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    • 专利摘要:
    EineRegelvorrichtung füreinen motorgetriebenen Lader, die mit einem Lader (20) ausgestattetist, der entlang eines Einlasskanals (5) eines Verbrennungsmotors(1) angeordnet ist und mittels eines Motors (20a) betrieben wird,und einer Ladedruckregeleinrichtung (16, 21) zum Regeln eines Ladedrucksdurch Regeln des Motors (20a), ist dadurch gekennzeichnet, dasssie ferner eine Betriebszustandserfassungseinrichtung (26, 27) zumErfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (1) und eineObergrenzeeinstelleinrichtung (16) zum Einstellen einer Obergrenzedes Ladedrucks, bis zu der die Vorverdichtung durch den Lader (20)möglichist, umfasst. Das geschieht basierend auf dem Betriebszustand, dervon der Betriebszustandserfassungseinrichtung (26, 27) erfasst wird,wobei die Ladedruckregeleinrichtung (16, 21) das Antreiben des Laders(20) überdie Obergrenze des Ladedrucks verhindert, die von der Obergrenzeeinstelleinrichtung(16) eingestellt wird.
    公开号:DE102004016392A1
    申请号:DE200410016392
    申请日:2004-04-02
    公开日:2004-10-28
    发明作者:Koichi Toyota Akita；Hiromasa Toyota Hashimoto；Osamu Toyota Igarashi；Shoji Toyota Sasaki
    申请人:Toyota Motor Corp；
    IPC主号:F02B33-40
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Regelvorrichtung bzw. Steuervorrichtungfür einenmotorgetriebenen Lader, die einen in einem Einlasskanal angeordneten motorgetriebenenLader regelt bzw. steuert.
    [0002] Essind Versuche bekannt, die unternommen wurden, um hohe Leistung(oder einen niedrigen Kraftstoffverbrauch) durch Vorverdichtungunter Verwendung eines motorgetriebenen Lader zu erreichen, derlängs einesEinlasskanals eines Motors angeordnet ist. Ein solcher Verbrennungsmotorist ebenso in der veröffentlichtenjapanischen nationalisierten Anmeldung Nr. 2001-516590 einer PCT-Anmeldungoffengelegt. Bei dem in oben erwähnterVeröffentlichungoffengelegten Verbrennungsmotor ist ein motorgetriebener Lader entlangeines Einlasskanals angeordnet, der eine Vorverdichtung bewirkt, wenner von dem Motor angetrieben wird. Gemäß dieser Veröffentlichungtreibt der Motor den Lader nur an, um Vorverdichtung zu bewirken,wenn die Motordrehzahl niedrig ist. Das hat mit dem Leistungsvermögen desLaders zu tun. Wenn die Motordrehzahl hoch ist, so dass eine große MengeAnsaugluft existiert, kann die Vorverdichtungswirkung des Laders nichtmit hohem Wirkungsgrad erreicht werden. Daher ist es möglich densinnlosen Energieverbrauch zu verringern, indem der Lader mit demMotor nur dann angetrieben wird, wenn die Motordrehzahl niedrigist.
    [0003] Während dieLaderregelvorrichtung in dem Motor, die in obiger Veröffentlichungoffengelegt ist, den motorgetriebenen Lader entsprechend der Motordrehzahlregelt, ist die Tatsache nicht berücksichtigt, dass es eine Gren zefür denLadedruck gibt, den der motorgetriebene Lader entfalten kann. Demzufolgekann die Leistungsfähigkeitdes motorgetriebenen Laders nicht mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt werden.Angesichts der zuvor genannten Probleme, ist es daher Aufgabe derErfindung, eine Regelvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist,die Leistungsfähigkeitdes motorgesteuerten Laders effektiv zu nutzen.
    [0004] Einerster Aspekt der Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einenmotorgetriebenen Lader, der entlang eines Einlasskanals eines Verbrennungsmotorsvorgesehen ist und eine Ladedruckregeleinrichtung zum Regeln einesLadedrucks durch Regeln des Motors. Die Regelvorrichtung ist fernermit einer Betriebszustanderfassungseinrichtung zum Erfassen einesBetriebszustands des Verbrennungsmotors und einer Obergrenzeeinstelleinrichtungzum Einstellen einer oberen Grenze des Ladedrucks, bis zu der dieVorverdichtung durch den Lader möglichist, ausgestattet. Die Obergrenzeeinstelleinrichtung stellt die Obergrenzedes Ladedrucks basierend auf dem Betriebszustand ein, der von derBetriebszustandserfassungseinrichtung erfasst wird. Zusätzlich verhindertdie Ladedruckregeleinrichtung, dass der Lader oberhalb der Obergrenzedes Ladedrucks betrieben wird, die von der Obergrenzeeinstelleinrichtungeingestellt wird.
    [0005] Ebensokann der Betriebszustand eine Ansaugluftmenge, die von dem Laderangesaugt wird, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, eine Kraftstoffeinspritzmengefür denVerbrennungsmotor, eine Temperatur des Motors oder eine beliebigeKombination davon enthalten.
