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    • 专利摘要:
    Eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), der in einem Fahrzeug eingebaut ist und einen Auflader (2) umfasst, der entlang einer Ansaugleitung (4) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und durch einen Elektromotor (2a) angetrieben wird, umfasst ein Anwärmzeitverdichtungsmittel (5, 6) zum Antreiben des Elektromotors (2a), um während des Anwärmens des Verbrennungsmotors (1) eine Verdichtung durchzuführen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein AufLadewiederholungsmittel (11, 14) zum mehrmaligen Aufladen von dem Verbrennungsmotor (1) zuführender Ansaugluft mithilfe des Anwärmzeitverdichtungsmittels (5, 6) umfasst. Demzufolge wird die Ansaugluft während der Anwärmphase des Verbrennungsmotors (1) mehrmals verdichtet, so dass die Temperatur der Ansaugluft ausreichend erhöht wird, um den Verbrennungsmotor zu erwärmen, so dass der Verbrennungsmotor wirksam angewärmt werden kann.
    公开号:DE102004018625A1
    申请号:DE200410018625
    申请日:2004-04-16
    公开日:2004-11-18
    发明作者:Osamu Toyota Igarashi；Chika Toyota Kanba；Akihide Toyota Okuyama
    申请人:Toyota Motor Corp；
    IPC主号:F02B39-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einesVerbrennungsmotors mit einem motorbetriebenen Auflader, der entlangeiner Ansaugleitung angeordnet ist.
    [0002] Esist bekannt, dass Versuche unternommen wurden, einen hohe Ausgangsleistung(bzw. einen geringen Kraftstoffverbrauch) durch Aufladung zu erreichen,wobei ein Elektromotor-betriebener Auflader verwendet wird, derentlang einer Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors angeordnetist. Es ist ebenfalls bekannt, dass Versuche unternommen wurden, dasStartverhalten und das Anwärmvermögen des Verbrennungsmotorszu verbessern, indem diese Art von Auflader verwendet wird. Einsolcher Verbrennungsmotor ist auch in der JP(A) 5-321682 offenbart. Beidem in jener Druckschrift offenbarten Verbrennungsmotor wird unmittelbarnach dem Start des Verbrennungsmotors ein Elektromotor für den Elektromotor-betriebenenAuflader angesteuert, der Energie von einem Generator verwendet,der Energie aus der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erzeugt, wasdie Last des Verbrennungsmotors erhöht und das Anwärmvermögen desVerbrennungsmotors verbessert.
    [0003] Beidem in der JP(A) 5-321682 offenbarten Verbrennungsmotorerhöhtsich mit zunehmendem Druck durch die Aufladung die Temperatur derAnsaugluft, was ebenfalls das Anwärmvermögen verbessern kann. Der Betriebdes Verbrennungsmotors in der genannten Veröffentlichung neigt jedoch zuInstabiliätenaufgrund der erhöhtenLast des Verbrennungsmotors unmittelbar nach dem Start. Ferner war derEffekt, der durch die auf die Zunahme des durch die Aufladung bedingtenDrucks folgende Erhöhung derTemperatur der Ansaugluft erreicht wurde, nicht angemessen.
    [0004] Angesichtsder vorgenannten Probleme stellt die vorliegende Erfindung eineSteuerungsvorrichtung füreinen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor-betriebenen Aufladerbereit, die in der Lage ist, das Startverhalten und das Anwärmvermögen des Verbrennungsmotorszu verbessern.
    [0005] Einerster Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor, der in einem Fahrzeug eingebaut ist und einen Aufladeraufweist, der entlang einer Ansaugleitung des Verbrennungsmotorsangeordnet ist und durch einen Elektromotor betrieben wird. DieSteuerungsvorrichtung, die ein Anwärmzeitverdichtungsmittel zumBetreiben eines Elektromotors währendder Anwärmzeitdes Verbrennungsmotors umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dasssie darüberhinaus Verdichtungswiederholungsmittel umfasst, um die Ansaugluft,die dem Verbrennungsmotor zugeführtwerden soll, mit Hilfe des Anwärmzeitverdichtungsmittels mehrmalszu verdichten.
    [0006] Gemäß dem Aufbauder erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtungverdichtet das Verdichtungswiederholungsmittel die dem VerbrennungsmotorzuzuführendeAnsaugluft mehrmals, wobei zur Verdichtung während der Anwärmzeit desVerbrennungsmotors das Anwärmzeitverdichtungsmittelverwendet wird, indem der Elektromotor entsprechend angesteuertund betrieben wird. Als Folge davon erhöht sich die Temperatur derAnsaugluft ausreichend, um den Verbrennungsmotor anzuwärmen, sodass der Verbrennungsmotor wirksam aufgewärmt werden kann. Das Anwärmzeitverdichtungsmittelkann darüberhinaus den Verbrennungsmotor anwärmen,bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird.
