DE102005046366A1

DE102005046366A1 - Verbrennungsmotor mit Lader

Info

Publication number: DE102005046366A1
Application number: DE102005046366A
Authority: DE
Inventors: Ichiyo Kojima; Toshio Inui; Hideo Nakai; Tetsuo Kataoka
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: DE102005046366B4; US20060064981A1; US7451597B2; JP4389739B2; JP2006097591A

Abstract

Ein Motor (10) hat einen elektrischen Lader (24) als einen ersten Lader, einen Turbolader (40) als einen zweiten Lader, einen Sekundärluft-Zuführungskanal (51), ein Sekundärluftventil (52) und einen Katalysator (33). Der elektrische Lader (24) ist in einem Einlasskanal (21) vorgesehen, welcher mit einem Verbrennungsraum (12) in Verbindung steht, und lädt Einlassluft in den Verbrennungsraum (12). Der Turbolader (40) ist in dem Einlasskanal (21) in Reihe in Bezug auf den elektrischen Lader (24) vorgesehen und lädt Luft in den Verbrennungsraum (12). Der Sekundärluft-Zuführungskanal (51) und das Sekundärluftventil führen durch den elektrischen Lader (24) einem Auslasskanal (31), welcher mit dem Verbrennungsraum (12) in Verbindung steht, komprimierte Luft zu. Der Katalysator (33) ist in dem Auslasskanal (31) vorgesehen, um Abgas zu reinigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit zwei Superladern bzw. Ladern.
Zur Verbesserung des Luftladeverhältnisses gibt es einen Motor mit einem Turbolader. Der Turbolader enthält eine Turbine und einen Kompressor. Die Turbine ist in einem Auslasskanal angeordnet. Der Kompressor ist in einem Einlasskanal angeordnet. Der Kompressor wird in Verbindung mit der Turbine angetrieben und lädt Einlassluft in einen Verbrennungsraum.

In einem Motor dieser Art wird die Turbine von durch den Auslasskanal strömendem Abgas in Rotation versetzt. Der Kompressor wird von der Turbine angetrieben, und die Einlassluft wird in den Verbrennungsraum geladen. Dadurch wird das Ladeverhältnis der Luft verbessert.

Jedoch ist der Turbolader so ausgelegt, dass, wenn die Drehzahl des Motors in einem vorbestimmten Drehzahlbereich, wie z.B. in einem hohen Drehzahlbereich liegt, die Luft geladen wird. Somit kann, wenn die Motordrehzahl außerhalb des effektiven Drehzahlbereichs liegt, kein Effekt erzielt werden.

Um die Unzulänglichkeit des Turboladers zu beheben und das Ladeverhältnis selbst dann zu verbessern, wenn sich die Drehzahl des Motors außerhalb des effektiven Drehzahlbereichs befindet, wird ein Motor mit einem Turbolader und einen elektrischen Lader vorgeschlagen. Die Japanische Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2004-76659 offenbart einen solchen Motor.

Der elektrische Lader enthält einen Kompressor und einen Elektromotor. Der Kompressor ist in einem Einlasskanal vorgesehen. Der Elektromotor treibt den Kompressor an. Somit kann der elektrische Lader die Einlassluft in den Verbrennungsraum unabhängig von der Drehzahl des Motors laden.

Bei dem Motor dieser Art wird, wenn die Drehzahl des Motors niedrig ist, das Ladeverhältnis durch den elektrischen Lader verbessert. In dem Motor dieser Art wird, wenn die Drehzahl des Motors hoch ist, das Ladeverhältnis durch den Turbolader verbessert.

Um das Abgas zu reinigen, gibt es einen Motor mit einem Katalysator in dem Auslasskanal. Wenn der Katalysator auf die effektive Temperatur durch das Abgas aufgeheizt ist, reinigt der Katalysator das Abgas.

Jedoch ist zum Startzeitpunkt des Motors der Katalysator noch nicht aufgeheizt. Somit wird das Abgas ungereinigt ausgegeben bis die Temperatur des Katalysators die aktive Temperatur erreicht.

Insbesondere muss wie bei dem in der Japanischen Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2004-76659 veröffentlichten Motor, wenn die Turbine des Turboladers in dem Abgaspfad vorgesehen ist, das Abgas auch die Turbine aufheizen. D.h., das Wärmeaufnahmevermögen des Abgassystems ist vergrößert. Somit wird die verstrichene Zeit, bis die Temperatur des Katalysators die aktive Temperatur erreicht, vergrößert. Daher ist verständlich, dass der Großteil des Gases ungereinigt ausgegeben wird.

