abgasschieberventil 52 in einem derartigen Zustand
vollständig
geöffnet
ist, tritt ein größerer Teil
des Abgases in dem Abgaskanal 33 durch den Abgasschieber 51.
Indem eine gleichmäßige Abgasströmung in
dieser Weise errichtet wird, wird die Zunahme des Gegendrucks überprüft und verringert.
-
Durch diesen Vorgang werden die Nachteile, die
durch den Öffnungs-Schließ-Betriebsfehler
der Düsenflügel 74 bewirkt
werden, gesteuert. Daher ist, obwohl es sein kann, dass die verbesserte
Leistung durch den Aufladeeffekt nicht zu erwarten ist, das Fahrzeug
immer noch dazu in der Lage, mit einem Leistungsvermögen zu laufen,
das so gut ist wie bei einem Fahrzeug mit einem Motor mit normaler
Ansaugung. Danach geht die ECU 92 zu der Fehlermotorsteuerung
weiter, bei der der Motor gesteuert wird, während der Ablauf der Schritte
S302, S303 fortgesetzt wird.
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Die Normalvorgangsroutine, die ausgeführt wird,
wenn bestimmt wird, dass keine Anormalität bei Schritt S202 oder S208
bei der Anormalitätsbestimmungsroutine
auftritt, ist nachstehend unter Bezugnahme auf das in 11 gezeigte Flussdiagramm beschrieben.
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Bei dem Schritt S400 in 11 ersetzt die ECU 92 die
Referenzkraftstoffeinspritzmenge QPRE durch die gegenwärtige Kraftstoffeinspritzmenge QFIN.
Durch das in dieser Weise erfolgende Erneuern der Referenzkraftstoffeinspritzmenge
QPRE wird die Steuerung an Veränderungen
von den einzelnen Motoren, Änderungen über die
Zeit, Umgebungsanwendungsbedingungen und dgl. angepasst.
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Anschließend bestimmt bei Schritt S401
die ECU 92, ob die Fehlermarke FF bei "1" ist.
Wenn die Fehlermarke FF bei "0" ist, geht die ECU 92 sofort
zu der normalen Motorsteuerung weiter.
-
Wenn im Gegensatz dazu die Fehlermarke FF
bei "1" ist, bedeutet dies,
dass während
des vorherigen Betriebs des Dieselmotors 11 die Anormalität erfasst
wurde und die Motorsteuerung bei dem Fehlermodus ausgeführt wurde.
In diesem Fall wird erachtet, dass die Anormalität entfernt worden ist. Dann
schaltet die ECU 92 die Warnlampe 100 bei Schritt
S402 aus und setzt die Fehlermarke FF bei Schritt S405 auf "0". Danach geht der Vorgang der ECU 92 zu
der normalen Motorsteuerung weiter.
-
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
erzielt die folgenden Vorteile.
-
Das Ausführungsbeispiel kann bestimmen, ob
die Schließanormalität der Düsenflügel 74 aufgetreten
ist, ohne dass das Vorsehen einer Erfassungsvorrichtung zum direkten
Erfassen der Öffnung
der Düsenflügel 74 erforderlich
ist. Daher können
die Kosten verringert werden und der Geräteaufbau kann vereinfacht werden.
-
Das Ausführungsbeispiel kann außerdem bestimmen,
ob die Schließanormalität der Düsenflügel 74 aufgetreten
ist, selbst wenn die Menge an Einlassluft gering ist und die Differenz
bei der Öffnung der
Düsenflügel 74 keine
bedeutsame Differenz im Hinblick auf den Aufladedruck darstellt,
bspw. sogar während
des Leerlaufs.
-
Nachdem bestimmt worden ist, dass
die Schließdüsenanormalität aufgetreten
ist, gibt das Ausführungsbeispiel
einen Befehl zum zwangsweise erfolgenden Öffnen der Düsenflügel 74 zu einem vollständig geöffneten
Zustand aus und führt
dann die Anormalitätsbestimmung
erneut aus. In einigen Fällen
entfernt der "zwangsweise-gänzlich-offen"-Befehl die Anormalität. Bspw.
wenn die Öffnungseinstellung aufgrund
eines lediglichen Hängenbleibens
oder Fixierens der Düsenflügel 74 oder
dgl. unmöglich
geworden ist, können
die Düsenflügel 74 oder
dgl. zu einem normalen Zustand durch den vorstehend erwähnten Befehl
zurückgebracht
werden. Es ist außerdem
möglich,
die Häufigkeit
des Ausführens
des Fehlermodus oder des Einschaltens der Warnlampe 100 zu
verringern.
-
Während
des Fehlermodus wird die Kraftstoffeinspritzmenge verringert und
der Abgasschieber wird gänzlich
geöffnet.
Daher stellt das Ausführungsbeispiel
sicher, dass das Fahrzeug mit einem Leistungsvermögen fahren
kann, das so gut wie jenes eines Fahrzeugs mit einem Motor mit normaler Ansaugung
ist, selbst wenn die Schließdüsenanormalität aufgetreten
ist.