    [0007] Demzufolgekann das Starverhalten verbessert werden, indem unter Verwendungdes Anwärmzeitverdichtungsmittelsund des Verdichtungswiederholungsmittels der Verbrennungsmotor angewärmt wird,bevor der Verbrennungsmotor gestartet wird. Das Verdichtungswiederholungsmittelkann eine Verbindungsleitung umfassen, die die Ansaugleitung strömungsaufwärts vondem Auflader mit der Ansaugleitung strömungsabwärts von dem Auflader verbindet,sowie ein Ansaugluftstrom-Umlenkmittel zur Umlenkung des Stromesder durch den Auflader vorverdichteten Ansaugluft, so dass die Ansaugluft entweder über dieVerbindungleitung zur strömungsaufwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung zurückgeführt oderzur strömungsabwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung geleitet wird. Darüber hinaus kann das Verdichtungswiederholungsmitteldas Ansaugluftstrom-Umlenkmittel auf der Grundlage des Betriebszustandesdes Elektromotors entsprechend dem Anwärmzeitverdichtungsmittel steuern.
    [0008] DasAnsaugluftdurchsatzschaltmittel kann als Schaltventil ausgebildetsein.
    [0009] Fernerkann die Steuerungsvorrichtung ein Pumpvorhersagemittel zur Vorhersagedes Auftretens eines Pumpens in dem Auflader umfassen, sowie einPumpunterdrückungsmittelzur Zurückführung derdurch den Auflader vorverdichteten Ansaugluft zu der strömungsaufwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung mit Hilfe des Ansaugluftstrom-Umlenkmittels,wenn das Pumpvorhersagemittel vorhersagt, dass ein Pumpen in demAuflader auftreten wird.
    [0010] Fernerkann die Steuerungsvorrichtung ein Ladegradverringerungsmittel zurVerringerung des Grades der Aufladung durch den Auflader während derAnwärmzeitdes Ver brennungsmotors durch das Anwärmzeitverdichtungsmittel umfassen.
    [0011] Fernerkann das Ladegradverringerungsmittel einen Mechanismus enthalten,der den Abstand zwischen einem Verdichterrad des Aufladers und einerInnenwandoberflächedes Aufladers verändert. Darüber hinauskann das Ladegradverringerungsmittel einen Vorsprung umfassen, derhervorragt, um den durch das Verdichterrad des Aufladers vorverdichtetenStrom von Ansaugluft zu blockieren.
    [0012] DurchBereitstellung des oben beschriebenen Ansaugluftstrom-Umlenkmittelskann die Ansaugluft wiederholt zurückgeführt und vorverdichtet werden.Darüberhinaus kann durch Bereitstellung des Pumpvorhersagemittels und desPumpverhinderungsmittels durch das Pumpvorhersagemittel ein Pumpenin dem Auflader vorhergesagt werden, und für den Fall, dass ein Pumpenvorhergesagt wird, wird das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel durch das Pumpverhinderungsmittelso gesteuert, dass die vorverdichtete Ansaugluft zu der strömungsaufwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung zurückgeführt wird, wodurchein Pumpen in dem Auflader vermieden werden kann. Darüber hinauskann durch die Bereitstellung des Ladegradverringerungsmittels derLadegrad der Aufladung durch den Auflader während der Anwärmzeit durchdas Anwärmzeitverdichtungsmittel durchdas Ladegradverringerungsmittel verringert werden, wodurch die Temperaturder Ansaugluft erhöhtwird und ein stärkererAnwärmeffekterreicht werden kann.
    [0013] Dieoben genannte Ausführungsformund weitere Ausführungsformen,Ziele, Merkmale, Vorteile, technische und industrielle Bedeutungdieser Erfindung werden verständlichdurch Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugtenAusführungsformender Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
    [0014] Inden Zeichnungen sind:
    [0015] 1 ein Blockdiagramm desAufbaus eines Verbrennungsmotors, der eine Steuerungsvorrichtunggemäß einerbeispielhaften Ausführungsform derErfindung enthält;
    [0016] 2 ein Flussdiagramm einerSteuerung durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsformder Erfindung; und
    [0017] 3 eine Querschnittsansichteines Turboladers in der Steuerungsvorrichtung gemäß der beispielhaftenAusführungsformder Erfindung.
    [0018] Inder nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ist die vorliegendeErfindung ausführlichermit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformenausführlicherbeschrieben. 1 zeigteinen Verbrennungsmotor 1, der eine Steuerungsvorrichtunggemäß einerbeispielhaften Ausführungsformder Erfindung umfasst.