Somit wird ein Sekundärluft-Zuführungssystem zur Aufheizung des Abgassystems vorgeschlagen. Das Sekundärluft-Zuführungssystem liefert Sekundärluft an den Auslasskanal. Unverbrannter Kraftstoff in dem Abgas wird in dem Auslasskanal durch die dem Auslasskanal zugeführte Sekundärluft verbrannt.

Demzufolge wird das Abgassystem aufgeheizt.

Das Sekundärluft-Zuführungssystem dieser Art ist mit einem getrennten Kompressor zur Zuführung von komprimierter Luft in den Auslasskanal versehen. Jedoch werden, wenn der Kompressor getrennt bereitgestellt wird, die Kosten erhöht.

Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit einem Lader bereitzustellen, der bei gleichzeitiger Kostenbeschränkung Abgas effektiv reinigen kann.

Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.

Ein Verbrennungsmotor mit einem Lader gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen ersten Lader, einen zweiten Lader, eine Sekundärluft-Zuführungseinrichtung und einen Katalysator auf. Der erste Lader ist in einem Einlasskanal vorgesehen, welcher mit einem Verbrennungsraum in Verbindung steht, und lädt Einlassluft in den Verbrennungsraum. Der zweite Lader ist in dem Einlasskanal vorgesehen und lädt die Einlassluft in den Verbrennungsraum. Der erste Lader und der zweite Lader sind in Reihe in dem Einlasskanal angeordnet. Die Sekundärluft-Zuführungseinrichtung liefert durch den ersten Lader komprimierte Sekundärluft an einen Auslasskanal, welcher mit der Verbrennungsraum in Verbindung steht. Der Katalysator ist in dem Auslasskanal vorgesehen und reinigt Abgas.

Der erste Lader ist bevorzugt so ausgelegt, dass der erste Lader effektiv lädt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem Bereich niedriger oder mittlerer Werte liegt. Der zweite Lader ist bevorzugt so ausgelegt, dass der zweite Lader effektiv lädt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist.

In dem Verbrennungsmotor mit dem Lader mit einem derartigen Aufbau wird die Sekundärluft, welche ausreichend von dem ersten Lader komprimiert wird, dann an den Auslasskanal geliefert, wenn die Sekundärluft an den Auslasskanal deswegen geliefert wird, weil die Temperatur des Katalysators niedrig ist, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor bei einer niedrigen Temperatur gestartet wird.

D.h., selbst wenn der Verbrennungsmotor bei der niedrigen Temperatur gestartet wird, wird, wenn die Sekundärluft unter Verwendung des ersten Laders komprimiert wird, eine ausreichende Verbrennung in dem Auslasskanal erzielt und der Katalysator auf die aktive Temperatur in einem frühen Stadium aufgeheizt. Wenn die Sekundärluft dem Auslasskanal zugeführt wird, ist es nicht erforderlich, einen getrennten Kompressor zum Komprimieren der Sekundärluft bereitzustellen. Der erste Lader und der zweite Lader sind in Reihe angeordnet. Somit ist es nicht erforderlich, parallele Kanäle für den ersten Lader und den zweiten Lader vorzusehen. Dadurch wird der Aufbau des Motors 10 nicht verkompliziert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotor mit dem Lader, um effizient komprimierte Luft an den Auslasskanal zu liefern, ferner eine Rückhalteeinrichtung auf. Die Rückhalteeinrichtung hält von dem ersten Lader komprimierte Luft von einem Eintritt in den zweiten Lader ab.

Bei einem derartigen Verbrennungsmotor mit dem Lader wird, wenn von dem ersten Lader komprimierte dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird, die Sekundärluft von einem Eintritt in den zweiten Lader abgehalten.

Ein Verbrennungsmotor mit einem Lader gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Verbrennungsmotorblock, einen Einlasskanal, einen Auslasskanal, einen elek trischen Lader, einen Turbolader, einen Sekundärluft-Zuführungskanal, ein Sekundärluftventil, einen Katalysator und eine Steuerung auf. Der Verbrennungsmotorblock weist einen Verbrennungsraum auf. Der Einlasskanal steht mit dem Verbrennungsraum in Verbindung. Der Auslasskanal steht mit dem Verbrennungsraum in Verbindung. Der elektrische Lader weist einen antreibenden Elektromotor auf und ist in dem Einlasskanal vorgesehen und lädt die Einlassluft in den Verbrennungsraum. Der Turbolader ist in dem Einlasskanal stromabwärts von dem elektrischen Lader vorgesehen und wird durch Abgas angetrieben. Der Sekundärluft-Zuführungskanal zweigt von einem Sekundärluft-Zuführungskanal-Verzeigungsabschnitt zwischen dem elektrischen Lader und dem Turbolader in dem Einlasskanal ab und mündet in den Auslasskanal. Das Sekundärluftventil ist in dem Sekundärluft-Zuführungskanal vorgesehen und öffnet und schließt den Sekundärluft-Zuführungskanal. Der Katalysator ist in dem Auslasskanal vorgesehen und reinigt Abgas. Die Steuerung, welche einen Öffnungs- und Schließvorgang des Sekundärluftventils und einen Antriebsvorgang des elektrischen Laders steuert, basiert auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotorblocks. Die Steuerung öffnet das Sekundärluftventil und betreibt den elektrischen Lader, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird.

