专利摘要:
EinAusgang eines Verdichters eines Abgasturbinen-Turboladers und einEingang einer Abgasturbine werden miteinander über eine Bypassleitung verbunden,wobei ein Bypassventil vorgesehen ist. Wenn sich die Laufbedingungeines Dieselmotors in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit undhoher Last befindet, wird das Bypassventil mittels einer Ventilsteuereinrichtung gesteuert,um die Bypassleitung zu öffnen.Dann fließtdie zugeführteLuft teilweise in eine Abgasleitung, um die Drehgeschwindigkeitder Abgasturbine zu erhöhen,sodass die Flussrate der zugeführtenLuft am Ausgang des Dieselmotors erhöht wird. Wenn die Flussrateder zugeführtenLuft erhöhtwird, wird außerdemverhindert, dass sich die Betriebsbedingung eines Verdichters demPumpbereich nähert.
公开号:DE102004024861A1
申请号:DE200410024861
申请日:2004-05-19
公开日:2004-12-30
发明作者:Takumi Oyama Ito;Toshihiko Oyama Nishiyama;Yasuyuki Oyama Onodera
申请人:Komatsu Ltd;
IPC主号:F02B3-06
专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einerLuftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegendeErfindung einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbinen-Turboladerund einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung,die dafürausgebildet ist, einen Verdichter mittels des Abgases für das Turboladenanzutreiben.
[0002] Essind Verbrennungsmotoren wie etwa Benzinmotoren und Dieselmotorenbekannt, die mit einem Abgasturbinen-Turbolader ausgestattet sind. DerAbgasturbinen-Turbolader dreht eine Turbine, indem er den Druckdes Abgases aus dem Verbrennungsmotor nutzt, und treibt weiterhineinen Verdichter durch die Drehkraft der Turbine an, um den Verbrennungsmotorturbozuladen. Weiterhin sind Verbrennungsmotoren bekannt, die miteinem Abgasturbinen-Turbolader und weiterhin mit einem Bypasskreisausgestattet sind, der den Ausgang des Verdichters mit dem Eingangder Turbine verbindet (siehe z.B. die offengelegte japanische PatentanmeldungNr. 2001-165000, Seiten 9-10, 1).
[0003] Verbrennungsmotorenmit einem Bypasskreis könnenein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) des Motors effizient betreiben.Ein EGR-System reduziert die Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft,indem es einen Teil des Abgases zu der Einlassseite des Verbrennungsmotorsführt und dieVerbrennungstemperatur des Verbrennungsmotors vermindert, um dieErzeugung von Stickstoffoxiden (NOx) im Abgas zu unterdrücken. Verbrennungsmotorenmit einem EGR-Systemsind derart aufgebaut, dass die Emissionsrate von NOx überwacht wirdund eine Abgasrezirkulation durchgeführt wird, wenn die Emissionsratehöher alsein vorbestimmter Wert wird. Wenn der Lufteinlassdruck des Verbrennungsmotorshöher alsder Abgasdruck ist und das Abgas zu der Lufteinlassseite fließt, wirdder Bypasskreis geöffnet,damit die Einlassluft teilweise in den Abgaspfad fließen kannund den Lufteinlassdruck reduziert, um die Rezirkulation des Abgaseszu unterstützen.Mit dieser Steueranordnung kann die EGR effizient durchgeführt werden.
[0004] Beieinem Motor in einer Baumaschine wie etwa einer Hydraulikschaufeltreten Situationen auf, in denen eine hohe Ausgabe bei einem Betriebmit niedriger Geschwindigkeit erforderlich ist (großes Drehmomentbei niedriger Geschwindigkeit). Wenn ein Abgasturbinen-Turboladermit einem Motor für eineBaumaschine kombiniert ist und ein sehr effizienter Betriebspunkt,der auf der Seite einer kleineren Flussrate relativ zu der Drosselflussratedes Verdichters liegt, als Ratenpunkt für den Motor verwendet wird,kann sich der Betriebspunkt des Verdichters in der Nähe des Pumpbereichsbefinden, wo der Verdichter insbesondere dann instabil arbeitet,wenn der Verdichter füreine niedrige Geschwindigkeit und eine hohe Last betrieben wird.
[0005] Insbesonderewenn ein Motor wie oben beschrieben mit einem EGR-System versehenist, muss der Turbolader den Motor mit einem hohen Druckverhältnis turboladen,um ein Lufteinlassvolumen sicherzustellen, das dem erforderlichenAusgabepegel entspricht, weil das Abgas teilweise zu der Lufteinlassseitezurückgeführt wird,um das Volumen des Lufteinlasses zu reduzieren. Ein Verdichter desTurbolader-Typsmit einem hohen Druckverhältnisneigt dazu, währenddes Betriebs den Bereich zwischen der Drosselflussrate, die sichim betriebsfähigenFlussratenbereich befindet, und der Pumpflussrate zu reduzieren.Es ist also schwierig, einen Abgasturbinen-Turbolader zu finden,der dem Motor entspricht.
[0006] DieVerwendung eines Verdichters mit einem breiten Bereich kann nützlich sein,um eine Kombination aus einem Motor und einem Abgasturbinen-Turboladerzu vermeiden, die dazu führt,dass der Betriebspunkt des Verdichters den Pumpbereich bei niedrigerGeschwindigkeit und hoher Last erreicht. Verdichter mit einem breitenBereich weisen jedoch gewöhnlichein niedriges Druckverhältnisauf und sind nicht füreine hohe Drehgeschwindigkeit ausgebildet. Deshalb ist ein Verdichtermit einem breiten Bereich nicht für ein Turboladen mit hohemDruckverhältnisgeeignet.
[0007] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotoranzugeben, der ein Pumpen durch Verwendung eines Verdichters miteinem hohen Druckverhältnisund einer hohen Drehgeschwindigkeit vermeiden kann und ein hervorragendesDrehmoment bei niedriger Geschwindigkeit erhalten kann.
[0008] EinVerbrennungsmotor mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung umfasst: einen Turbolader mit einem Verdichter zum Einlassenund Verdichten von Außenluftsowie zum Zuführenderselben zu dem Verbrennungsmotor, und mit einer Abgasturbine zum Betreibendes Verdichters; einen Verbindungspfad, der den Ausgang des Verdichtersmit dem Eingang der Abgasturbine verbindet; ein Schaltventil, dasin dem Verbindungspfad angeordnet ist; einen Laufbedingungs-Detektorzum Feststellen der Laufbedingung des Verbrennungsmotors; und eineSchaltventil-Öffnungssteuereinrichtungzum Öffnendes Schaltventils, wenn in Reaktion auf ein Signal von dem Laufbedingungs-Detektorbestimmt wird, dass sich die Laufbedingung des Verbrennungsmotorsin einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last befindet.
[0009] Beider oben beschriebenen Anordnung steuert und öffnet die Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtungdas Schaltventil des Verbrennungsmotors in einem Bereich mit niedrigerGeschwindigkeit und hoher Last währenddes Betriebs des Verbrennungsmotors, sodass die zugeführte Luftteilweise in den Eingang der Abgasturbine fließt, ohne durch den Verbrennungsmotorzu gehen. Dadurch wird der Drosselgrad des Verdichtungssystemkreisesgeändert,wobei sich der Betriebspunkt des Verdichters zu der Seite mit großem Flussbewegt, wenn der Verbrennungsmotor mit niedriger Geschwindigkeitbetrieben wird. Außerdemerhöhtsich die Arbeit der Abgasturbine, weil die zugeführte Luft teilweise zu dem Eingangder Abgasturbine fließt,sodass folglich die Drehgeschwindigkeit der Abgasturbine zunimmt.Das hat zur Folge, dass der Betriebspunkt des Verdichters von derPumpgrenze entfernt wird, wodurch der Betrieb des Verdichters stabilisiertwird und das zu dem Verbrennungsmotor zugeführte Luftvolumen erhöht wird,sodass das Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit erhöht wird.
[0010] Weilaußerdemder Arbeitsbereich des Verdichters effizient eine Annäherung anden Pumpbereich innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs desVerbrennungsmotors verhindert, kann ein Verdichter mit einem hohenDruckverhältnisund einer hohen Drehgeschwindigkeit verwendet werden, um einen größeren Freiheitsgradfür dieAuswahl/den Entwurf des Verdichters relativ zu dem vorgesehenenBetriebsbereich des Verbrennungsmotors vorzusehen.