    [0019] Derbei dieser beispielhaften Ausführungsformbeschriebene Verbrennungsmotor 1 ist ein Verbrennungsmotormit mehreren Zylindern. In der Querschnittsansicht der 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeitjedoch nur einer dieser Zylinder gezeigt. Der Verbrennungsmotor 1 umfassteinen Turbolader (d.h. einen Auflader) 2. In dem Turbolader 2 istein Turbinenrad, das in einer Abgasleitung 3 geordnet ist, über eineDrehwelle mit einem in einer Ansaugleitung 4 angeordnetenVerdichterrad verbunden. Dieser Aufbau entspricht einem gewöhnlichen Turbolader.In dem Turbolader gemäß dieserbeispielhaften Ausführungsformist jedoch ein Elektromotor 2a aufgenommen, dessen Abtriebswelledie Drehwelle ist.
    [0020] DieserElektromotor 2a ist mit einer Steuereinheit 5 verbunden,welche mit einer Batterie 7 und einer elektronischen Steuereinheit(ECU) 6 verbunden, welche den gesamten Verbrennungsmotor 1 steuert.Die ECU 6 und die Steuereinheit 5 steuern diedem Elektromotor 2a zugeführte Energie, die wiederumdie Drehzahl des Elektromotors 2a bestimmt. Das heißt, derLadedruck, der erzeugt wird, wenn der Turbolader 2 durchden Elektromotor 2a angetrieben wird, wird gesteuert, indemdie Drehzahl des Elektromotors 2a gesteuert wird. Die zumBeispiel mittels einer Luftstrommesseinrichtung 8, dieströmungsaufwärts vondem Turbolader 2 in der Ansaugleitung 4 angeordnetist, und einem Drucksensor 9, der in einem Druckausgleichsbehälter 4 inder Ansaugleitung 4 angeordnet ist, erfassten Ergebnissewerden verwendet, um den Ladedruck zu steuern. Die Sensoren sindmit der ECU 6 verbunden.
    [0021] Zwischendem Turbolader 2 und dem Druckausgleichsbehälter, indem der Drucksensor 9 angeordnet ist, sind in Strömungsrichtungfolgende Elemente angeordnet: Ein Temperatursensor 10,ein Schaltventil 11, ein Ladeluftkühler 12 und ein Drosselventil 13.Ferner ist die Ansaugleitung 4 strömungsaufwärts von dem Turbolader 2 über eineVerbindungsleitung 14 mit der Ansaugleitung 4 strömungsabwärts vondem Turbolader 2 verbunden. Das Schaltventil 11 istein Dreiwegeventil, das an einer Verbindungsstelle angeordnet ist,an der sich die Verbindungsleitung 14 und die Ansaugleitung 4 strömungsabwärts vondem Turbolader 2 verbinden. Die Position des Schaltventils 11 bestimmt,ob die durch den Turbolader 2 vorverdichtete Ansaugluftdurch die Verbindungsleitung 14 strömungsaufwärts zurückgeführt wird oder strömungsabwärts geleitetwird, um einem Zylinder 15 des Verbrennungsmotors 1 zugeführt zu werden.
    [0022] DiesesSchaltventil 11 ist mit der ECU 6 verbunden undwird durch diese gesteuert. Das Schaltventil 11 ist einMagnetventil oder dergleichen. Die Position des Schaltventils 11 wird,wenn es erforderlich ist, von der ECU 6 geändert, umden entsprechenden Strömungswegzu erzeugen. Der Temperatursensor 10, der ebenfalls mitder ECU 6 verbunden ist, erfasst die Temperatur der mitdem Turbolader 2 vorverdichteten Ansaugluft. Der Verbrennungsmotor 1 mitdem oben beschriebenen Aufbau kann durch Betreiben des Elektromotors 2a undAusführeneiner Vorverdichtung vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 angewärmt werden.Hierbei kann sich "Anwärmen" auf das Anwärmen vonentweder nur dem Verbrennungsmotor 1 oder nur einem Abgaskontrollkatalysator 16 inder Abgasleitung 3 oder von beiden beziehen. Eine Vorverdichtungerhöhtden Druck der Ansaugluft. Mit zunehmendem Druck erhöht sichdie Temperatur, die die verschiedenen Teile des Verbrennungsmotorsanwärmt.Dies ist im einschlägigen Standder Technik beschrieben.
    [0023] Umdiesen Anwärmeffektvor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 zu gewährleisten,wird bei dieser beispielhaften Ausführungsform der Strom der vondem Turbolader 2 vorverdichteten Ansaugluft während derAnwärmphasevor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 mehrmals strömungsaufwärts durchdie Verbindungsleitung 14 zurückgeführt und vorverdichtet. Einwiederholtes Vorverdichten (d.h. ein mehrmaliges Vorverdichten)erhöhtdie Temperatur der Ansaugluft auf eine Temperatur, die zum Anwärmen desVerbrennungsmotors ausreichend ist, so dass der Verbrennungsmotorauf diese Weise wirksam angewärmtwerden kann. Nachfolgend ist die Steuerung dieses Vorgangs beschrieben.Bei dieser Steuerung dienen die ECU 6 und die Steuereinheit 5 alsdas Anwärmzeitverdichtungsmittel.Das Schaltventil 11 und die Verbindungsleitung 14 dienen fernerals Verdichtungswiederholungsmittel.