Der elektrische Lader ist bevorzugt so ausgelegt, dass der elektrische Lader effektiv lädt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem Bereich niedriger bis mittlerer Werte liegt. Der elektrische Lader hängt nicht von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotorblocks ab. Der Turbolader ist bevorzugt so ausgelegt, dass der Turbolader effektiv lädt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist.

In einem solchen Verbrennungsmotor mit dem Lader öffnet, wenn dem Auslasskanal die Sekundärluft zugeführt wird, die Steuervorrichtung das Sekundärluftventil und betreibt den Elektromotor. Somit wird die von dem elektrischen Lader komprimierte Sekundärluft dem Auslasskanal über den Sekundärluft-Zuführungskanal dann zugeführt, wenn dem Auslasskanal die Sekundärluft zugeführt wird, weil die Temperatur des Katalysators niedrig ist, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor bei der niedrigen Temperatur gestartet wird. Der unverbrannte Kraftstoff in dem Abgas wird durch die zugeführte Sekundärluft verbrannt.

Dadurch wird selbst dann, wenn der Verbrennungsmotor bei der niedrigen Temperatur gestartet wird, die Sekundärluft unter Verwendung des elektrischen Laders komprimiert und eine ausreichende Verbrennung in dem Auslasskanal erzielt und der Katalysator auf die aktive Temperatur in einem frühren Stadium aufgeheizt. Ferner ist es, da der elektrische Lader verwendet wird, nicht erforderlich, den Kompressor zum Komprimieren der Sekundärluft getrennt bereitzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotor mit Lader einen Turbolader-Umgehungskanal und ein Turbolader-Umgehungsventil auf, um effizient einen Teil der durch den elektrischen Lader komprimierten Luft dem Verbrennungsraum zuzuführen, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird. Der Turbolader-Umgehungskanal zweigt von einem ersten Verzweigungsabschnitt zwischen dem elektrischen Lader und dem Turbolader in dem Einlasskanal ab und mündet in einen ersten Einmündungsabschnitt stromabwärts von dem Turbolader in dem Einlasskanal. Das Turbolader-Umgehungsventil ist in dem Turbolader-Umgehungskanal vorgesehen und öffnet und schließt den Turbolader-Umgehungskanal über die Steuerung. Die Steuerung öffnet das Turbolader-Umgehungsventil, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird.

Bei einem derartigen Verbrennungsmotor mit dem Lader wird, wenn der Verbrennungsmotor bei der niedrigen Temperatur gestartet wird und die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig ist, dem Verbrennungsraum Luft hauptsächlich über den Turbolader-Umgehungskanal durch Öffnen des Turbolader-Umgehungsventils zugeführt. Dadurch wird der Turbolader zu keinem Widerstand für die Luftströmung und die Luftzuführung zu dem Verbrennungsraum wird nicht behindert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotor mit einem Lader ein Eintritts-Verhinderungsventil auf, um effizient Luft in den Verbrennungsraum zu laden und effizient Sekundärluft dem Auslasskanal zuzuführen, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotorblocks niedrig und dessen Belastung bei einem mittleren Wert liegt, oder wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird. Das Eintritts-Verhinderungsventil ist stromabwärts von dem Verzweigungsabschnitt des Sekundärluft-Zuführungskanals und dem ersten Verzweigungsabschnitt in dem Einlasskanal und stromaufwärts von dem Turbolader vorgesehen und öffnet und schließt den Einlasskanal über die Steuerung. Die Steuerung schließt das Eintritts-Verhinderungsventil, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird und wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotorblocks niedrig ist und dessen Belastung bei einem mittleren Wert liegt.

Bei einem derartigen Verbrennungsmotor mit dem Lader wird, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird, oder wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig ist und die Belastung bei einem mittleren Wert liegt, das Eintritts-Verhinderungsventil geschlossen und das Einströmen von Luft in den Turbolader verhindert.