[0011] DasSchaltventil kann ein sogenanntes EIN/AUS-Steuerschaltventil mit zwei Positionensein, das dafürausgebildet ist, den Verbindungspfad vollständig zu öffnen, vollständig zuschließenoder halb zu öffnen,oder aber ein Ventil mit mehreren Positionen, das dafür ausgebildetist, den Öffnungsgraddes Kommunikationspfads kontinuierlich in vier oder mehr als vierStufen einzustellen.
[0012] Vorzugsweiseist in einem Verbrennungsmotor mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung das Schaltventil derart ausgebildet, dass es den Öffnungsgradeinstellen kann.
[0013] Weilbei dieser Anordnung das Schaltventil derart eingestellt ist, dasses den Öffnungsgradeinstellen kann, kann es derart gesteuert werden, dass es den kleinstenerforderlichen Öffnungsgradin Reaktion auf die Laufbedingung des Verbrennungsmotors aufweist.Dadurch kann die Flussrate der Zufuhrluft, die in den Verbindungspfadfließt,minimiert werden, um die Flussrate der in den Verbrennungsmotor fließenden Zufuhrluftzu erhöhen.Wenn zum Beispiel verschiedene Ausgabepegel für denselben Verbrennungsmotorspezifiziert werden, könnendiese flexibel untergebracht werden, indem die entsprechenden Öffnungsgradedes Schaltventils in Abhängigkeit vonden entsprechenden Drehmomenten bei niedrigen Geschwindigkeitenspezifiziert werden.
[0014] Vorzugsweiseist bei einem Verbrennungsmotor mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung der Laufbedingungs-Detektor ein Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektor,der dafürausgebildet ist, die Betriebsbedingung des Turboladers festzustellen,wobei die Schaltventil-Öffnungssteuervorrichtungdazu ausgebildet ist, das Schaltventil zu öffnen, wenn in Reaktion aufein Signal aus dem Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektor bestimmtwird, dass die Betriebsbedingung des Verdichters in der Nähe des Pumpbereichsliegt.
[0015] Beidieser Anordnung stellt der Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektor die Betriebsbedingungdes Verdichters fest, und wenn die Betriebsbedingung des Verdichtersin der Nähedes Pumpbereichs liegt, steuert und öffnet die Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtungdas Schaltventil. Dadurch wird die Flussrate der Zufuhrluft in denVerdichter erhöhtund wird die Betriebsbedingung des Verdichters von dem Pumpbereichweg bewegt, um den Betrieb des Verdichters zu stabilisieren.
[0016] Weilaußerdemdie Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtungdie festgestellten Werte aus dem Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektor überwacht, wirddie Betriebsbedingung des Verdichters direkt überwacht, sodass die Betriebsbedingungdes Verdichters zuverlässigvon dem Pumpbereich entfernt wird. Dies steht im Gegensatz zu einerAnordnung, bei der die Betriebsbedingung des Verdichters auf derBasis der Laufbedingung des Verbrennungsmotors geschätzt wird.
[0017] Vorzugsweiseumfasst bei einem Verbrennungsmotor mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung der Laufbedingungs-Detektor einen Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektorzum Feststellen des in den Verbrennungsmotor eingespritzten Kraftstoffvolumensund einen Verbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeits-Detektor zum Feststellender Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors, wobei die Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtungdafür ausgebildetist, das Schaltventil zu öffnen,wenn auf der Basis des durch den Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektorfestgestellten Kraftstoffeinspritzvolumens und auf der Basis derdurch den Verbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeits-Detektor festgestelltenDrehgeschwindigkeit bestimmt wird, dass sich die Laufbedingung desVerbrennungsmotors in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit undhoher Last befindet oder dass sich die Betriebsbedingung des Verdichtersin der Nähedes Pumpbereichs befindet.
[0018] Beidieser Anordnung wird die Laufbedingung des Verbrennungsmotors aufder Basis des Kraftstoffeinspritzvolumens und der Verbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeiterfasst, sodass wenn die festgestellten Werte innerhalb eines Bereichsliegen, der dem vordefinierten Bereich der Laufbedingung entspricht,und deshalb bestimmt wird, dass die Laufbedingung des Verbrennungsmotorsin einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last liegt, oderwenn die Betriebsbedingung des Verdichters in der Nähe des Pumpbereichsliegt, die Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtungdas Schaltventil steuert und öffnet.Dann fließtdie Zufuhrluft fürden Verdichter teilweise zu dem Eingang der Abgasturbine, um dieDrehgeschwindigkeit der Abgasturbine und damit die Luftflussratedes Verdichters zu erhöhen.Dadurch wird das Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit der Abgasturbineund damit die Luftflussrate des Verdichters erhöht. Dadurch wird das Drehmomentbei niedriger Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors erhöht, um effektivzu verhindern, dass die Betriebsbedingung des Verdichters den Pumpbereicherreicht.
[0019] Weildas Kraftstoffeinspritzvolumen und die Drehgeschwindigkeit des VerbrennungsmotorsFeststellungsparameter sind, die gewöhnlich für die Steuerung des Betriebsdes Verbrennungsmotors verwendet werden, kann die Laufbedingungdes Verbrennungsmotors einfach unter Verwendung dieser festgestelltenWerte festgestellt werden. Deshalb kann die Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtungohne einen zusätzlichenDetektor konfiguriert werden.
[0020] Vorzugsweiseumfasst bei einem Verbrennungsmotor mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuereinrichtunggemäß der vorliegendenErfindung der Laufbedingungs-Detektor einen Zufuhrluftdruck-Detektor zum Feststellendes Zufuhrluftdrucks des Turboladers und einen Zufuhrluft-Flussraten-Detektorzum Feststellen der Zufuhrluft-Flussrate des Turboladers, wobeidie Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtungdafür ausgebildetist, das Schaltventil zu öffnen,wenn auf der Basis des durch den Zufuhrluftdruck-Detektors festgestelltenZufuhrluftdrucks oder auf der Basis der durch den Zufuhrluft-Flussraten-Detektorfestgestellten Zufuhrluft-Flussrate bestimmt wird, dass die Laufbedingungdes Verbrennungsmotors in einem Bereich niedriger Geschwindigkeitund hoher Last liegt oder dass die Betriebsbedingung des Verdichtersin der Nähedes Pumpbereichs liegt.
[0021] Beidieser Anordnung wird die Betriebsbedingung des Verdichters aufder Basis des Zufuhrluftdrucks und der Zufuhrluft-Flussrate desVerdichters erfasst, sodass zuverlässig verhindert wird, dasssich die Betriebsbedingung des Verdichters dem Pumpbereich annähert, indemdie Betriebsbedingung des Verdichters direkt unter Verwendung derfestgestellten Werte überwachtwird und das Schaltventil entsprechend gesteuert wird. Dadurch wirdder Betrieb des Verdichters stabilisiert.
[0022] Beieinem Verbrennungsmotor mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung umfasst der Laufbedingungs-Detektor vorzugsweise einenTurbolader-Drehgeschwindigkeits-Detektorzum Feststellen der Drehgeschwindigkeit des Turboladers und einenZufuhrluft-Flussraten-Detektorzum Feststellen der Zufuhrluftflussrate des Turboladers, wobei dieSchaltventil-Öffnungsteuereinrichtungdafür ausgebildetist, das Schaltventil zu öffnen,wenn auf der Basis der durch den Turbolader-Drehgeschwindigkeit-Detektor festgestelltenTurbolader-Drehgeschwindigkeit und der durch den Zufuhrluft-Flussraten-Detektorfestgestellten Zufuhrluftflussrate bestimmt wird, das sich die Laufbedingungdes Verbrennungsmotors in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit/hoherLast befindet oder dass sich die Betriebsbedingung des Verdichtersin der Nähedes Pumpbereichs befindet.
[0023] Beidieser Anordnung wird die Betriebsbedingung des Verdichters aufder Basis der Drehgeschwindigkeit des Turboladers und der Luftflussrate derdurch den Turbolader zugeführtenLuft bestimmt; sodass zuverlässigverhindert wird, dass die Öffnungsbedingungdes Verdichters sich dem Pumpbereich annähert, indem die Betriebsbedingungdes Verdichters unter Verwendung der festgestellten Werte direkt überwachtwird und das Schaltventil entsprechend gesteuert wird. Dadurch wirdder Betrieb des Verdichters stabilisiert.