    [0024] 2 ist ein Flussdiagrammder Schaltsteuerung fürdas Schaltventil 11. Die Steuerung des Elektromotors 2a zumAnwärmendes Verbrennungsmotors vor dem Starten wird gemäß einer weiteren Routine ausgeführt. Fernerstartet die in dem Flussdiagramm in 2 gezeigteSteuerung, wenn eine Bedingung erfüllt ist, nämlich dass vorhergesagt wird,dass der Verbrennungsmotor 1 wahrscheinlich gestartet werdenwird. Die Bedingung kann zum Beispiel sein, dass eine Tür des Fahrzeugs,das mit dem Verbrennungsmotor 1 ausgestattet ist, geöffnet wordenist, ein Sitzsensor erfasst hat, dass ein Fahrer in einem FahrersitzPlatz genommen hat oder es erfasst worden ist, dass ein Schlüssel zumAnlassen des Verbrennungsmotors in das Zündschloss gesteckt worden ist.
    [0025] Zuerstwird bestimmt, ob ein Anwärmenvor dem Starten des Verbrennungsmotors durch Betreiben des Elektromotors 2a ausgeführt wird(Schritt S200). Wenn der Elektromotor 2a angetrieben wird, derVerbrennungsmotor 1 jedoch noch nicht läuft, wird bestimmt, dass einAnwärmenvor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt wird.Wenn der Verbrennungsmotor 1 noch nicht läuft undder Elektromotor 2a nicht angetrieben wird, wird ein Anwärmen vordem Start des Verbrennungsmotors nicht ausgeführt. Wenn die Steuerung zumAnwärmenvor dem Start des Verbrennungsmotors nicht ausgeführt wird(entweder vor dem Beginn des Anwärmensvor dem Starten des Verbrennungsmotors oder nachdem das Anwärmen beendetist), wird das Schaltventil 11 in eine Position geschaltet(Schritt S220), in der der Ansaugluftstrom wie es normalerweiseder Fall ist in den Zylinder 15 geleitet wird, und dieRoutine ist beendet. Wenn andererseits die Steuerung zum Anwärmen vordem Starten des Verbrennungsmotors ausgeführt wird, wird bestimmt, obdie mit Hilfe des Temperatursensors 10 er fasste Temperaturgleich wie oder größer alseine vorbestimmte Temperatur ist (Schritt S210).
    [0026] Diesevorbestimmte Temperatur wird auf eine Temperatur eingestellt, diezum Anwärmendes Verbrennungsmotors ausreichend ist. Wenn bei Schritt 210 bestimmtwird, dass die Temperatur der Ansaugluft die vorbestimmte Temperaturnoch nicht erreicht hat, wird das Schaltventil 11 in einePosition geschaltet, in der der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird(Schritt S230). Nach Schritt S230 wird die Routine wieder von SchrittS200 aus ausgeführt.Die rückgeführte Ansaugluftwird erneut durch den Turbolader 2 vorverdichtet, was erneut ihreTemperatur erhöht.Diese Rückführung undVorverdichtung wird solange wiederholt, bis die Temperatur der Ansaugluftdie vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Selbst wenn die Bestimmungin Schritt S210 ein "Nein" liefert, so dassSchritt S230 ausgeführtwird, wenn die Temperatur der Ansaugluft schließlich die vorbestimmte Temperaturerreicht hat, wechselt die Bestimmung in Schritt S210 zu "Ja", und das Schaltventil 11 wirdin eine Position geschaltet, in der der Ansaugluftstrom wie gewöhnlich inden Zylinder 15 strömt(Schritt S220).
    [0027] EinAnwärmendes Verbrennungsmotors mit Hilfe der Ansaugluft, die auf diese Weiseausreichend angewärmtworden ist, wärmtjeden Teil des Verbrennungsmotors an. Wenn die mit Hilfe des Temperatursensors 10 erfassteTemperatur dadurch, dass die Ansaugluft, die nicht ausreichend angewärmt wurde, aufden Zylinder 15 strömt,unterhalb der vorbestimmten Temperatur liegt, wird das Schaltventil 11 in einePosition geschaltet, in der der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird,um ihre Temperatur ausreichend zu erhöhen. Auf diese Weise kann einAnwärmenwirksam durchgeführtwerden. Darüberhinaus unterstützteine ausreichende Erhöhungder Temperatur der Ansaugluft die Verdampfung des Kraftstoffes,was ebenfalls das Startverhalten verbessert.