Damit wird, wenn dem Auslasskanal die Sekundärluft zugeführt wird, die durch den elektrischen Lader komprimierte Luft in den Verbrennungsraum durch den Turbolader-Umgehungskanal und nicht durch den Turbolader hindurch geladen, und wird dem Auslasskanal über den Sekundärluft-Zuführungskanal zugeführt. Daher wird ein Einlassdruckverlust unterdrückt und das Einlassaufnahmevermögen reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotor mit einem Lader ein Rückströmungs-Verhinderungsventil auf. Das Rückströmungs-Verhinderungsventil ist zwischen dem ersten Einmündungsabschnitt und dem Turbolader in dem Einlasskanal vorgesehen und öffnet und schließt den Einlasskanal über die Steuerung. Die Steuerung schließt das Rückströmungs-Verhinderungsventil, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird, oder wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotorblocks niedrig ist und dessen Belastung bei einem mittleren Wert liegt.

Bei einem derartigen Verbrennungsmotor mit dem Lader wird, wenn dem Auslasskanal Sekundärluft zugeführt wird oder wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig und die Belastung bei einem hohen Wert liegt, eine Rückströmung von Luft aus dem zweiten Einmündungsabschnitt zu dem Turbolader durch Schließen des Rückströmungs-Verhinderungsventils verhindert. Damit wird der Einlassdruckverlust unterdrückt und das Einlassaufnahmevermögen reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotor mit einem Lader einen Umgehungskanal für den elektrischen Lader und ein Umgehungsventil für den elektrischen Lader auf, um der Bennkammer effizient Luft zuzuführen, wenn der elektrische Lader nicht betrieben wird. Der Umgehungskanal des elektrischen Laders zweigt von einem zweiten Verzweigungsabschnitt stromaufwärts von dem elektrischen Lader ab und mündet in einen zweiten Einmündungsabschnitt zwischen dem elektrischen Lader und dem Turbolader in dem Einlasskanal. Das Umgehungsventil des elektrischen Laders ist in dem Umgehungskanal des elektrischen Laders vorgesehen und öffnet den Umgehungskanal des elektrischen Laders über die Steuerung. Die Steuerung öffnet das Umgehungsventil des elektrischen Laders, wenn der elektrische Lader nicht betrieben wird.

Bei einem derartigen Verbrennungsmotor mit dem Lader wird, wenn der elektrische Lader nicht betrieben wird, dem Verbrennungsraum Luft hauptsächlich durch den Umgehungskanal des elektrischen Laders hindurch zugeführt, indem das Umgehungsventil des elektrischen Laders geöffnet wird. Damit wird der Einlassdruckverlust, der erzeugt wird, wenn die Luft durch den elektrischen Lader passiert, unterdrückt.

Bei dem Verbrennungsmotor mit dem Lader der vorliegenden Erfindung wird, wenn dem Auslasskanal die Sekundärluft zugeführt wird, weil die Temperatur des Katalysators nicht die aktive Temperatur erreicht, beispielsweise, wenn der Verbrennungsmotor bei der niedrigen Temperatur gestartet wird, die Sekundärluft komprimiert und dem Auslasskanal unter Verwendung des ersten Laders zugeführt.

Somit wird selbst dann, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt des Starts oder dergleichen niedrig ist, ausreichend Sekundärluft dem Auslasskanal zugeführt, eine Verbrennung in dem Auslasskanal durchgeführt und die Katalysatortemperatur in einem frühen Zustand auf die aktive Temperatur angehoben. Somit wird das Abgas effektiv gereinigt.