[0024] 1 ist eine schematischeDarstellung eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer ersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
[0025] 2 ist eine schematischeDarstellung der Map eines Speicherabschnitts einer Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung.
[0026] 3 ist ein Flussdiagrammdes Betriebs einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung.
[0027] 4 ist eine schematischeDarstellung eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
[0028] 5 ist eine schematischeDarstellung einer Map eines Speicherabschnitts einer Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsformder Erfindung.
[0029] 6 ist ein Flussdiagrammdes Betriebs einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung gemäß der zweitenAusführungsformder Erfindung.
[0030] 7 ist eine schematischeDarstellung eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer dritten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
[0031] 8 ist eine schematischeDarstellung einer Map eines Speicherabschnitts einer Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung gemäß der drittenAusführungsformder Erfindung.
[0032] 9 ist eine schematischeDarstellung einer modifizierten Map des Speicherabschnitts der Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung gemäß der Erfindung.
[0033] 10 ist eine schematischeDarstellung eines modifizierten Verbrennungsmotorsystems gemäß der vorliegendenErfindung.
[0034] 11 ist eine schematischeDarstellung eines anderen modifizierten Verbrennungsmotorsystemsgemäß der vorliegendenErfindung.
[0035] ImFolgenden werden Ausführungsformen dervorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.In den Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung werden identischeoder ähnlicheKomponenten durchwegs durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobeiauf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtetwird.
[0036] 1 ist eine schematischeDarstellung des Systems eines Dieselmotors (Verbrennungsmotors) 1,auf den die erste Ausführungsformangewendet ist. Wie in 1 gezeigt,umfasst der Dieselmotor 1 einen Motorhauptkörper 2 miteiner Vielzahl von darin ausgebildeten Verbrennungskammern (vierin dieser Ausführungsform),eine Luftzufuhrleitung 3 zum Zuführen von Luft zu den Verbrennungskammern,eine Abgasleitung 4 zum Führen des Abgases aus den Verbrennungskammern,einen Kühlmechanismus 5 zumKühlendes Dieselmotors 1, eine Motorsteuereinrichtung 10 zumSteuern des Betriebs des Motorhauptkörpers 2 und einenAbgasturbinen-Turbolader (Turbolader) 20, der die Zufuhrluftverdichten kann, um den Motorhauptkörper 2 mit Luft turbozuladen.
[0037] EinEinlasskrümmer 3A istzwischen der Luftzufuhrleitung 3 und dem Motorhauptkörper 2 angeordnet,um die von der Luftzufuhrleitung 3 zugeführte Luftauf die Verbrennungskammern aufzuteilen. Ein Auslasskrümmer 4A istzwischen dem Motorhauptkörper 2 undder Auslassleitung 4 angeordnet, um das Abgas kollektivvon den Verbrennungskammern zu der Auslassleitung 4 zuführen.
[0038] DerKühlmechanismus 5 umfassteine Pumpe 8, die durch eine Kurbelwelle (nicht gezeigt)und ähnlichesim Motorhauptkörper 2 angetriebenwird, sodass das durch die Pumpe 8 zugeführte Kühlwasserdie zu kühlendenKomponenten einschließlich desMotorhauptkörpers 2 desDieselmotors 1, des Abgasturbinen-Turboladers 20, eines Ölkühlers (nichtgezeigt) und ähnlichemkühlt undanschließend durcheinen Kühler 6 imKühlmechanismus 5 abgekühlt wird.Ein Nachkühler 7 istin der Mitte der Luftzufuhrleitung 3 angeordnet, um diedurch den Abgasturbinen-Turbolader 20 verdichtete Luftzu kühlen.
[0039] DerKühler 6 undder Nachkühler 7 sindauf dem Motorhauptkörper 2 angeordnet,wobei sowohl die Kühlungswirkungdes Kühlers 6 alsauch die Kühlungswirkungdes Nachkühlers 7 durcheinen Ventilator 9 beschleunigt werden, der gewöhnlich durchdie Kurbelwelle angetrieben wird.
[0040] DieMotorsteuereinrichtung 10 ist mit einem Detektor (Laufbedingungs-Detektor) 13 einschließlich einesMotordrehgeschwindigkeits-Detektors (Verbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeits-Detektors) 11 undeines Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektors 12 zum Feststellendes Volumens des in die Verbrennungskammern eingespritzten Kraftstoffsverbunden und ist dafürausgebildet, ein Feststellungssignal zu der MotordrehgeschwindigkeitN und ein Feststellungssignal zu dem KraftstoffeinspritzvolumenF von dem Detektor 13 zu empfangen. Die Motorsteuereinheit 10 erfasstdie Laufbedingung des Dieselmotors 1 auf der Basis derFeststellungssignale und steuert das Volumen des in die Verbrennungskammerneinzuspritzenden Kraftstoffs und auch den Zeitablauf der Kraftstoffeinspritzungin die Verbrennungskammern.
[0041] DerMotordrehgeschwindigkeits-Detektor 11 kann dafür ausgebildetsein, die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Motorhauptkörpers 2 oder ähnlichesfestzustellen, währendder Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektor 12 dafür ausgebildetsein kann, das Kraftstoffeinspritzvolumen oder ähnliches festzustellen, indemdie Position eines Reglers der Kraftstoffeinspritzpumpe festgestelltwird oder, wenn eine gemeinsame Druckleitung installiert ist, der Kraftstoffdruckan der gemeinsamen Druckleitung oder die Zeitperiode festgestelltwird, währendder ein Solenoidventil der Kraftstoffeinspritzdüse geöffnet ist.
[0042] DerAbgasturbinen-Turbolader 20 umfasst eine Abgasturbine 22,die in der Mitte der Abgasleitung 4 angeordnet ist, undeinen Verdichter 21, der in der Mitte der Luftzufuhrleitung 3 angeordnetist und mit der Abgasturbine 22 verbunden ist. Der Ausgang desVerdichters, der in der Mitte der Luftzufuhrleitung 3 angeordnetist, und der Eingang der Abgasturbine 4 sind miteinander über eineBypassleitung (einen Verbindungspfad) 23 verbunden, wobeidie Bypassleitung 23 mit einem Bypassventil (Schaltventil) 24 versehenist, um die Öffnungder Bypassleitung 23 einzustellen. Ein Kegelventil, einFlügelventil,ein Solenoidventil oder ein anderes geeignetes Ventil kann als Bypassventil 24 verwendetwerden. In dieser Ausführungsformwird ein Steuerventil mit zwei Positionen, das die Bypassleitung 23 wahlweiseentweder im vollständiggeöffnetenZustand oder in einem vollständiggeschlossenen Zustand hält,als Bypassventil 24 verwendet.
[0043] EineVentilsteuereinrichtung (Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung) 30 zumSteuern des Betriebs des Bypassventils 24 ist mit dem Bypassventil 24 verbunden.
[0044] Indieser Ausführungsformumfasst eine Luftzufuhr-Steuervorrichtung(Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung) 40 gemäß der Erfindungden Abgasturbinen-Turbolader 20, die Bypassleitung 23,das Bypassventil 24, den Detektor 13 und die Ventilsteuereinrichtung 30.Die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 dieser Ausführungsformumfasst außerdemdie Motorsteuereinrichtung 10, weil die Bypassventilsteuereinrichtung 30 über dieMotorsteuereinrichtung 10 mit dem Detektor 13 verbundenist.
[0045] DieVentilsteuereinrichtung 30 umfasst einen Eingabeabschnitt 31 zumEmpfangen der Detektorsignale von der Motorsteuereinrichtung 10,einen Speicherabschnitt 32 zum Speichern des optimalen Öffnungsgradesdes Bypassventils 24 in Entsprechung zu verschiedenen Eingangssignalenvon dem Eingangsabschnitt 31 als Map oder Tabelle, einenSteuerabschnitt 33 zum Bestimmen des optimalen Öffnungsgradesdes Bypassventils 24 auf der Basis der in dem Speicherabschnitt 32 gespeichertenInformation und einen Ausgabeabschnitt 34 zum Ausgeben eines Öffnungseinstellbefehls(Öffnungssteuersignal C)aus dem Steuerabschnitt 33.