    [0006] DieBetriebszustandserfassungseinrichtung kann eine Betriebszustandsgröße des Betriebszustandserfassen, und die Obergrenzeeinstelleinrichtung kann die Obergrenzedes Ladedrucks umso niedriger einstellen, je größer die Be triebszustandsgröße ist,die als der Betriebszustand erfasst wird.
    [0007] DieObergrenzeeinstelleinrichtung kann ebenso die Obergrenze des Ladedrucksvon der Betriebszustandsgröße basierendauf einer physikalischen Vorverdichtungsgrenze, die von der Leistungsfähigkeitdes Laders bestimmt wird, einstellen.
    [0008] DieObergrenzeeinstelleinrichtung kann ebenso die Obergrenze des Ladedrucksvon der Betriebszustandsgröße basierendauf einer Haltbarkeitsgrenze des Laders einstellen.
    [0009] DieObergrenzeeinstelleinrichtung kann ebenso die Obergrenze des Ladedrucksvon der Betriebszustandsgröße basierendauf einer Leistungscharakteristik des Motors einstellen.
    [0010] Fernerkann die Ladedruckregeleinrichtung die Vorverdichtung unter Verwendungdes Motors unterbinden, währenddie die Leistung des Verbrennungsmotors begrenzende Fahrzeugverhaltenstabilitätssteuerungaktiv ist, selbst wenn der Ladedruck nicht die Obergrenze des Ladedrucks überschreitet.
    [0011] Gemäß der Regelvorrichtungfür denoben beschriebenen motorgetriebenen Lader ist es möglich dieObergrenze des Ladedrucks, die aufgrund verschiedener Faktoren existiert,basierend auf dem Betriebszustand einzustellen und Vorverdichtung durchzuführen, während dieLeistungsfähigkeitdes Laders in einem Bereich unterhalb der Obergrenze des Ladedruckswirkungsvoll genutzt wird. Beispiele verschiedener Faktoren, dieeine Obergrenze des Ladedrucks ergeben, sind die physikalische Grenze, diedurch die Leistungsfähigkeitendes Laders bestimmt ist, die Halt barkeitsgrenze des Laders und die Leistungscharakteristikdes Motors. Die Berücksichtigungdieser Faktoren ermöglichtes, die Leistung des Laders mit dem höchsten Wirkungsgrad auszunutzen.
    [0012] Dieobige Ausführungsformund andere Ausführungsformen,Merkmale, Vorteile sowie der technische und industrielle Stellenwertdieser Erfindung wird durch das Studium der folgenden detaillierten Beschreibungder bevorzugten Ausführungsformder Erfindung besser verstanden werden können, wenn diese in Verbindungmit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
    [0013] 1 ist ein Blockdiagramm,das den Aufbau eines Verbrennungsmotors (Motor) zeigt, der mit einerRegelvorrichtung gemäß einerbeispielhaften Ausführungsformder Erfindung ausgestattet ist;
    [0014] 2 ist ein Graph, der denBereich basierend auf der Beziehung zwischen dem Ansaugluftdurchflussund dem Ladedruck darstellt, in dem der Lader verwendet werden kann;
    [0015] 3 ist ein Graph (mit Linien,die eine konstante Drehzahl und eine Drosselgrenze des Laders zeigen),der den Bereich basierend auf der Beziehung zwischen dem Ansaugluftdurchflussund dem Ladedruck zeigt, in dem der Lader verwendet werden kann;und
    [0016] 4 ist ein Graph (mit einerLinie, die die Leistungscharakteristik eines Motors in dem Lader zeigt),der den Bereich basierend auf der Beziehung zwischen dem Ansaugluftdurchflussund dem Ladedruck darstellt, in dem der Lader verwendet werden kann.
    [0017] Inder folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen wirddie vorliegende Erfindung detaillierter anhand einer beispielhaftenAusführungsformbeschrieben.
    [0018] 1 zeigt einen Verbrennungsmotor(nachstehend "Motor" genannt) 1,der mit einer Regelvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform derErfindung ausgestattet ist. In einigen Fällen kann in dieser Beschreibungder Begriff "Druckerhöhung" verwendet werden,um einen Differenzdruck in Bezug zu dem atmosphärischen Druck anzuzeigen. In anderenFällenkann er verwendet werden, um einen Absolutdruck innerhalb einesAnsaugrohrs anzuzeigen. Wenn es nachstehend notwendig sein sollte zwischendiesen beiden eine Unterscheidung zu treffen, wird in der Beschreibungdargelegt, auf welchen dieser beiden Fälle sich der Begriff "Druckerhöhung" bezieht. Wenn z.B. die Ladedruckregelung basierend auf einer Ausgabe von einem Drucksensor durchgeführt wird,der einen Innendruck eines Ansaugrohres erfasst, kann die Ladedruckregelungeinfach basierend auf dem Ladedruck als die Differenz zu dem atmosphärischenDruck durchgeführtwerden, wenn der Drucksensor einer ist, der die Druckdifferenz mitBezug zu dem atmosphärischenDruck erfasst. Wenn andererseits der Drucksensor einer ist, derden Absolutdruck erfasst, kann die Ladedruckregelung einfach basierendauf dem Ansaugdruck als dem Absolutdruck durchgeführt werden.