Daher ist es bei dem Verbrennungsmotor mit dem Lader der vorliegenden Erfindung möglich, die Kosten zu senken und effektiv das Abgas unter Verwendung des ersten Laders zu reinigen.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung ausgeführt und werden zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Praxisausführung der Erfindung gelernt werden. Die Vorteile der Erfindung können mittels der hierin nachstehend speziell ausgeführten zweckdienlichen Einrichtungen und Kombinationen realisiert und erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verständlich, welche nur zur Veranschaulichung gegeben werden, und somit nicht die vorliegende Erfindung einschränken, und wobei:
1 eine schematische Darstellung eines Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
2 eine schematische Darstellung eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Ein Verbrennungsmotor mit einem Lader gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 auf der Basis eines Motors 10 für ein Automobil als ein Beispiel beschrieben. Der Motor 10 ist beispielsweise ein wassergekühlter Hubkolbenmotor.
1 stellt schematisch den Motor 10 dar. Gemäß Darstellung in 1 enthält der Motor 10 einen Motorblock 11, ein Einlasssystem 20, ein Abgas- bzw. Auslasssystem 30, einen elektrischen Lader 24 als einen ersten Lader, einen Turbolader 40 als einen zweiten Lader, eine Sekundärluft-Zuführungseinrichtung 50, eine Betriebszustands-Detektionseinrichtung und eine elektronische Steuereinheit bzw. ECU 80.
Der Motorblock 11 weist mehrere Verbrennungsräume 12 auf. In jedem Verbrennungsraum 12 sind beispielsweise ein Paar von Einlassventilen 13, ein Paar von Auslassventilen 14 und eine Zündkerze 15 angeordnet.
Das Einlasssystem 20 hat einen Einlasskanal 21, einen Umgehungsabschnitt 28 für den elektrischen Lader und einen Turbolader-Umgehungsabschnitt 29. Der Einlasskanal 21 ist ein Kanal, durch welchen Luft von außerhalb in jeden der Verbrennungsräume 12 strömt. Der Einlasskanal 21 weist ein Luftfilter 22, einen elektrischen Lader 24, einen Intercooler bzw. Zwischenkühler 25, ein Drosselklappenventil 26 und einen Einlassverteiler 27 auf.
Das Luftfilter 22 ist stromaufwärts des Einlasskanals 21 vorgesehen. Der elektrische Lader 24 hat einen Elektromotor 24a und einen ersten Kompressor 24b. Der erste Kompressor 24b wird durch den Elektromotor 24a angetrieben. Der erste Kompressor 24b weist ein Gehäuse 24c, ein erstes Kompressorrad 24d und dergleichen auf. Das erste Kompressorrad 24d ist in dem Gehäuse 24c untergebracht. Der erste Kompressor 24b ist stromabwärts von dem Luftfilter 22 angeordnet.
Der elektrische Lader 24 wird durch den Elektromotor 24a angetrieben. Somit kann der elektrische Lader 24 Einlassluft unabhängig von dem Betriebszustand des Motors in den Verbrennungsraum 12 laden.
Der elektrische Lader 24 besitzt ein geringes Aufnahmevermögen. Der elektrische Lader 24 ist dafür ausgelegt, dass der elektrische Lader 24 effektiv Luft in den Verbrennungsraum 12 laden kann, wenn die Drehzahl des Motorblocks 11 in dem Bereich von niedrigen oder mittleren Werten liegt. D.h., der Elektromotor 24 kann Einlassluft in jeden Verbrennungsraum 12 selbst dann laden, wenn die Drehzahl des Motors 10 niedrig ist, wie z.B. dann, wenn der Motor 10 gestartet wird.
Somit muss der elektrische Lader 24 kein großer Lader sein. Kurz gesagt ist es nur erforderlich, dass der elektrische Lader 24 ein Aufnahmevermögen und eine Funktion aufweist, die das Ladeverhältnis selbst dann verbessern können, wenn sich die Drehzahl des Motors 10 in dem Bereich von niedrigen oder mittleren Werten befindet. Daher kann, wenn der erste Lader ein geringes Aufnahmevermögen hat, die Antriebsbelastung des ersten Laders reduziert werden und der erste Lader kann eine kompakte Größe aufweisen.
Der Zwischenkühler 25 ist stromabwärts des ersten Kompressors 24b angeordnet. Das Drosselklappenventil 26 ist stromabwärts des Zwischenkühlers 25 angeordnet. Das Drosselklappenventil 26 wird durch ein (nicht dargestelltes) Gaspedal betätigt und öffnet und schließt den Einlasskanal 21.
Der Einlassverteiler 27 ist stromabwärts von dem Einlasskanal 21 angeordnet. Der Einlassverteiler 27 weist mehrere Verzweigungsrohre 27b auf, deren Anzahl mit der Anzahl der Verbrennungsräume 12 übereinstimmt. Jedes Verzweigungsrohr 27b steht mit einem Einlassanschluss des Motorblocks 11 in Verbindung. Der Einlassanschluss ist in dem Motorblock 11 jedem Verbrennungsraum 12 entsprechend ausgebildet. Eine Einspritzdüse 5 als Kraftstoffzuführungseinrichtung ist in der Nähe jedes Einlassanschlusses angeordnet.