[0046] Wiein 2 gezeigt, speichertder Speicherabschnitt 32 eine Map M1, die den ÖffnungsgradA des Bypassventils 24 in Entsprechung zu der Laufbedingungdes Dieselmotors 1 angibt. Die Map M1 wird gebildet, indemeine horizontale Achse, die die Motordrehgeschwindigkeit N wiedergibt,und eine vertikale Achse, die das Kraftstoffeinspritzvolumen F wiedergibt,verwendet werden, wobei die Map M1 den Öffnungsgrad A des Bypassventils 24 unddie Zeitperiode T, währendwelcher der ÖffnungsgradA gehalten wird, in Abhängigkeitvon der Laufbedingung des Dieselmotors 1 definiert.
[0047] Indieser Ausführungsformist der ÖffnungsgradA entweder A1, was 100% (vollständigoffen) entspricht und in einem Bereich niedriger Geschwindigkeitund hoher Last der Laufbedingung des Dieselmotors 1 gewählt wird,oder aber A0, was 0% (vollständiggeschlossen) entspricht und in allen anderen Bereichen der Laufbedingungdes Dieselmotors 1 gewähltwird. Mit anderen Worten und mit Bezug auf 1 wird der Öffnungsgrad A1 in einem Bereich (schraffierterBereich von 2) der Laufbedingung gewählt, indem die Motordrehgeschwindigkeit N relativ niedrig ist und das KraftstoffeinspritzvolumenF relativ hoch ist, währendder ÖffnungsgradA0 in allen anderen Bereichen gewählt wird. Die Zeitperiode, während welcherder ÖffnungsgradA1 gehalten wird, wird zuvor gleich einem vorbestimmten Wert T1definiert.
[0048] DerBereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last wird entsprechenddefiniert, indem die Leistung und der Arbeitsbereich des Dieselmotors 1 unddes Abgasturbinen-Turboladers 20 berücksichtigtwerden. Wenn zum Beispiel kein Turboladen stattfindet und das Drehmomentbei niedriger Geschwindigkeit in einem langsamen Geschwindigkeitsbereichnicht steigt, kann ein höheresDrehmoment bei niedriger Geschwindigkeit erforderlich sein. DerArbeitsbereich des Verdichters 21 kann sich demjenigendes Pumpbereichs annähern,wenn eine Last durch den Dieselmotors 1 auf den Verdichter 21 ausgeübt wird.Der Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last wird entsprechenddefiniert, indem diese Faktoren berücksichtigt werden.
[0049] DerDieselmotor 1 mit der oben beschriebenen Konfigurationwird wie folgt betrieben.
[0050] Wennder Dieselmotor 1 in Betrieb ist, treibt der Abgasturbinen-Turbolader 20 dieAbgasturbine 22 durch das Abgas an und treibt außerdem denVerdichter 21 an, um den Motorhauptkörper 2 turbozuladen.Die Motorsteuereinrichtung 10 erfasst die Laufbedingungdes Motorhauptkörpers 2 aufder Basis der Signale, die die Motordrehgeschwindigkeit N und dasKraftstoffeinspritzvolumen F des Motorhauptkörpers 2 wiedergeben,um das einzuspritzende Kraftstoffvolumen und den Zeitablauf derKraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammern zu steuern undFeststellungssignale zu der Motordrehgeschwindigkeit N und dem KraftstoffeinspritzvolumenF des Motors an die Ventilsteuereinrichtung 30 zu senden.
[0051] Wiein dem Flussdiagramm von 3 gezeigt,empfängtdie Ventilsteuereinrichtung 30 zuerst die Feststellungssignale,die die Motordrehgeschwindigkeit N und das KraftstoffeinspritzvolumenF des Motors wiedergeben, in Schritt 11 (S11) am Eingabeabschnitt 31.Dann vergleicht der Steuerabschnitt 33 in S13 die festgestelltenWerte mit der Map M1 in dem Speicherabschnitt 32 und bestimmtden ÖffnungsgradA des Bypassventils 24. Dann gibt der Steuerabschnitt 33 inS14 ein Öffnungssteuersignal C,das dem in S13 bestimmten ÖffnungsgradA entspricht, zu dem Ausgabeabschnitt 34 aus. Insbesonderegibt der Steuerabschnitt 33 ein Signal für eine vollständige Öffnung aus,wenn der ÖffnungsgradA gleich A1 ist, währendes ein Signal füreine vollständigeSchließungausgibt, wenn der ÖffnungsgradA gleich A0 ist. Wenn in S14 bestimmt wird, dass der in S13 bestimmte ÖffnungsgradA gleich A1 ist, schreitet der Steuerabschnitt 33 zu S15fort, in dem der Ausgabeabschnitt 34 ein Signal für eine vollständige Öffnung zudem Bypassventil 24 ausgibt, das die Bypassleitung 23 vollständig öffnet undden ÖffnungsgradA1 fürdie vorbestimmte Zeitdauer T1 aufrechterhält.
[0052] Wenndie Bypassleitung 23 vollständig geöffnet ist, fließt die Zufuhrluftteilweise durch die Bypassleitung 23 in die Abgasleitung 4,um den Abgasdruck zu erhöhen.Wenn der Abgasdruck steigt, steigt die Drehgeschwindigkeit der Abgasturbine 22 unddreht den Verdichter 21, sodass die Rate mit welcher derVerdichter 21 Luft zuführt,erhöhtwird, um das Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit des Dieselmotors 1 zuverstärken.
[0053] DasBypassventil 24 öffnetdie Bypassleitung 23 fürdie vorbestimmte Zeitperiode T1 vollständig und schließt danndie Bypassleitung 23 vollständig. Danach kehrt die Ventilsteuereinrichtung 30 zuS11 zurückund wiederholt die oben beschriebene Betriebssequenz für die Steuerungdes Bypassventils 24.
[0054] Wenndagegen in S14 bestimmt wird, dass der in S13 bestimmte ÖffnungsgradA gleich A0 ist, gibt der Ausgabeabschnitt 34 ein Signalfür einevollständigeSchließungzu dem Bypassventil 24, um das Bypassventil 24 ineinem vollständiggeschlossenen Zustand zu halten.
[0055] Aufdiese Weise muss die Abgasturbine 22 in einem Bereich niedrigerGeschwindigkeit und niedriger Last, in dem A0 für den Öffnungsgrad A des Bypassventils 24 gewählt wird,wegen der niedrigen Last nicht mit hoher Drehgeschwindigkeit betrieben werden.In einem Bereich hoher Geschwindigkeit dagegen kann ein normalerweiseerforderlicher Druckpegel sichergestellt werden, sodass der Verdichter 21 hervorragendbetrieben werden kann, indem die Abgasturbine 22 durchden Abgasdruck mit einer hohen Drehgeschwindigkeit angetrieben wird,wenn die Bypassleitung 23 vollständig geschlossen ist, sodass derMotorhauptkörper 2 daserforderliche Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit aufrechterhalten kann.
[0056] Wennder ÖffnungsgradA gleich A0 bzw. vollständiggeschlossen ist, muss der Ausgabeabschnitt 34 kein Signalfür einevollständigeSchließungausgeben. Mit anderen Worten kann die Ventilsteuereinrichtung 30 derartausgebildet sein, dass sie ein ÖffnungssteuersignalC überden Ausgabeabschnitt 34 nur dann ausgibt, wenn A1 bzw.ein vollständiggeöffneterZustand fürden ÖffnungsgradA gewähltwerden soll, währenddas Bypassventil 24 derart ausgebildet sein kann, dassdie Bypassleitung 23 vollständig geöffnet wird, wenn es ein ÖffnungssteuersignalC empfängt.