    [0028] EinAnwärmendes Verbrennungsmotors 2a durch Antreiben des Elektromotors 2a istnicht darauf beschränkt,vor dem Starten des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt zu werden,sondern kann auch fortgesetzt werden, nachdem der Verbrennungsmotor gestartetworden ist. In diesem Fall kann das Schaltventil 11 ebenfallsauf der Grundlage des Betriebszustandes des Elektromotors 2a undder von dem Temperatursensor 10 erfassten Ergebnisse betätigt werden.Alternativ kann das Anwärmendes Verbrennungsmotors durch Betreiben des Elektromotors 2a gestartetwerden, nachdem der Verbrennungsmotor 1 gestartet wordenist, und verwendet werden, um ein schnelles Anwärmen zu unterstützen.
    [0029] Fernerkann gemäß der beispielhaftenAusführungsformein Pumpen (engl: "surging") des Turboladers 2 nachdem Start des Verbrennungsmotors 1 vermieden werden, indemdie Verbindungsleitung 14 verwendet wird. Das sogenanntePumpen, das seine Ursache in schnellen Fluktuation des Druckes hat,kann in dem Turbolader 2 auftreten. Die Fluktuationen desDrucks beim Pumpen sind schnell, haben Vibrationen des Turboladers 2 zurFolge und erzeugen Störgeräusche. Umeine Beschädigungdes Turboladers 2 zu verhindern und einen geräuscharmen Betriebdes Turboladers 2 zu gewährleisten, ist es daher notwendig,zu verhindern, dass der Turbolader 2 "pumpt". Zu diesem Zweck wird vorhergesagt,ob ein Pumpen eintreten wird oder nicht, und wenn vorhergesagt wird,dass ein Pumpen eintreten wird, wird die Ansaugluft strömungsabwärts vondem Turbolader 2, die sich aufgrund der Vorverdichtungunter einem höherenDruck befindet, strömungsaufwärts zurückgeführt, sodass die Druckschwankungen abgeschwächt werden.
    [0030] Gemäß dieserbeispielhaften Ausführungsformbasiert die Vorhersage des Auftretens des Pumpens auf einem Luftdurchsatzdes Kompressors in dem Turbolader 2 und dem von dem Turbolader 2 erzeugtenLadedruck. Wenn der Ladedruck höherals ein vorbestimmter Ladedruck ist, wird vorhergesagt, dass einPumpen auftreten wird. Dieser vorbestimmte Ladedruck wird auf einenWert eingestellt, der umso niedriger ist, je kleiner der Luftdurchsatzist. Das heißt,wenn der Luftdurchsatz vergleichsweise klein ist, wird vorhergesagt,dass ein Pumpen bei einem niedrigeren Ladedruck auftreten wird.Bei dieser beispielhaften Ausführungsformwird das Auftreten des Pumpens auf der Grundlage des Luftdurchsatzesdurch den Kompressor in dem Turbolader 2 vorhergesagt,der von einem Wert der Luftstrommesseinrichtung 8 gewonnenwird, und von dem durch den Turbolader 2 erzeugten Ladedruck,der aus dem von dem Drucksensor 9 erfassten Wert und derDrehzahl des Turboladers 2 berechnet wird. Das heißt, in diesemFall dienen die Luftstrommesseinrichtung 8, der Drucksensor 9,das Turboladerdrehzahlerfassungsmittel und die ECU 6 alsdas Pumpvorhersagemittel, und das Schaltventil (d.h das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel) 11 unddie Verbindungsleitung 14 dienen als das Pumpunterdrückungsmittel.
    [0031] Indiesem Fall, wenn vorhergesagt wird, dass ein Pumpen eintreten wird,wird das Schaltventil 11 in eine Position geschaltet, sodass der Ansaugluftstrom strömungsaufwärts zurückgeführt wird,wodurch das Auftreten des Pumpens verhindert wird. Bei der in 1 gezeigten beispielhaftenAusführungsformist zum Beispiel der Elektromotor 2a in dem Turbolader 2 aufgenommen.Alternativ kann die Erfindung auch auf einen Lader angewendet werden, dereine Vorverdichtung einfach durch Antrieb eines Motors bewerkstelligt(ohne die Energie von Abgasen zu nutzen) (z.B. ein sogenannter "mechanische Lader" oder Kompressor).
    [0032] Darüber hinausumfasst die obige beispielhafte Ausführungsform einen Mechanismus(d.h. ein Ladegradverringerungsmittel), das den Ladegrad des Turboladers 2 reduziert.Bei der beispielhaften Ausführungsformverringert dieser Mechanismus gezielt den Ladegrad, wenn der Verbrennungsmotor angewärmt wird,indem durch Antreiben des Elektromotors 2a die Ansaugluftvorverdichtet und die schon vorverdichtete zurückgeführt wird. Dieser Mechanismusist in 3 gezeigt. Wiein der Zeichnung gezeigt ist, sind zwei Mechanismen, die den Ladegrad verringern,in der Näheeines Verdichterrades 2c einer Turbine / eines Kompressors 2b desTurboladers 2 eingebaut. Der erste dieser Mechanismen verändert denAbstand zwischen dem Verdichterrad 2c und der Innenwandoberfläche desTurboladers 2. Bei diesem Mechanismus ist ein Teil desInnenwandabschnitts des Turboladers 2 als beweglicher Wandabschnitt 2d ausgebildet.