Gemäß vorstehender Beschreibung führt der Einlasskanal 21 in jeden Verbrennungsraum 12 Luft durch den Luftfilter 22, den ersten Kompressor 24b, den Zwischenkühler 25, das Drosselklappenventil 26 und den Einlassverteiler 27 in dieser Reihenfolge ein.
Das Auslasssystem 30 hat einen Auslasskanal 31. Der Auslasskanal 31 hat einen Auslasssammler 32 und einen Katalysator 33. Der Auslasssammler 32 weist mehrere Verzweigungsrohre 32b auf, deren Anzahl mit der Anzahl der Verbrennungsräume übereinstimmt. Jedes Verzweigungsrohr 32b steht mit einem Auslassanschluss des Motorblocks 11 in Verbindung. Der Auslassanschluss ist in dem Motorblock 11 jedem Verbrennungsraum 12 entsprechend ausgebildet. Der Katalysator 33 ist stromabwärts von dem Auslasssammler 32 angeordnet. Der Katalysator 33 entfernt schädliches Material, wie z.B. NO_x und unverbrannten Kraftstoff in dem Abgas.
Ein Katalysatortemperatursensor 62 ist als Temperatur-Detektionseinrichtung in der Nähe des Katalysators 33 angeordnet. Der Katalysatortemperatursensor 62 detektiert die Temperatur des Katalysators 33. Der Auslasskanal 31 führt das Abgas durch den Abgassammler 32 und den Katalysator 33 in dieser Reihenfolge wie vorstehend beschrieben nach außen.
Der Turbolader 40 weist eine Turbine 41 und einen zweiten Kompressor 42 auf. Die Turbine 41 ist in dem Auslasskanal 31 beispielsweise stromaufwärts von dem Katalysator 33 und stromabwärts von dem Abgassammler 32 angeordnet. Die Turbine 41 weist ein Gehäuse 41a und ein Turbinenrad 41b auf. Das Turbinenrad 41b ist in dem Gehäuse 41a untergebracht. Das Turbinenrad 41b wird durch die Energie des Abgases in Drehung versetzt.
Der zweite Kompressor 42 weist ein Gehäuse 42a und ein zweites Kompressorrad 42b auf. Das zweite Kompressorrad ist in dem Gehäuse 42a untergebracht. Der zweite Kompressor 42 ist in dem Einlasskanal 21 zwischen dem ersten Kompressor 24b und dem Zwischenkühler 25 angeordnet. Das zweite Kompressorrad 42b ist koaxial zu dem Turbinenrad 41b mittels der Welle 43 angeordnet. Das zweite Kompressorrad 42b und das Turbinenrad 41b sind miteinander über eine Welle 43 verbunden. Somit drehen sich das zweite Kompressorrad 42b und das Turbinenrad 41b gleichzeitig miteinander.
Der Turbolader 40 besitzt ein hohes Aufnahmevermögen und lädt effektiv Luft, wenn die Drehzahl des Motors 10 hoch ist.
Die Sekundärluft-Zuführungseinrichtung 50 weist einen Sekundärluft-Zuführungskanal 51 und ein Sekundärluftventil 52 auf. Der Sekundärluft-Zuführungskanal 51 weist beispielsweise ein Rohrelement auf. Der Sekundärluft-Zuführungskanal 51 steht mit dem Einlasskanal 21 und dem Auslasskanal 31 in Verbindung.
Insbesondere zweigt der Sekundärluft-Zuführungskanal 51 von einem Sekundärluft-Zuführungskanal-Verzweigungsabschnitt 21e zwischen dem ersten Kompressor 24b und dem zweiten Kompressor 42 in dem Einlasskanal 21 ab. Der Sekundärluft-Zuführungskanal 51 steht mit einem Sekundärluft-Zuführungskanal-Einmündungsabschnitt 31a stromabwärts von dem Abgassammler 32 und stromaufwärts von der Turbine 41 in dem Auslasskanal 31 in Verbindung.
Das Sekundärluftventil 52 ist beispielsweise ein Magnetventil und ist in dem Sekundärluft-Zuführungskanal 51 angeordnet. Das Sekundärluftventil 52 öffnet und schließt den Sekundärluft-Zuführungskanal 51.
Das Einlasssystem 20 wird noch einmal erklärt. Der Turbolader-Umgehungsabschnitt 29 hat einen Turbolader-Umgehungskanal 29a und ein Turbolader-Umgehungsventil 29b. Beispielsweise bilden ein Rohrelement oder einige Rohrelemente den Turbolader-Umgehungskanal 29a. Der Turbolader-Umgehungskanal 29a umgeht den zweiten Kompressor 42.
Insbesondere zweigt der Turbolader-Umgehungskanal 29a von einem ersten Verzweigungsabschnitt 21c zwischen dem Verzweigungsabschnitt des Sekundärluft-Zuführungskanals 21e und dem zweiten Kompressor 42 in dem Einlasskanal 21 ab. Der Turbolader-Umgehungskanal 29a mündet in einen ersten Einmündungsabschnitt 21d zwischen dem Drosselklappenventil 26 und dem Zwi schenkühler 25 in dem Einlasskanal 21. Somit umgeht der Turbolader-Umgehungskanal 29a den zweiten Kompressor 42.
Das Turbolader-Umgehungsventil 29b ist beispielsweise ein Magnetventil und ist in dem Turbolader-Umgehungskanal 29a vorgesehen. Das Turbolader-Umgehungsventil 29b öffnet und schließt den Turbolader-Umgehungskanal 29a.