[0057] DerDieselmotor 1 mit der wie oben beschriebenen Luftzufuhr-Steuereinrichtung 40 bietetdie folgenden Vorteile. (1) Weil die Bypassleitung 23 vorgesehenist, die den Ausgang des Verdichters 21 mit dem Eingang derAbgasturbine 22 verbindet, und das Bypassventil 24 für eine vorbestimmteZeitdauer T1 vollständiggeöffnetwird, wenn sich die Laufbedingung des Dieselmotors 1 ineinem Beriech niedriger Geschwindigkeit und hoher Last befindet, fließt die Zufuhrluftin dieser Zeitperiode teilweise in die Abgasleitung 4,um den Abgasdruck zu erhöhenund die Flussrate der zu dem Verdichter 21 zugeführten Luftzu erhöhen.Dadurch kann das Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit des Motorhauptkörpers 2 verstärkt werden. (2) Weil die Flussrate der zu dem Verdichter 21 zugeführten Lufterhöhtwird, wenn die Bypassleitung 23 in einem Bereich niedrigerGeschwindigkeit und hoher Last vollständig geöffnet wird, kann der Verdichter 21 ineiner guten Bedingung und auf einer stabilen Basis betrieben werden,ohne dass sich deshalb der Arbeitsbereich 21 dem Pumpbereichannähert.Umgekehrt kann verhindert werden, dass sich der Arbeitsbereich des Verdichters 21 demPumpbereich annähert,indem eine Steuertechnik verwendet wird, die den Arbeitsbereichdes Verdichters 21 beträchtlich vergrößert. DieAnwendungsmöglichkeiteneines Verdichters 21 des betrachteten Typs für Dieselmotoren 1 werdenalso stark erweitert, wodurch die Nützlichkeit des Verdichters 21 verbessert wird. (3) Weil der Detektor 13 zum Feststellen der Laufbedingungdes Dieselmotors 1 Feststellungswerte, die für die Motorsteuereinrichtung 10 zurSteuerung des Motorhauptkörpers 2 erforderlichsind, von dem Motordrehgeschwindigkeits-Detektor 11 unddem Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektor 12 erhält, musskein zusätzlicherDetektor fürdie Ventilsteuereinrichtung 30 vorgesehen werden. Deshalbkann die Ventilsteuereinrichtung 30 einen einfachen Aufbauaufweisen, wodurch die Herstellungskosten für die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 reduziertwerden können. (4) Weil ein Steuerventil mit zwei Positionen für das Bypassventil 24 verwendetwird und der Öffnungsgradder Bypassleitung 23 derart gesteuert wird, dass er entwedervollständiggeöffnetoder vollständiggeschlossen ist, kann der Betrieb der Ventilsteuereinrichtung 30 vereinfachtwerden, sodass die Konfiguration des Steuerabschnitts 33 vereinfachtwerden kann.
[0058] Weilaußerdemein vorbestimmter Wert T1 fürdie Zeitperiode T gewähltwird, währendwelcher der ÖffnungsgradA des Bypassventils 24 vollständig geöffnet gehalten wird, kann derBetrieb zum Steuern der Öffnungdes Bypassventils 24 weiter vereinfacht werden.
[0059] Weilweiterhin der Speicherabschnitt 32 mit einer Map M1 versehenist, die den ÖffnungsgradA des Bypassventils 24 speichert, der die MotordrehgeschwindigkeitN und das Kraftstoffeinspritzvolumen F des Motors berücksichtigt,kann der Steuerabschnitt 33 den Öffnungsgrad A einfach bestimmen,indem er die festgestellten Werte aus dem Detektor 13 mitder Map M1 vergleicht. Dadurch kann die Konfiguration des Steuerabschnitts 33 weitervereinfacht werden.
[0060] ImFolgenden wird die zweite Ausführungsformder vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsformunterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsformdurch den Detektor 13 der Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 des Dieselmotors 1.
[0061] 4 ist eine schematischeDarstellung des Systems eines Dieselmotors 1, auf den diezweite Ausführungsformangewendet wird. Wie in 4 gezeigt,umfasst die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 einenDetektor 13 zum Feststellen der Laufbedingung des Dieselmotors 1,wobei der Detektor 13 ein Verdichter-Betriebsbedingungs-Detektorist und einen Zufuhrluftdruck-Detektor 14 zum Feststellendes Zufuhrluftdrucks P aus dem Verdichter 21 und einenZufuhrluftflussraten-Detektor 15 zum Feststellen der ZufuhrluftflussrateR von dem Verdichter 21 umfasst. Der Zufuhrluftdruck-Detektor 14 undder Zufuhrluftflussraten-Detektor 15 sindan dem Einlasskrümmer 3A angebracht,sodass sie den Zufuhrluftdruck P und die Zufuhrluftflussrate R vondem Verdichter 21 feststellen können, indem sie den Einlassdruckund die Einlassluftflussrate des Motorhauptkörpers 2 am Einlasskrümmer 3A feststellen.
[0062] Wiein 5 gezeigt, speichertder Speicherabschnitt 32 der Ventilsteuereinrichtung 30 eineMap M2, die den ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23 zeigt, der die Laufbedingung desDieselmotors 1 berücksichtigt.Die Map M2 wird unter Verwendung einer horizontalen Achse, die dieZufuhrluftflussrate R des Verdichters 21 wiedergibt, undeiner vertikalen Achse, die die Zufuhrluftflussrate wiedergibt,gebildet, um die Leistung des Verdichters 21 und die ZeitperiodeT, währendder der ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23 in Abhängigkeit von der Laufbedingungdes Dieselmotors 1 gehalten wird, anzugeben.
[0063] In 5 ist die Linie B die Pumpgrenzlinie, dieden Pumpbereich des Verdichters 21 definiert. Die Fläche in 5 an der unteren Zufuhrluftflussratenseiteund an der oberen Zufuhrluftflussratenseite relativ zu der PumpgrenzlinieB (die Flächelinks von der Pumpgrenzlinie B) ist der Teil des Pumpbereichs, indem der Betrieb des Verdichters 21 instabil ist.
[0064] Der ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23 ist in einem Bereich nahe an derPumpgrenzlinie B, in dem der Zufuhrluftdruck P und die Zufuhrluftflussrate Rrelativ niedrig sind, gleich A1 (vollständig geöffneter Zustand) definiert,währender in dem restlichen Bereich, in dem der Dieselmotor 1 mitniedriger Geschwindigkeit und hoher Last für den Verdichter 21 betriebenwird, gleich A0 (vollständiggeschlossener Zustand) definiert ist. Wie bei der ersten Ausführungsformwird die Zeitperiode T, währendwelcher der ÖffnungsgradA1 gehalten wird, zuvor gleich einem vorbestimmten Wert von Ta definiert.
[0065] Während dievertikale Achse eines gewöhnlichenLeistungsdiagramms füreinen Verdichter 21, das die Pumpgrenze des Verdichters 21 zeigt,normalerweise das Druckverhältniszwischen dem Eingangsdruck (atmosphärischer Druck) zu dem Ausgangsdruckwiedergibt, ist hier das Druckverhältnis mit dem atmosphärischenDruck multipliziert und in der Map M2 als Eingangsdruck (ZufuhrluftdruckP) gezeigt. Natürlichkann die vertikale Achse der Map M2 auch das Druckverhältnis wiedergeben,wobei der Steuerabschnitt 33 mit einem Berechnungsabschnittversehen sein kann, sodass das Druckverhältnis durch Berechnung ausdem Zufuhrluftdruck P bestimmt und anschließend mit der Map M2 verglichenwerden kann.
[0066] Inder Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 mit der oben beschriebenenKonfiguration empfängtdie Ventilsteuereinrichtung 30 den festgestellten Wert desZufuhrluftdrucks P aus dem Zufuhrluftdruck-Detektor 14 undden festgestellten Wert der Zufuhrluftflussrate R aus dem Zufuhrluftflussraten-Detektor 15 (S21)und vergleicht die empfangenen Werte mit der Map M2, die im Speicherabschnitt 32 desSteuerabschnitts 33 gespeichert ist (S22), bevor sie den ÖffnungsgradA (S23) bestimmt. Wenn der aus der Map M2 gewählte Öffnungsgrad A der Bypassleitung 23 gleichA1 (vollständiggeöffneterZustand – JAin S24) ist, gibt der Ausgabeabschnitt 34 ein ÖffnungseinstellsignalC aus, sodass das Bypassventil 24 die Bypassleitung 23 vollständig öffnet undden vollständig geöffnetenZustand fürdie vorbestimmte Zeitperiode T1 hält (S25).
[0067] Dannfließtdie Zufuhrluft teilweise in die Abgasleitung 4, um denAbgasdruck zu erhöhen.Dadurch wird die Drehgeschwindigkeit der Abgasturbine 22 erhöht, um dieZufuhrluftflussrate des Verdichters 31 zu erhöhen. Durchdie vollständige Öffnung derBypassleitung 23 wird der Betriebspunkt des Verdichters 21 vondem Punkt G zu dem Punkt H in 5 verschoben,um zu verhindern, dass der Betriebspunkt des Verdichters 21 inden Pumpbereich eintritt.