    [0033] Derbewegliche Wandabschnitt 2d ist in der Zeichnung in einemZustand gezeigt, in dem er ganz nach links in der Zeichnung bewegtworden ist. Jedoch ist es ebenso möglich, den beweglichen Wandabschnitt 2d mittelshydraulischem Druck, der die Bewegung steuert, zu der Position zubewegen, die in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie gezeigtist. Der in der Zeichnung gezeigte Zustand ist ein Zustand, dereine großeQuerschnittsflächeder Ansaugleitung liefert, wodurch der Ladegrad verringert wird.Währendeiner "normalen" Aufladung, d.h. nichtwährendder Anwärmphasedes Verbrennungsmotors (d.h. wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotorserhöhtwird), befindet sich der bewegliche Wandabschnitt 2d inder durch die gestrichelte Linie in der Zeichnung gezeigten Position.Der bewegliche Wandabschnitt 2d wird unter Ver wendung eines Ölkanals 2e,die in dem Turbolader 2 ausgebildet ist, und einer Pumpe 2f,die den Öldruckin dem Ölkanal 2e erhöht odervermindert, bewegt. Die Pumpe 2f ist mit der ECU 6 verbunden,die die Position des beweglichen Wandabschnitts 2d steuert.Der bewegliche Wandabschnitt 2d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsformist ringförmig,doch kann er auch so ausgebildet sein, dass sich nur ein Abschnittdes ringförmigenAbschnitts bewegt (z.B. kann er auch in Form mehrere beweglicherAbschnitte gebildet sein, die in vorbestimmten Intervallen in einemKreis angeordnet sind).
    [0034] Derzweite Mechanismus, der den Ladegrad verringert, umfasst eine Mehrzahlvon Vorsprüngen 2d,so derart hervorragen, dass sie den von dem Verdichterrad 2c desTurboladers 2 ausgestoßenenAnsaugluftstrom blockieren. Die Vorsprünge 2g in der Zeichnungsind in vorbestimmten Intervallen in einem Kreis angeordnet. EinBasisendabschnitt jedes Vorsprungs 2g ist in einem in demTurbolader 2 ausgebildeten ringförmigen Ölkanal 2h angeordnet.Wenn der Hydraulikdruck in dem Ölkanal 2h hochist, werden diese Vorsprünge 2g nachaußengezwungen, so dass sie in die Ansaugleitung 4 hineinragen.Wenn der Hydraulikdruck in dem Ölkanal 2h niedrigist, ziehen sich die Vorsprünge 2g zurück, so dasssie nicht längerin die Ansaugleitung 4 hineinragen. In 3 sind die Vorsprünge 2g in die Ansaugleitung 4 hervorragendgezeigt. Wenn sich die Vorsprünge 2g in diesemZustand befinden, erzeugen sie eine Störung in der Strömung derAnsaugluft, wodurch der Ladegrad herabgesetzt wird. Der Ölkanal 2h istmit einer Pumpe 2i verbunden, die den Hydraulikdruck indem Ölkanal 2h erhöht und verringert.Diese Pumpe 2i ist mit der ECU 6 verbunden, diedie Positionen der Vorsprünge 2g steuert.
    [0035] Wennder Elektromotor 2a angetrieben wird, um den Verbrennungsmotoranzuwärmen(und auch, wenn bei dieser beispielhaften Ausführungsform die vorverdichteteAnsaugluft rückgeführt wird),kann die Temperatur der Ansaugluft durch Verringern des Ladegradesmittels dieser Mechanismen erhöhtwerden. Mit einem äquivalentenDruckverhältnis(d.h. dem Druckverhältniszwischen der strömungsaufwärts gelegenenSeite des Turboladers 2 und der strömungsabwärts gelegenen Seite des Turboladers 2)und einer äquivalentenStrömungsrateist die Erhöhungder Temperatur des Ansaugluftstromes umso größer je niedriger der Ladegradist. Um eine Erhöhungder Leistung des Verbrennungsmotors 1 zu erreichen, istes besser, die Temperatur der Ansaugluft zu verringern, die Dichteder Ansaugluft zu erhöhen, denLadegrad zu verbessern und die Menge an Luft, die in den Zylindergeladen wird, zu erhöhen.Bei dieser beispielhaften Ausführungsformwird jedoch gerade das Gegenteil getan. Das heißt, der Ladegrad wird gezieltverringert, um die Temperatur der Ansaugluft zu erhöhen undferner das "Anwärmvermögen" des Verbrennungsmotorszu verbessern.