    [0019] Derin dieser beispielhaften Ausführungsformbeschriebene Motor 1 ist ein Mehrzylindermotor, der derEinfachheit halber aber nur mit einem dieser Zylinder in dem Querschnittvon 1 gezeigt ist. DerMotor 1 ist ein Direkteinspritzer bei dem Kraftstoff direktin einen Zylinder 3 mittels einer Einspritzdüse 2 eingespritztwird. Der Motor 1 ist ein sogenannter Magermotor, der ebensoin der Lage ist zur Schichtladungsverbrennung. Der Motor 1 istnicht nur in der Lage eine hohe Leistung durch Vorverdichtung einer großen Mengean Ansaugluft mit einem Lader 20, der durch einen Motor 20a angetriebenwird, der später beschriebenwird, und mit einem Turbolader 11 zu erreichen, sondernist auch in der Lage einen niedrigen Kraftstoffverbrauch zu bewerkstelligen.
    [0020] DerMotor 1 kann Schichtladungsverbrennung durch Einspritzenvon Kraftstoff beim Verdichtungstakt in eine Vertiefung, die inder oberen Fläche einesKolbens 4 ausgebildet ist, aber auch herkömmlichehomogene Verbrennung durch Einspritzen des Kraftstoffes beim Ansaugtaktdurchführen.Ein Einlassventil 8 öffnetund schließteinen Durchgang zwischen dem Inneren des Zylinders 3 undeinem Einlasskanal 5. Das Abgas wird nach der Verbrennung durcheinen Auslasskanal 6 abgelassen. Ein Auslassventil 9 öffnet undschließteinen Durchgang zwischen dem Inneren des Zylinders 3 unddem Auslasskanal 6. In dem Einlasskanal 5 sindin Reihenfolge der Richtung der Strömung ein Luftfilter 10,ein Durchflussmesser 27, ein Lader 20, der Turbolader 11,ein Zwischenkühler 12 undeine Drosselklappe 13 und ähnliches vorgesehen.
    [0021] DerLuftfilter 10 ist ein Filter, der Verunreinigungen undStaub aus der Ansaugluft entfernt. Der Luftmengenmesser 27 istin dieser beispielhaften Ausführungsformein Heißdraht-Luftmengenmesser, dereine Ansaugluftmenge als einen Mengendurchfluss misst. Der Lader 20 wirdmittels eines internen elektrischen Motors 20a elektrischangetrieben (nachstehend einfach als "Motor" bezeichnet). Ein Verdichterrad istdirekt mit einer Abtriebswelle des Motors 20a verbunden.Der Motor 20a des Laders 20 ist an eine Batterie 22 über einSteuergerät 21 bzw. einenRegler 21 angeschlossen. Dieses Steuergerät regeltden Antrieb des Motors 20a durch Regeln der Leistung mitder der Motor 20a versorgt wird. Die Drehzahl des Motors 20a (d.h. die Drehzahl des Verdichterrads) ist mittels des Steuergeräts 21 erfassbar.
    [0022] EineNebenleitung 24 ist vorgesehen, die sich von einer Anschlussstellevor dem Lader 20 zu einer Anschlussstelle nach dem Lader 20 erstreckt, umden Lader 20 zu umgehen. Ein Ventil 25, das elektrischangetrieben wird, und die durch die Nebenleitung 24 fließende Ansaugluftmengegeeignet einstellt, ist in der Nebenleitung 24 vorgesehen.Wenn der Lader 20 nicht betrieben wird, erzeugt das einen Ansaugluftwiderstand,um zu verhindern, dass dieses Ventil 25 die Nebenleitung 24 öffnet. Wennandererseits der Lader 20 betrieben wird, schließt das Ventil 25 dieNebenleitung 24, um zu verhindern, dass Ansaugluft, dievon dem Lader 20 vorverdichtet wurde, durch die Nebenleitung 24 zurückfließt.
    [0023] DerTurbolader 11 ist zwischen dem Ansaugkanal 5 unddem Auslasskanal 6 angeordnet und führt ebenso eine Vorverdichtungdurch. Das heißtin dem Motor 1 dieser beispielhaften Ausführungsform kanndie Vorverdichtung sowohl von dem Lader 20 als auch vondem Turbolader 11 durchgeführt werden, die in Reihe angeordnetsind. Der Turbolader 11 weist als einen variablen geometrischenMechanismus einen variablen Düsenmechanismus 11a auf. Dervariable Düsenmechanismus 11a wirdvon der ECU 16 geregelt, was später beschrieben werden wird.Ein Ladedrucksensor 29 ist in dem Ansaugkanal 5 zwischender Nebenleitung 24 und dem Turbolader 11 angeordnet.Der Ladedrucksensor 29 erfasst den Ladedruck, wenn dieVorverdichtung von dem Lader 20 durchgeführt wird.Dem Turbolader 11 nachgeschaltet ist ein luftgekühlter Zwischenkühler 12 vorgesehen,der die Ansauglufttemperatur verringert, die aufgrund der Druckzunahmebei der Vorverdichtung durch den Lader 20 und den Turbolader 11 ansteigt.Der Zwischenkühler 12 senktdie Temperatur der Ansaugluft, wo durch der Wirkungsgrad der Vorverdichtungverbessert wird.