[0068] Wenndagegen der aus der Map M2 gewählte ÖffnungsgradA gleich A0 (vollständiggeschlossener Zustand) ist, gibt der Ausgabeabschnitt 34 des Steuerabschnitts 33 ein Öffnungs-Nicht-Einstell-Signalaus, um das Bypassventil 24 in dem vollständig geschlossenenZustand zu halten. Alternativ kann eine Anordnung vorgesehen werden,in welcher der Ausgabeabschnitt 34 kein Signal zu dem Bypassventil 24 ausgibt,damit das Bypassventil 24 und damit die Bypassleitung 23 indem vollständiggeschlossenen Zustand gehalten werden.
[0069] Dieoben beschriebene zweite Ausführungsformbietet zusätzlichzu den Vorteilen (1), (2) und (4) der ersten Ausführungsformdie folgenden Vorteile: (5) Weil der Speicherabschnitt 32 eineMap M2 speichert, die den ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23 in einem Leistungsdiagramm speichert, dasden Arbeitsbereich des Verdichters 21 zeigt, kann der ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23 derart relativ zu dem Arbeitsbereichgewähltwerden, dass eine Annäherungdes Arbeitsbereichs des Verdichters 21 an den Pumpbereichverhindert wird. Deshalb kann der Verdichter 21 stabil betriebenwerden, ohne dass sich der Betriebspunkt des Verdichters dem Pumpbereichnähert. (6) Weil der Detektor 13 ein Verdichter-Betriebsbedingungs-Detektorist, der einen Zufuhrluftdruck-Detektor 14 undeinen Zufuhrluftflussraten-Detektor 15 umfasst, werdendie von dem Verdichter 21 festgestellten Werte direkt aufgenommen,um die Laufbedingung des Verdichters 21 genau zu erfassen,sodass eine Annäherung desVerdichters 21 an den Pumpbereich zuverlässig verhindertwird.
[0070] ImFolgenden wird die dritte Ausführungsformder vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsformunterschiedet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsformdurch den Detektor 13.
[0071] 7 ist eine schematischeDarstellung des Systems eines Dieselmotors 1, auf den diedritte Ausführungsformangewendet wird. Wie in 7 gezeigt,umfasst die Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 einenDetektor 13 zum Feststellen der Laufbedingung des Dieselmotors 1,der ein Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektorist und einen Zufuhrluftflussraten-Detektor 15 zum Feststellender Zufuhrluftflussrate R von dem Verdichter 21 und einenTurbolader-Drehgeschwindigkeits-Detektor 16 zum Feststellender Drehgeschwindigkeit Nc des Abgasturbinen-Turboladers 20 umfasst.
[0072] Wiein der zweiten Ausführungsformist der Zufuhrluftflussraten-Detektor 15 an dem Einlasskrümmer 3A angebracht,sodass er die Zufuhrluftflussrate R des Verdichters 21 feststellenkann, indem er die Einlassluftflussrate des Motorhauptkörpers 2 andiesem Teil feststellt.
[0073] DerTurbolader-Drehgeschwindigkeits-Detektor 16 ist an demVerdichter 21 angeordnet und kann ausgebildet sein, umdie Drehgeschwindigkeit Nc des Verdichters 21 festzustellen,indem er den Durchgang der Drehschaufeln des Verdichters 21 feststelltoder indem er die Drehgeschwindigkeit der Drehwelle feststellt,die die Abgasturbine 22 mit dem Verdichter 21 verbindet.
[0074] DerSpeicherabschnitt 32 der Ventilsteuereinrichtung 30 speicherteine Map M2 wie in 8 gezeigt.Die Map M3 ist ein Leistungsdiagramm des Verdichters 21,das unter Verwendung einer horizontalen Achse, die die ZufuhrluftflussrateR des Verdichters 21 wiedergibt, und einer vertikalen Achse, diedas DruckverhältnisPa des Eingangsdrucks (atmosphärischenDrucks) zu dem Ausgangsdruck des Verdichters 21 wiedergibt,gebildet wird. In 8 sinddie Linien D Konstantdrehgeschwindigkeitskurven des Verdichters 21.Wenn die Drehgeschwindigkeit des Dieselmotors 1 niedrigerwird, wird auch die Drehgeschwindigkeit Nc des Verdichters 21 niedriger.Wenn wie in 8 gezeigtdie Drehgeschwindigkeit Nc niedriger wird, wird auch das Druckverhältnis Pades Verdichters 21 niedriger. Aus den Kurven D wird deutlich,dass wenn der Verdichter 21 mit einer konstanten DrehgeschwindigkeitNc betrieben wird, sich der Betriebspunkt des Verdichters 21 derPumpgrenzlinie B nähert,wenn die Zufuhrluftflussrate R reduziert wird.
[0075] Inder Map M3 wird also in einem Bereich, in dem die DrehgeschwindigkeitNc des Verdichters 21 niedrig ist und auch die ZufuhrluftflussrateR niedrig ist (Bereich mit niedrigem Druckverhältnis), der ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23 gleich A1 (vollständig geöffneterZustand) definiert, währender in dem restlichen Bereich gleich A0 (vollständig geschlossener Zustand)definiert wird. Außerdemwird auch in der dritten Ausführungsformdie Zeitperiode T, währendwelcher der ÖffnungsgradA1 gehalten wird, gleich einem vorbestimmten Wert von T1 definiert.
[0076] Beider Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 dieser Ausführungsformvergleicht der Steuerabschnitt 33 die festgestellten Werteaus dem Luftzufuhrflussraten-Detektor 15 und dem Turbolader-Drehgeschwindigkeit-Detektor 16 mitder Map M3, um den ÖffnungsgradA wie in der zweiten Ausführungsform zubestimmen. Das Bypassventil 24 ist vollständig geöffnet, wennA1 fürden ÖffnungsgradA gewählt wird,währenddas Bypassventil 24 vollständig geschlossen ist, wennA0 fürden ÖffnungsgradA gewähltwird.
[0077] Dieoben beschriebene dritte Ausführungsformbietet zusätzlichzu den Vorteilen (1), (2) und (4) der ersten Ausführungsformund dem Vorteil (5) der zweiten Ausführungsform den folgenden Vorteil: (7) Weil der Detektor 13 ein Turbolader-Detektor ist,der einen Zufuhrflussraten-Detektor 15 und einen Turbolader- Drehgeschwindigkeits-Detektor 16 umfasst,kann der Betriebspunkt des Verdichters 21 direkt aus denfestgestellten Werten bestimmt werden, sodass wie durch in Vorteil(6) der zweiten Ausführungsformzuverlässigverhindert wird, dass sich der Verdichter (21) dem Pumpbereichannähert.
[0078] Dievorliegende Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenenAusführungsformenbeschränkt,die modifiziert und/oder auf verschiedene Weise verändert werdenkönnen,ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
[0079] ZumBeispiel ist das Schaltventil in den oben beschriebenen Ausführungsformenein Steuerventil mit zwei Positionen, das die Bypassleitung wahlweiseentweder in einem vollständiggeöffnetenZustand oder in einem vollständiggeschlossenen Zustand hält,wobei die Erfindung jedoch keineswegs darauf beschränkt ist.Es kann alternativ auch ein Schaltventil vorgesehen werden, daszusätzlichzu dem vollständiggeöffnetenund dem vollständiggeschlossenen Zustand auch einen halb geöffneten Zustand für den Verbindungspfadwählt,sodass die Öffnungdes Verbindungspfads zu einer von drei Positionen gesteuert werdenkann. Auf diese Weise kann der Öffnungsgraddes Verbindungspfads feiner gesteuert werden. Weiterhin kann alternativein Schaltventil verwendet werden, das vier oder mehr als vier Positionenwählenkann, oder ein Schaltventil, dessen Öffnungsgrad kontinuierlichvariabel ist.