    [0036] DieVerringerung des Ladegrades mit Hilfe des beweglichen Wandabschnitts 2d unddie Verringerung des Ladegrades mit Hilfe der Vorsprünge 2g können beidegleichzeitig ausgeführtwerden, oder es kann jeweils nur eine von beiden Möglichkeiten ausgeführt werden.Werden beide Möglichkeiten gleichzeitigausgeführt,kann der Ladegrad wirksamer reduziert werden. wenn der Ladegradverringert wird, verlangsamt sich die Drehzahl der Turbine / des Kompressors 2b.Um dieser Verlangsamung der Drehzahl der Turbine / des Kompressors 2b entgegenzuwirken,wird der Elektromotor 2a mit erhöhter Kraft angetrieben, sodass die Turbine / der Kompressor 2b auf einer hohen Drehzahlgehalten wird, was die Temperatur bei der adiabatischen Kompression erhöht, wodurches möglichist, einen großen Anwärmeffektzu erzielen. Selbst wenn der Elektromotor 2a nicht miterhöhterKraft, sondern mit konstanter Kraft angetrieben wird, kann jedocheine Verbesserung des Anwärmvermögens erreichtwerden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Verbesserung des Anwärmevermögens, nachdemder Ladegrad mit Hilfe der oben beschriebenen Mechanismen verringertworden ist, um den durch den Turbolader 2 erzeugten Ladedruck aufeinen vorbestimmten Wert zu bringen, dadurch wirksam erreicht werden,dass die Antriebskraft des Elektromotors 2a gesteuert wird.
    [0037] DieErfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt. ZumBeispiel dient bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformdas Schaltventil 11, welches ein Dreiwegeventil ist, alsdas Ansaugluftstrom-Umlenkmittel. An Stelle des einen Schaltventils 11 istes jedoch auch möglich,zwei Ventile zu verwenden, um die gleiche Funktion auszuführen. Dasheißt,durch Bereitstellen eines Ventils, das die Leitung auf der rechtenSeite des Schaltventils in 1 öffnet und schließt, undeines Ventils, das die Leitung auf der linken Seite des Schaltventilsin der gleichen Zeichnung öffnetund schließt,und ein Öffneneines der Ventile währenddas andere geschlossen ist, ist es möglich, die Ansaugluft so zuleiten, dass sie nur in die offene Leitung strömt.
    [0038] Darüber hinauswird bei dieser Ausführungsformdie Temperatur der Ansaugluft mit Hilfe des Temperatursensors 10 überwacht,und das Schaltventil 11 wird in Abhängigkeit davon, ob die erfasste Temperaturder Ansaugluft gleich wie oder größer als die vorbestimmte Temperaturist, geschaltet. Wenn jedoch die Temperatur der Ansaugluft während des Startensdes Verbrennugnsmotors 1 von dem Temperatursensor 10 einmalerfasst wurde und die Temperatur zu diesem Zeitpunkt unterhalb desvorbestimmten Wertes liegt, kann das Schaltventil 11 auch für eine vorbestimmteZeitspanne in eine Position geschaltet werden, in der die Ansaugluftströmungsaufwärts rückgeführt wird(und kann anschließendin eine Position geschaltet werden, in der wie üblich der Ansaugluftstrom zudem Zylinder 15 geleitet wird).
    [0039] Darüber hinauswerden bei der obigen beispielhaften Ausführungsform die von dem Temperatursensor 10 erfasstenErgebnisse auch verwendet, wenn das Schaltventil 11 aufder Grundlage des Betriebszustandes des Elektromotors 2a beimAnwärmenvor dem Start des Verbrennungsmotors geschaltet wird. Alternativkann jedoch das Schaltventil 11 auf der Grundlage geradedes Betriebszustandes des Elektromotors 2a beim Anwärmen vordem Start des Verbrennungsmotors geschaltet werden (d.h. alleinauf der Grundlage, ob der Elektromotor 2a zum Anwärmen vordem Start betrieben wird), ohne die von dem Temperatursensor 10 erfasstenErgebnisse zu verwenden. Wenn zum Beispiel der Elektromotor 2a zumAnwärmenvor dem Start des Verbrennungsmotors betrieben wird, kann das Schaltventil 11 für eine vorbestimmteZeitspanne in die Position geschaltet werden, in der der Ansaugluftstromströmungsaufwärts zurückgeführt wird(und kannanschließendin die Position geschaltet werden, in der der Ansaugluftstrom wiegewöhnlichzu dem Zylinder 15 geleitet wird).