    [0024] EineDrosselklappe 13, die die Ansaugluftmenge einstellt, istauf der vom Zwischenkühler 12 ausgesehen stromabwärtigenSeite angeordnet. Die Drosselklappe 13 in dieser beispielhaftenAusführungsformist eine sogenannte elektronisch geregelte Drosselklappe, bei derder Öffnungswinkeldurch die ECU 16 basierend auf den Erfassungsergebnissen einesGaspedallagemesssensor 15, der einen Betätigungsbetragdes Gaspedals 14 erfasst, und basierend auf anderen Informationenerfasst wird. Diese Drosselklappe 13 wird von einem Drosselmotor 17 geöffnet undgeschlossen, der zusammen mit der Drosselklappe 13 vorgesehenist. Ebenso mit der Drosselklappe 13 vorgesehen ist einDrossellagemesssensor 18, der den Öffnungsbetrag der Drosselklappe 13 erfasst.
    [0025] EinDrucksensor 19, der einen Druck (Ladedruck/Ansaugluftdruck)in dem Ansaugkanal 5 erfasst, ist ebenso auf der von derDrosselklappe 13 aus gesehen stromabwärtigen Seite vorgesehen. DieseSensoren 15, 18, 19 und 29 sindalle an die ECU 16 angeschlossen, an die sie jeweils ihreErfassungsergebnisse senden. Die ECU 16 ist eine elektronischeSteuereinheit, die eine CPU, einen Nur-Lese-Speicher, einen Schreib-Lese-Speicherund ähnlichesenthält.Die Einspritzdüse 2,eine Zündkerze 7, dasVentil 25, der Luftmengenmesser 27, das Steuergerät 21 unddie Batterie 22 und ähnlichessind alle an die ECU 16 angeschlossen und werden entsprechendder Signale von der ECU 16 geregelt, welche die jeweiligenZuständedieser überwacht(z. B. den Ladungszustand bei der Batterie 22).
    [0026] DerMotor 20a des Laders 20 ist ebenso an die ECU 16 über dasSteuergerät 21 angeschlossen undwird von der ECU 16 und dem Steuergerät 21 geregelt. DieECU 16 und das Steuergerät 21 sind in der Lageden Ladedruck durch Regeln des Motors 20a zu regeln unddienen daher als die Ladedruckregeleinrichtung in diesem Fall. Auchbei dieser beispielhaften Ausführungsformwird die Ladedruckregelung unter Verwendung der Ansaugluftmengeals Betriebszustand des Motors 1 durchgeführt. Dadie Ansaugluftmenge durch den Luftmengenmesser 27 erfasstwird, dient der Luftmengenmesser 27 als die Betriebszustandserfassungseinrichtungin diesem Fall. Ferner stellt die ECU 16 die Obergrenzedes Ladedrucks 1 ein, bis zu der die Vorverdichtung möglich ist,was basierend auf der erfassten Ansaugluftmenge geschieht, und später eingehenderbeschrieben wird. Das heißtdie ECU 16 dient als die Einstelleinrichtung für die Obergrenzein dieser beispielhaften Ausführungsform.
    [0027] Darüber hinausist die Fahrzeugverhaltenstabilisierungseinrichtung 28 ebensoan die ECU 16 angeschlossen. Die Fahrzeugverhaltensstabilisierungseinrichtung 28 umfassteine bereits bekannte Technologie, die das Fahrzeugverhalten unterVerwendung eines Giersensors, eines Beschleunigungssensors und verschiedeneroben beschriebener Sensoren erfasst, und das Fahrzeugverhalten unterVerwendung von hydraulischen Bremsen und ähnlichem basierend auf demerfassten Fahrzeugverhalten stabilisiert. Während dieser Fahrzeugverhaltenstabilisierungsregelungwird mittels der hydraulischen Bremsen gebremst, während dieLeistung des Motors 1 begrenzt wird. In diesem Fall wird derMotor 1 von der ECU 16 geregelt.
    [0028] EinAbgasreinigungskatalysator 23, der das Abgas stromabwärts vomTurbolader 11 reinigt, ist in dem Auslasskanal 6 vorgesehen.Ebenso ist ein Kurbelwelle-Positionssensor 26,der die Drehposition einer Kurbelwelle erfasst, in der Nähe der Kurbelwelle desMotors 1 vor gesehen. Der Kurbelwelle-Positionssensor 26 kannebenso die Motordrehzahl über dieKurbelwellenposition erfassen.