-
Das Betätigungsglied 87 betätigt die
Düsenflügel 74 in
einer derartigen Weise, dass die Düsenflügel 74 vollständig geschlossen
sind, wenn der Dieselmotor 11 angehalten wird, und die
Düsenflügel 74 gänzlich geöffnet (70%)
sind, wenn der Motor bei einer maximalen Leistung arbeitet. In einigen
Fällen entfernt
dieser Vorgang die Schließdüsenanormalität. Selbst
obwohl während
des vorherigen Motorbetriebs bestimmt wurde, dass die Anormalität aufgetreten
ist und der Fehlermodusvorgang ausgeführt wurde, bestimmt das Ausführungsbeispiel,
ob eine Anormalität
aufgetreten ist, wenn der Motor erneut gestartet wird. Wenn die
Anormalität
entfernt worden ist, kehrt das Ausführungsbeispiel sofort zu der
normalen Motorsteuerung zurück.
-
Das vorstehend erwähnte Ausführungsbeispiel
führt eine
Steuerung derart aus, dass die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten
Wert eingestellt wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge während des
Leerlaufs eingestellt wird, und dann die eingestellte Kraftstoffeinspritzmenge
als ein Parameter für die
Anormalitätsbestimmung
verwendet wird. Jedoch ist es ebenfalls möglich, die eingestellte Kraftstoffeinspritzmenge
als ein Parameter für
die Anormalitätsbestimmung
in Abhängigkeit
von dem Grad der Verringerung der Motordrehzahl zu verwenden.
-
Es ist ebenfalls möglich, als
einen Anormalitätsbestimmungsparameter
eine Betriebssteuerzustandsgröße oder
-eigenschaft zu verwenden, die sich bei Änderung der Motorabgabelast
in Bezug auf die Schließanormalität der Düsenflügel 74 ändert. Beispiele
einer derartigen Betriebssteuerzustandsgröße umfassen die Kraftstoffeinspritzzeit
und in dem Fall eines Ottomotors die Kraftstoffzündzeit und dgl. Wenn die Beziehung
zwischen der Zustandsgröße und den
Düsenflügeln 74 bei
vorbestimmten Motorbetriebsbedingungen durch Versuche oder durch
Erlernen dergleichen bestimmt wird, wird es möglich, indirekt die Öffnung der
Düsenflügel 74 aus
der Zustandsgröße zu berechnen,
so dass die Anormalitätsbestimmung
ausgeführt
werden kann.
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Darüber hinaus ist es möglich, einen
Rückführbetrag
als einen Wert zu verwenden, der einen Betriebssteuerzustand des
Motors anzeigt, so dass eine Möglichkeit
eines Auftretens einer fehlerhaften Bestimmung, die einen anderen
Faktor bewirkt hat, verringert werden kann.
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Das Ausführen der Anormalitätsbestimmung,
die vorstehend beschrieben ist, ist nicht auf den Leerlaufbetrieb
beschränkt.
Die Anormalitätsbestimmung
kann bei jedem Motorbetriebszustand ausgeführt werden, solange der Zustand
ein Zustand ist, bei dem die Beziehung zwischen der Öffnung der
Düsenflügel 74 und
dem Betriebssteuerzustand erhalten werden kann.
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Darüber hinaus kann das Anormalitätsbestimmungsverfahren
von diesem Ausführungsbeispiel
auch in Kombination mit einem Anormalitätsbestimmungsverfahren auf
der Grundlage der Erfassung einer Änderung des Aufladedrucks ausgeführt werden.
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Durch eine derartige Kombination
wird es möglich,
zu bestimmen, ob eine Anormalität
aufgrund eines Betriebsfehlers des Variabel-Leistungs-Steuermechanismus aufgetreten
ist, ohne dass eine spezielle Erfassungsvorrichtung erforderlich
ist. Darüber hinaus
kann durch ein gänzliches Öffnen des
Abgasschiebers Abgas um den Turbolader herum vorbeitreten, wenn
die Anormalität
aufgetreten ist. Folglich kann das stabile Fahren des Fahrzeugs
beibehalten werden, selbst wenn die Anormalität auftritt.
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Das Anormalitätsbestimmungsverfahren für einen
Turbolader der Art mit variablem Leistungsvermögen bestimmt stets genau, ob
eine Anormalität
bei einem Variabel-Leistungs-Mechanismus aufgetreten ist. Während des
Motorleerlaufs stellt die ECU die Kraftstoffeinspritzmenge ein,
indem ein elektromagnetisches Überlaufventil
gesteuert wird, um die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten Wert
einzustellen. Wenn die Düsenflügel des
Turboladers versehentlich in einem geschlossenen Zustand fixiert
sind, wird die Abgasströmung
so gehemmt, dass die Motorabgabeleistung abnimmt. Um die verringerte
Leistung zu korrigieren, erhöht
die ECU die Kraftstoffeinspritzmenge. Eine Kraftstoffeinspritzmenge
während eines
normalen Betriebs ist in der ECU zuvor gespeichert worden. Die ECU
vergleicht eine gegenwärtige Kraftstoffeinspritzmenge
mit der zuvor gespeicherten Kraftstoffeinspritzmenge. Wenn die Differenz
zwischen ihnen gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert
ist, bestimmt die ECU, dass eine Anormalität bei dem Variabel-Leistungs-Mechanismus aufgetreten
ist.