[0080] Wennder Öffnungsgraddes Verbindungspfads in mehreren Schritten oder kontinuierlich eingestelltwerden kann, kann der Öffnungsgraddes Verbindungspfads zuvor definiert und im Speicherabschnitt gespeichertwerden, sodass er unter Berücksichtigungder festgestellten Laufbedingung des Verbrennungsmotors gewählt werdenkann. Wenn zum Beispiel in der ersten Ausführungsform ein Bypassventil 24 verwendetwird, das in mehreren Schritten eingestellt werden kann, kann diesesderart angeordnet werden, dass der Speicherabschnitt 32 zuvor eineVielzahl von Öffnungsgradenfür dieBypassleitung 23 speichert, die mit Bezug auf das KraftstoffeinspritzvolumenF und die Motordrehgeschwindigkeit N in der Form einer Map M4 wiein 9 gezeigt gewählt werdenkönnen.In 9 können vier ÖffnungsgradeA einschließlichvon A1 (100% bzw. vollständiggeöffnet),A2 (70%), A3 (50%) und A0 (0% oder vollständig geschlossen) vorgesehenwerden.
[0081] DerSpeicherabschnitt kann derart ausgebildet sein, dass er eine arithmetischeFormel anstelle einer Map oder Tabelle speichert. Insbesondere kann derLuftzufuhr-Bypass feiner gesteuert werden, wenn der Öffnungsgraddes Schaltventils kontinuierlich eingestellt werden kann.
[0082] Einevorbestimmte Zeitperiode T1 wird für die Zeitperiode verwendet,währendwelcher das Schaltventil in den oben beschriebenen Ausführungsformenoffen gehalten wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegsdarauf beschränkt, wobeizum Beispiel die Zeitperiode entsprechend in Abhängigkeit von der Laufbedingungdes Verbrennungsmotors gewähltwerden kann. Insbesondere kann zum Beispiel vorgesehen sein, dassder Speicherabschnitt eine Anzahl von Zeitperioden speichert, während welchender Verbindungspfad vollständiggeöffnetgehalten wird, sodass eine längere Zeitperiodeauf der Seite der hohen Last gewählt werdenkann, wobei sowohl der Öffnungsgradals auch die Zeitperiode, währendwelcher der Verbindungspfad geöffnetgehalten wird, durch eine Schaltventilöffnungs-Steuereinrichtung gesteuertwerden.
[0083] DerZeitablauf fürdas Öffnenund das Schließendes Schaltventils muss nicht notwendigerweise in dem Speicherabschnittin der Form einer Map oder Tabelle gespeichert werden. Zum Beispielkann alternativ dazu vorgesehen sein, dass der Steuerabschnitt dieWerte zu der Laufbedingung des Verbrennungsmotors überwacht,die durch den Laufbedingungs-Detektor festgestellt werden, und denZeitablauf fürdas Öffnenund das Schleißendes Schaltventils steuert. Insbesondere kann vorgesehen werden, dassdas Schaltventil geöffnetwird, wenn sich die Laufbedingung innerhalb eines vorbestimmtenBereichs befindet, und geschlossen wird, wenn sich die Laufbedingungaußerhalbdes vorbestimmten Bereichs befindet. Bei dieser Steuertechnik mussdie Zeitperiode, währendwelcher das Schaltventil geöffnetgehalten wird, nicht vordefiniert werden, wodurch der Steuerbetriebvereinfacht wird. Außerdemist die Steueroperation zuverlässiger,weil die Öffnungdes Schaltventils auf einer Echtzeitbasis gesteuert werden kann.
[0084] Der Öffnungsgraddes Schaltventils ist nicht auf einen vollständig geöffneten und einen vollständig geschlossenenZustand beschränktund kann alternativ dazu auf verschiedene Weise unter Berücksichtigungdes Laufbereichs des Verbrennungsmotors, der Abmessungen des Verbindungspfads,des Arbeitsbereichs des Turboladers und anderer Faktoren frei definiertwerden. Dabei kann vorgesehen werden, dass das Schaltventil in einemBereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last vollständig geöffnet wirdund in einem Bereich hoher Geschwindigkeit zu 20% geöffnet wird.Alternativ hierzu kann vorgesehen werden, dass das Schaltventilin einem Bereich hoher Geschwindigkeit vollständig geschlossen wird und ineinem Beriech niedriger Geschwindigkeit und hoher Last zu 50% geöffnet wird.Wichtig ist, dass der Öffnungsgraddes Schaltventils derart gesteuert wird, dass der Verbindungspfadin einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last der Laufbedingungdes Verbrennungsmotors geöffnet wird.
[0085] DerLaufbedingungs-Detektor der zweiten Ausführungsform stellt die ZufuhrluftflussrateR und den Zufuhrluftdruck P des Verdichters 21 am Einlasskrümmer 3A fest.Für dieZwecke der vorliegenden Erfindung ist die Feststellung der Zufuhrluftflussrate Rund des Zufuhrluftdrucks P jedoch keineswegs darauf beschränkt. ZumBeispiel kann die Zufuhrluftflussrate R durch Berechnungsoperationenunter Verwendung des Zufuhrluftdrucks P bestimmt werden. Die Ventilsteuereinrichtung 30 mussdann mit einem Berechnungsabschnitt 35 versehen werden,der das Druckverhältnisund die Zufuhrluftflussrate R des Verdichters 21 aus demZufuhrluftdruck P und der Motordrehgeschwindigkeit N bestimmt. DerEingangsabschnitt 31 empfängt den festgestellten Wert desZufuhrluftdrucks P aus dem Zufuhrluftdruck-Detektor 14 undden festgestellten Wert der Motordrehgeschwindigkeit N aus dem Motordrehgeschwindigkeits-Detektor 11.Der Berechnungsabschnitt 35 bestimmt durch eine Berechnungdas Druckverhältnis desVerdichters 21 aus dem Zufuhrluftdruck P. Der Abschnitt 35 bestimmtdann durch eine Berechnung die Zufuhrluftflussrate R aus dem zuvorberechneten Druckverhältnisund der festgestellten Motordrehgeschwindigkeit N. Der Steuerabschnitt 33 bestimmt den ÖffnungsgradA der Bypassleitung 23, indem er das Druckverhältnis unddie Zufuhrluftflussrate R mit der Map vergleicht.
[0086] DasDruckverhältnisist nicht auf das unter Berechnung aus dem Zufuhrluftdruck P bestimmte Druckverhältnis beschränkt. Alternativhierzu kann es unter Berechnung aus der Zufuhrlufttemperatur bestimmtwerden. Die Zufuhrlufttemperatur kann erhalten werden, indem direktder am Ausgang des Verdichters erfasste Wert der Ausgangstemperaturverwendet wird oder indem der am Ausgangs des Verdichters erfassteWert der Ausgangstemperatur modifiziert wird, wobei der Effekt desNachkühlersauf der Basis der am Einlasskrümmererfassten Einlasslufttemperatur berücksichtigt wird.
[0087] Während dieMotordrehgeschwindigkeit N und das Kraftstoffeinspritzvolumen Fdes Dieselmotors 1 durch die Motorsteuereinrichtung 10 inder ersten Ausführungsformfestgestellt werden, könnendie Signale aus dem Detektor 13 alternativ auch direktin die Ventilsteuereinrichtung 30 eingegeben werden.
[0088] Während derDetektor in den oben beschriebenen Ausführungsformen dafür ausgebildetist, die Motordrehgeschwindigkeit N und das KraftstoffeinspritzvolumenF oder zwei der Zufuhrluftflussrate R, des Zufuhrluftdrucks P undder Verdichterdrehgeschwindigkeit Nc festzustellen, ist die vorliegendeErfindung keineswegs darauf beschränkt, wobei ein beliebiger Faktor,anhand dessen die Laufbedingung des Dieselmotors erfasst werdenkann, wie etwa die Zufuhrlufttemperatur alternativ hierzu für den Zweck derErfindung verwendet werden kann.
[0089] DieKonfiguration des Dieselmotors ist nicht auf die oben beschriebenenAusführungsformenbeschränkt.Zum Beispiel kann ein Abgasrezirkulationssystem (EGR) 50 wiein 11 gezeigt verwendet werden.Wie in 11 gezeigt, istder Dieselmotor 1 mit einer EGR-Leitung 51 versehen,damit die Luftzufuhrleitung 3 und der Abgaskrümmer 4A miteinander kommunizierenkönnen.Die EGR-Leitung 51 ist mit einem EGR-Ventil 52 versehen, das dafür ausgebildetist, die EGR-Leitung 51 und den EGR-Kühler 53 zum Kühlen desAbgases aus dem Abgaskrümmer 4A zu öffnen undzu schließen.Die EGR-Leitung 51 ist an dem Ende in der Nähe der Luftzufuhrleitung 3 miteinem verschmälertenAbschnitt eines Venturirohrs 3B verbunden, das an der Luftzufuhrleitung 3 angeordnetist.