    [0029] Indieser beispielhaften Ausführungsformerfasst der Ladedrucksensor 29 den Ladedruck, der durchden Lader 20 erzeugt wird, und der Lader 20 wirdunter Verwendung dieses Werts geregelt. Allerdings ist es auch möglich sowohlden Innendruck des Ansaugrohrs (d. h. den Ladedruck des Ansaugkrümmers) unterVerwendung des Drucksensor 19 in dem Einlasskanal 5,als auch den Ladedruck (d. h. ein Wert, der dem von dem Ladedrucksensor 29 erfasstenLadedruck entspricht) der von dem Lader 20 erzeugt wird,basierend auf dem Ladedruck des Ansaugkrümmers, der Drehzahl des Turboladers 11 und derLuftdurchflussrate, die von dem Luftmengenmesser 27 erfasstwird. In diesem Fall könnendie Beziehungen zwischen dem Ladedruck des Ansaugkrümmers, derTurboladerdrehzahl und der Luftdurchflussmenge vorab abgebildetwerden und auf diese Abbildung kann Bezug genommen werden. Das ermöglicht,dass der Lader 20 basierend auf dem von dem Drucksensor 19 erfasstenLadedruck geregelt wird.
    [0030] Esgibt eine Obergrenze des Ladedrucks, der von dem Lader 20 erzeugtwerden kann. Diese Obergrenze existiert aufgrund einer Mehrzahlvon Faktoren. Einige Beispiele dieser Faktoren sind die physikalischeGrenze, die durch die Leistungsfähigkeitdes Laders selbst begründetist, die Haltbarkeitsdauer des Laders 20 und die Grenze,die durch die Leistungscharakteristik des den Lader 20 antreibendenMotors 20a begründetist. Diese Faktoren werden späterdetaillierter beschrieben, aber in dieser beispielhaften Ausführungsformstellt die ECU 16 die Obergrenze des Ladedrucks unter Berücksichtigung dieserFaktoren basierend auf der Ansaugluftmenge (dem Betriebszustanddes Motors 1) ein, die von dem Luftmengenmesser 27 erfasstwird und regelt zusammen mit der Steuereinheit 21 den Motor 20a,so dass der Ladedruck den oberen Grenzwert nicht überschreitet.
    [0031] Dasheißt,wenn es scheint, dass der Ladedruck die Obergrenze überschreitenwird, verhindern die ECU 16 und das Steuergerät 21 denAntrieb des Motors 21. Dementsprechend ist es möglich die Funktiondes Laders 20 am effizientesten zu nutzen, ohne das derLadedruck die Obergrenze überschreitet.Indem die Leistungsfähigkeitdes Laders 20 bestmöglichgenutzt wird, wird es möglich,die Leistung des Motors 1 zu erhöhen. Es wird auch möglich das Übergangsverhaltenin Bezug auf die Leistung des Motors 1 zu verbessern.
    [0032] VerschiedeneFälle werdennun beschrieben, bei denen die Obergrenze des Ladedrucks bestimmtwird. Zunächstist, wenn die Kompressionsleistung des Laders 20 groß ist unddie Grenzleistung des Motors 20a ebenso ausreichend hochist, der Bereich in dem der Lader 20 verwendet werden kann, einBereich wie der Bereich α,der in 2 gezeigt ist.Die horizontale Achse des Graphen in 2 stellt denLuftdurchfluss dar, währenddie vertikale Achse in dem Graphen den Ladedruck darstellt. DerLadedruck kann als im wesentlichen proportional zu der Drehzahldes Verdichterrads in dem Lader 20 betrachtet werden, d.h.der Drehzahl des Motors 20a. Die Grenzlinie A in der Zeichnungist eine Grenze, überder der Lader 20 (radialer Kompressor) Verdichterpumpen(d.h. heftiges Schwanken) erzeugt. In 2 istdie Seite mit der Schraffur links von der Grenzlinie A der Schwankungsbereich.
    [0033] Währenddessenist die Grenzlinie B in 2 einekonstante Arbeitskurve des Laders 20 und zeigt die Obergrenzeder Arbeitsfähigkeitdes Laders 20 mit der Beziehung zwischen dem Ansaugluftdurchflussund dem Ladedruck. Die Grenzlinie C in 2 zeigt die maximale Durchfluss rate,die der Lader 20 durch Vorverdichtung ausgeben kann. DerBereich innerhalb dieser drei Grenzlinien A, B und C ist der Bereich α. Darüber hinausgibt es allerdings noch weitere als die oben beschriebenen Grenzen. 3 zeigt den Graphen in 2, wobei eine KonstantdrehzahllinieD des Laders 20 hinzugefügt ist. Die KonstantdrehzahllinieD kann in dem Bereich α in 2 erscheinen, abhängig vonder Drehzahl des Laders 20. In 2 kann eine Konstantdrehzahllinie D' ebenso als oberhalbdem Bereich α betrachtet werden.
    [0034] DieKonstantdrehzahllinie D zeigt die Beziehung zwischen dem Ansaugluftdurchflussund dem Ladedruck bei konstanter Drehzahl. Bezüglich der Leistung des Motors 1 erhöht sichdie Antriebskraft nach rechts zusammen mit der Konstantdrehzahllinie D.Die Konstantdrehzahllinie D fälltnach rechts hin ab, was anzeigt, dass hier der Wirkungsgrad abnimmtund der Ladedruck in Bezug auf den Luftdurchfluss abfällt. Aufder Seite mit hohem Durchfluss tritt Kompressordrosseln (d.h. Drosseln)auf. Die Seite rechts von der Grenzlinie E in 3 ist der Drosselbereich. In 3 ist die Grenzlinie E alsannäherndvertikale Linie gezeigt, aber sie kann ebenso eine nach rechts hinabfallende Linie sein.