Der Umgehungsabschnitt 28 für den elektrischen Lader hat einen Umgehungskanal 28a für den elektrischen Lader und ein Umgehungsventil 28b für den elektrischen Lader. Beispielsweise bilden ein Rohrelement oder einige Rohrelemente den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders. Der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders umgeht den ersten Kompressor 24b.
Insbesondere zweigt der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders von einem zweiten Verzweigungsabschnitt 21a zwischen dem Luftfilter 22 und dem ersten Kompressor 24b in dem Einlasskanal 21 ab. Der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders mündet in einen zweiten Einmündungsabschnitt 21b zwischen dem zweiten Luftzuführungskanal-Verzweigungsabschnitt 21a und dem ersten Verzweigungsabschnitt 21c in dem Einlasskanal 21. Somit umgeht der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders den ersten Kompressor 24b.
Das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders ist beispielsweise ein Magnetventil und ist in dem Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders vorgesehen. Das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders öffnet und schließt den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders.
Die Betriebszustands-Detektionseinrichtung hat einen Katalysatortemperatursensor 62, einen Kühlwassertemperatursensor 63, einen Gaspedal-Öffnungssensor 64 und einen Drehzahlsensor 65.
Der Katalysatortemperatursensor 62 ist in der Nähe des Katalysators 23 vorgesehen. Der Katalysatortemperatursensor 62 detektiert die Temperatur des Katalysators 33. Der Kühlwassertemperatursensor 63 ist in dem Motorblock 11 vorgesehen. Der Kühlwassertemperatursensor 63 detektiert die Temperatur des Kühlwassers. Der Gaspedal-Öffnungssensor 84 detektiert den Niederdrückungsbetrag des Gaspedals. Der Drehzahlsensor 65 ist in dem Motorblock 11 vorgesehen. Der Drehzahlsensor 65 detektiert die Drehzahl einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle des Motorblocks 11.
Die ECU 80 ist elektrisch mit dem Katalysatortemperatursensor 62, dem Kühlwassertemperatursensor 63, dem Gaspedal-Öffnungssensor 64 und dem Drehzahlsensor 65 verbunden. Die ECU 80 detektiert den Betriebszustand des Motorblocks 11 auf der Basis der von jedem Sensor gesendeten Information.
Die ECU 80 ist elektrisch auch mit dem Elektromotor 24a, der Einspritzeinrichtung 5, dem Turbolader-Uumgehungsventil 29b, dem Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders und dem Sekundärluftventil 52 verbunden.
Die ECU steuert den Elektromotor 24a gemäß dem Betriebszustand des Motorblocks 11. Die ECU 80 stellt die Menge des von jeder Einspritzeinrichtung 5 eingespritzten Kraftstoffes abhängig von dem Betriebszustand des Motors 10 ein. Die ECU 80 steuert den Öffnungs- und Schließvorgang des Turbolader-Umgehungsventils 29b, den Öffnungs- und Schließvorgang des Umgehungsventils 28b des elektrischen Laders und den Öffnungs- und Schließvorgang des Sekundärluftventils 52 abhängig von dem Betriebszustand des Motors 10.
Anschließend wird der Betrieb des Motors 10 erläutert.
Wenn ein Fahrer mit dem Fahrzeug fährt und den Motor 10 startet, wird der Motor 10 in einen Leerlauf-Betriebszustand gebracht. Wenn die ECU 80 aus der Information von dem Kühl wassertemperatursensor 63 und dem Katalysatortemperatursensor 62 ermittelt, dass der Motor 10 kalt ist, schließt die ECU 80 das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders und öffnet das Turbolader-Umgehungsventil 29b und das Sekundärluftventil 52.
Damit ist der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders gesperrt. Ferner betreibt die ECU 80 den elektrischen Lader 24 und erhöht die Menge des aus der Einspritzeinrichtung 5 eingespritzten Kraftstoffes.
Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, erreicht den ersten Kompressor 24b. Die in den ersten Kompressor 24b eingesaugte Luft wird komprimiert. Ein Teil der komprimierten Luft durchläuft den Turbolader-Umgehungskanal 29a und wird in jeden Verbrennungsraum 12 geladen.
Dieses ist so, weil der zweite Kompressor 42 als ein Widerstand für die Luftströmung wirkt, wenn die Drehzahl des Motors 10 niedrig ist, da der Abgasdruck des Abgases nicht ausreicht.
Mit anderen Worten, wenn das Turbolader-Umgehungsventil 29b geöffnet ist, durchläuft ein Teil der komprimierten Luft nicht den zweiten Kompressor 42, sondern den Turbolader-Umgehungskanal 29a und wird in jeden Verbrennungsraum 12 geladen. Damit wird die Reduzierung im Einlassdruck, die erzeugt wird, wenn die komprimierte Luft, welche in den Verbrennungsraum 12 geladen wird, durch den zweiten Kompressor 42 durchläuft, unterdrückt.