[0090] Wennsich die Laufbedingung des Dieselmotors 1 in einem Bereichniedriger Geschwindigkeit befindet, tritt nicht notwendigerweiseeine hervorragende Rezirkulation des Abgases (EGR) auf, wenn die EGR-Leitung 51 geöffnet wird,weil der Zufuhrluftdruck normalerweise höher als der Abgasdruck wird. HerkömmlicheVerbrennungsmotoren mit einem EGR-System sind derart ausgebildet,dass der Bypasskreis geöffnetwird, um die EGR-Effizienz zu verbessern, wenn der Lufteinlassdruckdes Verbrennungsmotors höherals der Abgasdruck ist, sodass der Bypasskreis in einem Bereichmittlerer Geschwindigkeit und hoher Last der Laufbedingung des Motorsgeöffnetwird. Deshalb wird der Bypasskreis nicht in einem Bereich niedrigerGeschwindigkeit und hoher Last der Laufbedingung des Motors geöffnet, wennder Bypasskreis wie oben beschrieben gesteuert wird, sodass dieProbleme in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Lastungelöstbleiben.
[0091] Beieiner Luftzufuhr-Steuervorrichtung 40 gemäß der vorliegendenErfindung mit einer Bypassleitung 23 dagegen fließt die zugeführte Luftteilweise in die Abgasleitung 4, um den Zufuhrluftdruckzu reduzieren, sodass eine hervorragende Rezirkulation des Abgases(EGR) stattfindet, um ein hohes EGR-Verhältniszu realisieren, wenn die Bypassleitung 23 derart gesteuertwird, dass sie geöffnetwird, wenn sich die Laufbedingung des Dieselmotors 1 in einemBereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last befindet.
[0092] DieKonfiguration der EGR ist keineswegs auf die oben beschriebene Konfigurationbeschränkt. ZumBeispiel kann eine Bypassleitung, die die Eingangsseite mit derAusgangsseite des Venturirohrs verbindet, vorgesehen werden, umdie Lufteinlassmenge zu steuern, die durch das Venturirohr geht.Alternativ hierzu kann auch kein Venturirohr vorgesehen werden.
[0093] Für den Zweckder vorliegenden Erfindung ist der Verbrennungsmotor nicht auf einenDieselmotor beschränkt,sondern es kann alternativ auch ein Verbrennungsmotor eines anderenTyps wie etwa ein Benzinmotor verwendet werden, der eine Turboladungbenötigt.
[0094] Eswurden eine bevorzugte Konfiguration und ein bevorzugtes Verfahrender vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindungist jedoch keineswegs darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindungwurde anhand von spezifischen Ausführungsformen beschrieben, wobeijedoch dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die beschriebenenund gezeigten Ausführungsformenhinsichtlich von Profil, Material, Größe usw. modifiziert und/oder inverschiedener Weise verändertwerden können, ohnedass dadurch von dem allgemeinen Erfindungskonzept abgewichen wird.
[0095] Dieoben beschriebenen Details der Erfindung hinsichtlich von Profil,Material, Größe usw,sind also lediglich beispielhaft und beschränken die vorliegende Erfindungkeineswegs. Mit anderen Worten gehören alle Details der Beschreibung,die sich nicht spezifisch auf Profil, Material, Größe usw.beziehen, zu dem allgemeinen Erfindungskonzept der vorliegendenErfindung.
权利要求:
Claims (6)
[1] Verbrennungsmotor (1) mit einer Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung(40), wobei der Motor umfasst: einen Turbolader (20)mit einem Verdichter (21), der Außenluft einlässt undverdichtet und zu dem Verbrennungsmotor (1) zuführt, undmit einer Abgasturbine (22), die den Verdichter (21)antreibt, einen Verbindungspfad (23), der den Ausgang(3) des Verdichters (21) mit dem Eingang (4)der Abgasturbine (22) verbindet, ein Schaltventil(24), das in dem Verbindungspfad (23) angeordnetist, einen Laufbedingungs-Detektor (13), der die Laufbedingungdes Verbrennungsmotors (1) feststellt, und eine Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung(30), die das Schaltventil (24) öffnet, wennin Reaktion auf ein Signal von dem Laufbedingungs-Detektor (13)bestimmt wird, dass sich die Laufbedingung des Verbrennungsmotors(1) in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoherLast befindet.
[2] Verbrennungsmotor (1) mit der Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung(40) nach Anspruch 1, wobei das Schaltventil (24)ausgebildet ist, um seinen Öffnungsgradeinzustellen.
[3] Verbrennungsmotor (1) mit der Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung(40) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Laufbedingungs-Detektor(13) ein Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektor(13) ist, der ausgebildet ist, um die Betriebsbedingungdes Turboladers (20) festzustellen, und die Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung(30) ausgebildet ist, um das Schaltventil (24)zu öffnen,wenn in Reaktion auf ein Signal von dem Turbolader-Betriebsbedingungs-Detektor (13)bestimmt wird, dass sich die Betriebsbedingung des Verdichters (21)in der Näheeines Pumpbereichs befindet.
[4] Verbrennungsmotor (1) mit der Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung(40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei derLaufbedingungs-Detektor (13) einen Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektor(12) zum Feststellen des in den Verbrennungsmotors (1)eingespritzten Kraftstoffvolumens und einen Verbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeits-Detektor(11) zum Feststellen der Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors(1) umfasst, und die Schaltventil-Öffnungssteuereinrichtung (30)ausgebildet ist, um das Schaltventil (24) zu öffnen, wenn aufder Basis des durch den Kraftstoffeinspritzvolumen-Detektors (12)festgestellten Kraftstoffeinspritzvolumen und auf der Basis derdurch den Verbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeits-Detektor (11) festgestelltenVerbrennungsmotor-Drehgeschwindigkeitbestimmt wird, dass sich die Laufbedingung des Verbrennungsmotors(1) in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoherLast befindet oder dass sich die Betriebsbedingung des Verdichters(21) in der Nähedes Pumpbereichs befindet.
[5] Verbrennungsmotor (1) mit der Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung(40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei derLaufbedingungs-Detektor (13) einen Zufuhrluftdruck-Detektor (14)zum Feststellen des Zufuhrluftdrucks des Turboladers (20)und einen Zufuhrluftflussraten-Detektor (15) zum Feststellender Zufuhrluftflussrate des Turboladers (20) umfasst, und dieSchaltventil-Öffnungssteuereinrichtung(30) dafür ausgebildetist, das Schaltventil (24) zu öffnen, wenn auf der Basis desdurch den Zufuhrluftdruck-Detektor (14) festgestelltenZufuhrluftdrucks und der durch den Zufuhrluftflussrate-Detektor(15) festgestellten Zufuhrluftflussrate bestimmt wird,dass sich die Laufbedingung des Verbrennungsmotors (1)in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoher Last befindetoder dass sich die Betriebsbedingung des Verdichters (21)in der Nähedes Pumpbereichs befindet.
[6] Verbrennungsmotor (1) mit der Luftzufuhr-Bypass-Steuervorrichtung(40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei derLaufbedingungs-Detektor (13) einen Turbolader-Drehgeschwindigkeits-Detektor(16) zum Feststellen der Drehgeschwindigkeit des Turboladers (20)und einen Zufuhrluftflussraten-Detektor (15) zum Feststellender Zufuhrluftflussrate des Turboladers (20) umfasst, und dieSchaltventil-Öffnungssteuereinrichtung(30) dafür ausgebildetist, das Schaltventil (24) zu öffnen, wenn auf der Basis derdurch den Turbolader-Drehgeschwindigkeitsdetektor (16)festgestellten Turbolader-Drehgeschwindigkeit und der durch denZufuhrluftflussraten-Detektor (15) festgestellten Zufuhrluftflussratebestimmt wird, das sich die Laufbedingung des Verbrennungsmotors(1) in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit und hoherLast befindet oder dass sich die Betriebsbedingung des Verdichters(21) in der Nähedes Pumpbereichs befindet.
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申请号 | 申请日 | 专利标题
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