    [0035] ImFall von 3 wird dieGrenze auf der Seite mit hohem Durchfluss durch den Drosselbereichbestimmt, aber entlang dem Abschnitt der Grenzlinie D auf der Seitemit niedrigem Durchfluss, die mit dem Bezugszeichen X bezeichnetist, wird die Grenze durch die Rotationsgrenze des Laders 20 bestimmt.Die Rotationsgrenze des Motors 20a ist eine Grenze, beider zum Beispiel die maximale Strommenge, mit der der Motor 20a versorgtwerden kann, ohne dass der Motor 20a sich so schnell dreht,dass er überhitzt,angewendet wird. Dies kann ebenso als die Haltbarkeitsgrenze desLaders 20 bezeichnet werden. Wie oben beschrieben, kanndiese Art von Grenze gesetzt werden, da der Ladedruck und die Drehzahldes Motors 20a als im wesentlichen proportional erachtetwerden. Entsprechend dieser beispielhaften Ausführungsform wird die Obergrenzedes Ladedrucks eingestellt und der Motor 20a wird angetrieben,so dass der Ladedruck nicht den oberen Grenzwert überschreitet.Demzufolge wird die Vorverdichtung nicht länger über der Haltbarkeitsgrenzedes Laders 20 durchgeführt,so dass die Lebensdauer des Laders 20 verlängert wird.Die Grenze, bei der der Motor 20a überhitzen würde (d.h. bei der die Welle sichfestfressen würde),wenn das Verdichterrad des Laders 20 noch etwas schnellergedreht werden würde,ist ebenso eine Haltbarkeitsgrenze des Laders 20. Obwohlherkömmlicherweisedie Rotationsgrenze des Verdichterrads des Laders 20 (proportionalzu dem Lader) ausreichend höherals die Grenze des Motors 20a ist.
    [0036] Indem in 3 gezeigten Beispielist der Lader 20 in der Lage, in dem Bereich β verwendetzu werden, welcher der Bereich innerhalb der Grenzlinien A, D (AbschnittX) und E ist. Mit Bezug auf den Abschnitt X der Grenzlinie D kanngesagt werden, dass die Obergrenze des Ladedrucks abnimmt, wennder Luftdurchfluss (d.h. die Ansaugluftmenge) zunimmt. Es kann ebensogesagt werden, dass die Schwankungsgrenzlinie A auf der Seite mitniedrigem Durchfluss und die Drosselgrenzlinie E auf der Seite mithohem Durchfluss physikalische Grenzen sind, die durch die Leistungsfähigkeitdes Laders 20 bestimmt sind. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform wirddie Obergrenze des Ladedrucks eingestellt und der Motor 20a wirdangetrieben, so dass der Ladedruck den oberen Grenzwert nicht überschreitet. Demzufolgewird die Vorverdichtung nicht länger über denphysikalischen Grenzen des Laders 20 durchgeführt, wodurchnutzloser Energieverbrauch verringert wird. Zu diesem Zeitpunktkann mit Bezug auf die Grenzlinie E ebenso gesagt werden, dass die Obergrenzedes Ladedrucks niedriger wird, wenn der Luftdurchfluss (d.h. dieAnsaugluftmenge) zunimmt.
    [0037] 4 zeigt den Graphen aus 2 mit der LeistungskennlinieF des Motors 20a. Die Leistungskennlinie kann abhängig vonder Charakteristik des Motors 20a innerhalb des Bereichs α in 2 sein. In 2 kann die Leistungskennlinie F' ebenso als oberhalbdes Bereichs α erachtetwerden. Die Leistungskennlinie F ist so geformt wie sie ist, dadie Leistung des Motors 20a als im wesentlichen proportional zumLadedruck erachtet werden kann und die Drehzahl des Motors 20a alsim wesentlichen proportional zum Luftdurchfluss erachtet werdenkann. Herkömmlicherweisewürde dieLeistungskennlinie gezeigt, wobei die horizontale Achse die Motordrehzahlund die vertikale Achse die Leistungscharakteristik darstellt. Indiesem Falle ist die Leistungskennlinie abgeschrägt, eine Seite eines Dreiecksmit den Achsen des Graphen bildend. Eine Leistung, die die Leistungskennlinie überschreitet,ist nicht möglich.Die Leistungskennlinie F ist die Motorleistungskennlinie, die aufeinen Graphen angewendet wird, in dem die horizontale Achse denLuftdurchfluss und die vertikale Achse den Ladedruck darstellt,wie in 4 gezeigt.