    [0040] Ferner,selbst wenn der Auflader, der von dem Elektromotor angetrieben wird,in Reihe in der Ansaugleitung angeordnet ist (z.B. wenn ein Auflader,der nur durch einen Elektromotor angetrieben wird, und ein durchden Verbrennungsmotor angetriebener Auflader in Reihe geschaltetsind), kann der Ansaugluftstrom mehrere Male von dem motorbetriebenenAuflader vorverdichtet werden. Selbst bei dieser Art der Steuerungkann die Temperatur der Ansaugluft durch wiederholte Aufladung derLuft mit dem Turbo lader 2, der den Elektromotor 2a aufweist, erhöht werden,wodurch eine wirksame Anwärmung desVerbrennungsmotors erreicht werden kann.
    [0041] Obwohldie Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben ist,ist es klar, dass die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformenbeschränktist. Die Erfindung umfasst vielmehr auch verschiedene Modifikationen und äquivalenteAnordnungen. Ferner, obwohl die verschiedenen Elemente der beispielhaftenAusführungsformenin verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind,die beispielhaft sind, liegen weitere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehroder weniger Elementen oder nur einem Element, ebenfalls innerhalbdes Geistes und Umfangs der Erfindung.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1),der in einem Fahrzeug eingebaut ist und einen Auflader (2)umfasst, der entlang einer Ansaugleitung (4) des Verbrennungsmotors(1) angeordnet ist und durch einen Elektromotor (2a)angetrieben wird, wobei die Steuerungsvorrichtung ein Anwärmzeitverdichtungsmittel(5, 6) zum Antrieb bzw. Ansteuerung des Elektromotors(2a) aufweist, um eine Verdichtung während einer Anwärmung des Verbrennungsmotors(1) auszuführen, dadurchgekennzeichnet, dass sie darüberhinaus ein Verdichtungswiederholungsmittel (4, 11)umfasst, um die Ansaugluft, die dem Verbrennungsmotor (1)zugeführt werdensoll, mit Hilfe des Anwärmzeitverdichtungsmittels(5, 6) mehrmals zu verdichten.
    [2] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Aufwärmzeitverdichtungsmittel(5, 6) den Verbrennungsmotor (1) anwärmt, bevorder Verbrennungsmotor (1) gestartet wird.
    [3] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass das Verdichtungswiederholungsmittel (11, 14)eine Verbindungsleitung (14) umfasst, die die Ansaugleitungströmungsaufwärts vondem Auflader (2) mit der Ansaugleitung strömungsabwärts vondem Auflader (2) verbindet, und ein Ansaugluftstrom-Umlenkmittelumfasst, um den Strom der durch den Auflader (2) verdichteten Ansaugluftumzulenken, so dass die Ansaugluft entweder über die Verbindungsleitung(14) zu der strömungsaufwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung (14) zurückgeführt oder zu der strömungsabwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung (4) geleitet wird, und dass dasVerdichtungswiederholungsmittel (11, 14) das Ansaugluftstrom-Umlenkmittelauf der Grundlage des Be triebszustandes des Elektromotors (2a)gemäß dem Aufwärmzeitverdichtungsmittel(5, 6) steuert.
    [4] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass das Ansaugluftstrom-Umlenkmittel ein Schaltventil (11)umfasst.
    [5] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurchgekennzeichnet, das es ferner umfasst: – ein Pumpvorhersagemittel(6, 8, 9) zur Vorhersage des Auftretenseines Pumpens in dem Auflader (2); und – ein Pumpunterdrückungsmittel(11, 14), um die durch den Auflader (2)verdichtete Ansaugluft mit Hilfe des Ansaugluftstrom-Umlenkmittels(11) zu der strömungsaufwärts gelegenenSeite der Ansaugleitung (4) zurückzuführen, wenn das Pumpvorhersagemittel(6, 8, 9) vorhersagt, dass ein Pumpenin dem Auflader (2) eintreten wird.
    [6] Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Ladegradverringerungsmittelzur Verringerung eines Ladegrades des Aufladers (2) während desAnwärmensdes Verbrennungsmotors (1) durch das Aufwärmzeitverdichtungsmittels(5, 6) umfasst.
    [7] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Ladegradverringerungsmittel einen Mechanismus (2d)umfasst, der den Abstand zwischen einem Verdichterrad (2c)des Aufladers und einer Innenwandoberfläche des Aufladers (2)verändert.
    [8] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurchgekennzeichnet, dass das Ladegradverringerungsmittel einen Vorsprung(2g) umfasst, der derart hervorragt, dass der durch dasVerdichterrad (2c) des Aufladers (2) ausgestoßene Ansaugluftstromblockiert wird.
    [9] Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Aufladewiederholungsmittel (11, 14) wiederholtAnsaugluft zurückführt unddie dem Verbrennungsmotor (1) zuzuführende Ansaugluft mit Hilfedes Aufwärmzeitverdichtungsmittels(5, 6) mehrmals verdichtet und auflädt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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