    [0038] Wiein 4 gezeigt, wird,wenn der Scheitelpunkt der Leistungskennlinie F oberhalb des Bereichs α in 2 ist, die Obergrenze desLadedrucks entlang dem Abschnitt Y in der Zeichnung durch die GrenzlinieB bestimmt, genauso wie in 2.Allerdings wird, da die Leistungskennlinie F unterhalb der GrenzlinieB auf der Seite mit hohem Durchfluss ist, die Obergrenze des Ladedrucksentlang dem Abschnitt Z in der Zeichnung durch die LeistungskennlinieF festgesetzt. Gemäß dieserbeispielhaften Ausführungsformwird die Obergrenze des Ladedrucks eingestellt und der Motor 20a angetrieben,so dass der Ladedruck nicht den oberen Grenzwert überschreitet.Demzufolge wird der Motor 20a nicht über die Leistungscharakteristikdes Motors 20a hinaus betrieben, wodurch sowohl Schadenvon dem Motor 20a abgewendet als auch sinnloser Energieverbrauchverringert wird. Im Falle der 4 istder Lader 20 in der Lage, in dem Bereich γ verwendetzu werden, welcher der Bereich innerhalb der Grenzlinien A, B (AbschnittY) und F (Abschnitt Z) ist. Mit Bezug auf den Abschnitt Z der GrenzlinieF kann auch gesagt werden, dass die Obergrenze des Ladedrucks abnimmt,wenn der Luftdurchfluss (d.h. die Ansaugluftmenge) zunimmt.
    [0039] Darüber istauch ein Fall, in dem alle Grenzlinien A bis F verbunden sind, umdie Obergrenze des Ladedrucks zu bestimmen, durchaus denkbar. Wie obenbeschrieben, ist es möglich,die Obergrenze des Ladedrucks, die aufgrund von verschiedenen Faktorenexistiert, entsprechend dem Betriebszustand (die Ansaugluftmengein dieser beispielhaften Ausführungsform)einzustellen und die Vorverdichtung mit hohem Wirkungsgrad unterVerwendung der Leistungsfähigkeitdes Laders 20 innerhalb eines Bereichs, der die Obergrenzenicht überschreitet, durchzuführen. DieLeistungsfähigkeitdes Laders 20 kann ebenso mit hohem Wirkungsgrad durchEinstellen der Obergrenze des Ladedrucks, so dass sie abnimmt, wennder Luftdurchfluss zunimmt, verwendet werden.
    [0040] Fernergibt es in dieser beispielhaften Ausführungsform, selbst innerhalbdes Bereichs, in dem der Lader 20 verwendet werden kann,auch Zeiten, in denen die Vorverdichtung unter Verwendung des Laders 20 nichtdurchgeführtwird (verhindert ist). Das sind Zeiten, in denen die Fahrzeugverhaltenstabilitätsregelungdurchgeführtwird, die die Leistung des Motors 1 unter Verwendung derFahrzeugverhaltenstabilitätseinrichtung 28 begrenzt.Mit der Fahrzeugverhaltenstabilitätsregelung (sogenannte Stabilitätsregelung,Traktionsregelung und ähnliches)wird die Fahrzeuggeschwindigkeit und unter manchen Umständen dasGieren durch Beschränkender Leistung des Motors 1 geregelt. Dementsprechend istwährendder Regelung, die versucht, die Leistung des Motors 1 zubeschränken,das Durchführender Vorverdichtung, die die Leistung erhöht, widersprüchlich. Dahersteuert die ECU 16 den Motor 20a nicht an, um Vorverdichtungdurchzuführen,wenn die ECU 16 bestimmt hat, dass die Fahrzeugverhaltenstabilitätsregelungdurchgeführtwird.
    [0041] Essollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht auf die vorstehendeexemplarische Ausführungsformbeschränktist. Zum Beispiel wird in der beispielhaften Ausführungsformdie Erfindung auf einen Motor 1 angewendet, in dem derLader 20 mit dem Motor 20a zusätzlich zu dem Turbolader 11 vorgesehenist. Allerdings kann in einem Fall, in dem der Motor keinen Lader 20 hat,sondern einen Motor hat, der in dem Turbolader 11 untergebrachtist, die Erfindung ebenso angewendet werden, um diesen Motor zuregeln.
    [0042] Fernerwird in der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform nur die Ansaugluftmengeals der Betriebszustand verwendet. Allerdings kann alternativ eineandere Größe als dieAnsaugluftmenge als der Betriebszustand verwendet werden. Auch musses nicht nur eine Größe geben.Statt dessen kann eine Kombination von einer Mehrzahl von Größen verwendetwerden. Einige Beispiele von anderen Größen als der Ansaugluftmengesind eine Motordrehzahl, die durch den Kurbelwellenpositionssensor 26 erfasstwerden kann, und eine Kraftstoffeinspritzmenge, wenn ein Kraftstoffeinspritzbefehlvon der ECU 16 an die Einspritzdüse 2 ausgegeben wird.
    [0043] Alternativkann ein Zustand des Motors 20a als Betriebszustand verwendetwerden. Einige Beispiele sind eine Temperatur eines Stators desMotors 20a, eine Kühlmitteltemperatur(an einem Auslassabschnitt) zum Kühlen des Motors 20a,eine Kühllufttemperaturdifferenz(zwischen einem Einlass und einem Auslass) eine Kühlmitteltemperatur(an dem Auslassabschnitt) zum Kühlen,eine Kühlmitteltemperaturdifferenz(zwischen dem Einlass und dem Auslass), eine Schmiermitteltemperatur(an dem Auslassabschnitt) zum Schmieren und eine Schmiermitteltemperaturdifferenz(zwischen dem Einlass und dem Auslass).
    [0044] Gemäß der Regelvorrichtungfür denmotorgetriebenen Lader dieser Erfindung ist es möglich, die Obergrenze des Ladedrucks,die aufgrund verschiedener Faktoren besteht, basierend auf dem Betriebszustandeinzustellen und die Vorverdichtung mit hohem Wirkungsgrad unterVerwendung der Leistungsfähigkeitdes Laders innerhalb eines Bereiches durchzuführen, der diese Obergrenzenicht überschreitet.Einige Beispiele der verschiedenen Faktoren sind die physikalischeGrenze, die durch die Leistungsfähigkeitdes Laders bestimmt wird, die Haltbarkeitsgrenze des Laders unddie Leistungscharakteristik des Motors. Unter Berücksichtigung dessenist es möglich,die Verwendung mit dem höchstenWirkungsgrad des Laders zu bewerkstelligen.
    [0045] DieRegelvorrichtung fürden motorgetriebenen Lader gemäß dieserErfindung, die mit einem Lader (20) ausgestattet ist, derentlang eines Einlasskanals (5) eines Verbrennungsmotors(1) angeordnet ist und mittels eines Motors (20a)betrieben wird, und einer Ladedruckregeleinrichtung (16, 21)zum Regeln eines Ladedrucks durch Regeln des Motors (20a)ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Betriebszustandserfassungseinrichtung(26, 27) zum Erfassen eines Betriebszustands desVerbren nungsmotors (1) und eine Obergrenzeeinstelleinrichtung(16) zum Einstellen einer Obergrenze des Ladedrucks, biszu der die Vorverdichtung durch den Lader (20) möglich ist,umfasst. Das geschieht basierend auf dem Betriebszustand, der vonder Betriebszustandserfassungseinrichtung (20, 27)erfasst wird, wobei die Ladedruckregeleinrichtung (16, 21)das Antreiben des Laders (20) über die Obergrenze des Ladedrucksverhindert, der von der Obergrenzeeinstelleinrichtung (16)eingestellt wird.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Eine Regelvorrichtung für einen motorgetriebenen Lader,der mit einem Lader (20), der entlang eines Einlasskanalseines Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und von einemMotor (20a) angetrieben wird, und mit einer Ladedruckregeleinrichtung (16, 21)zum Regeln eines Ladedrucks durch Regeln des Motors (20a)ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie fernerumfasst: eine Betriebszustandserfassungseinrichtung (26, 27) zumErfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (1);und eine Obergrenzeeinstelleinrichtung (16) zum Einstelleneiner Obergrenze des Ladedrucks, bis zu der Vorverdichtung durchden Lader (20) möglichist, basierend auf dem Betriebszustand, der von der Betriebszustandserfassungseinrichtung(26, 27) erfasst wird, wobei die Ladedruckregeleinrichtung(16, 21) den Antrieb des Laders (20) über dieObergrenze des Ladedrucks verhindert, die von der Obergrenzeeinstelleinrichtung(16) eingestellt wird.
    [2] Die Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Betriebszustand eine Ansaugluftmenge des Laders (20)enthält.
    [3] Die Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand eine Drehzahldes Verbrennungsmotors (1) enthält.
    [4] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand eine Kraftstoffeinspritzmengefür den Verbrennungsmotor(1) enthält.
    [5] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand eine Temperaturdes Motors (20a) enthält.
    [6] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandserfassungseinrichtung(26, 27) eine Betriebszustandsgröße des Betriebszustandserfasst und die Obergrenzeeinstelleinrichtung (16) dieObergrenze des Ladedrucks niedriger einstellt, wenn die als Betriebszustanderfasste Betriebszustandsgröße zunimmt.
    [7] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenzeeinstelleinrichtung(16) die Obergrenze des Ladedrucks von der Betriebszustandsgröße basierendauf einer physikalischen Vorverdichtungsgrenze einstellt, die vonder Leistungsfähigkeitdes Laders (20) bestimmt wird.
    [8] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenzeeinstelleinrichtung(16) die Obergrenze des Ladedrucks von der Betriebszustandsgröße basierendauf einer Haltbarkeitsgrenze des Laders (20) einstellt.
    [9] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenzeeinstelleinrichtung(16) die Obergrenze des Ladedrucks von der Betriebszustandsgröße basierendauf einer Leistungscharakteristik des Laders (20) einstellt.
    [10] Die Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladedruckregeleinrichtung (16, 21)das Vorverdichten unter Ver wendung des Motors (20a) verhindert, während dieFahrzeugverhaltenstabilitätsregelung, diedie Leistung des Verbrennungsmotors (1) begrenzt, durchgeführt wird,selbst wenn der Ladedruck die Obergrenze des Ladedrucks nicht überschritten hat.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004308485A|2004-11-04|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-10-28| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-07-09| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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