Der Turbolader-Umgehungsabschnitt 29 und die ECU 80 halten die von dem elektrischen Lader 24 komprimierte Luft von dem Eintritt in den zweiten Kompressor 42 ab. D.h., der Turbolader-Umgehungsabschnitt 29 und die ECU 80 bilden ein Beispiel einer Rückhalteeinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Der jedem Verbrennungsraum 12 zugeführte Kraftstoff wird durch die Steuerung der ECU 80 erhöht. Somit wird der Anteil des in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoffes erhöht. Ein Teil der durch den ersten Kompressor 24b komprimierten Luft durchläuft den Sekundärluft-Zuführungskanal 51 und wird dem Auslasskanal 31 zugeführt.
Dadurch wird der unverbrannte Kraftstoff in dem Auslasskanal 31 durch die zugeführte komprimierte Luft verbrannt. Mit dieser Verbrennungswärme wird der Auslasskanal 31 in einem frühen Stadium aufgeheizt. D.h., der Katalysator 33 wird in einem frühen Stadium auf die aktive Temperatur aufgeheizt.
Nach einer Weile ab dem Start des Motors 10 ist der Katalysator 33 auf die aktive Temperatur aufgeheizt. Wenn der Katalysator 33 auf die aktive Temperatur aufgeheizt ist, werden schädliche Materialien, wie z.B. unverbrannter Kraftstoff und NO_x in dem Abgas durch den Katalysator 33 entfernt.
Wenn der Katalysator 33 auf die aktive Temperatur aufgeheizt ist, wird es unnötig, die Sekundärluft dem Auslasskanal 31 durch den elektrischen Lader 24 zuzuführen. Somit schließt, wenn der Katalysatortemperatursensor 62 detektiert, dass der Katalysator 33 auf die aktive Temperatur aufgeheizt ist, die ECU das Sekundärluftventil 52 und beendet den Betrieb des elektrischen Laders 24. Damit wird die Zuführung von komprimierter Luft in den Auslasskanal 31 beendet.
Ferner öffnet die ECU 80 das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders. D.h., in diesem Zustand werden das Turbolader-Umgehungsventil 29b und das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders geöffnet und das Sekundärluftventil 52 geschlossen. Die Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, durchläuft den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders.
Dieses ist so, weil der angehaltene erste Kompressor 24b als ein Widerstand für die Luftströmung wirkt. Die Luft, welche durch den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders durchlaufen hat, mündet in den Einlasskanal 21 und dann wird die Luft jedem Verbrennungsraum 12 durch den Turbolader-Umgehungskanal 29a zugeführt.
Die Luft umgeht auf diese Weise die ersten und zweiten Kompressoren 24b und 42 und den Zwischenkühler 25. Somit wird, da die Zuführung von Luft in die ersten und zweiten Kompressoren 24b und 42 und in den Zwischenkühler 25 unterdrückt wird, das Einlassaufnahmevermögen und der Einlassdruckverlust reduziert. Das Einlassaufnahmevermögen ist das Luftströmungsaufnahmevermögen in dem Einlasssystem 20.
Anschließend startet der Fahrer das Automobil nach der Startvorbereitung. In diesem Zustand ist die Drehzahl des Motors 10 niedrig. Der Fahrer drückt das Gaspedal nieder und beschleunigt das Automobil.
Wenn das Automobil von niedriger oder mittlerer Geschwindigkeit auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit innerhalb kurzer Zeit beschleunigt wird, d.h., wenn die ECU 80 aus der Information des Drehzahlsensors 65 und des Gaspedal-Öffnungssensors 64 detektiert, dass die Drehzahl des Motors 10 bei einem mittleren Wert liegt und die Belastung bei einem mittleren Wert liegt, schließt die ECU 80 das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders und das Sekundärluftventil 52, öffnet das Turbolader-Umgehungsventil 29b und betreibt den elektrischen Lader 24.
Dadurch durchläuft Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, nicht den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders und erreicht den ersten Kompressor 24b. Die in den ersten Kompressor 24b eingesaugte Luft wird in jeden Verbren nungsraum 12 hauptsächlich durch den Turbolader-Umgehungskanal 29a geladen.
Dieses ist so, weil der zweite Kompressor 42 als ein Widerstand für die Luftströmung wirkt. Insbesondere wird, wenn sich die Drehzahl des Motors 10 bei dem mittleren Wert befindet, das Turbinenrad 41b der Turbine 41 nicht effektiv in Drehung versetzt. Aus diesem Grunde wird der Abgasdruck nicht ausreichend für eine vorbestimmte Zeit nach dem Niederdrücken des Gaspedals erhöht, und daher dreht sich das Turbinenrad 41b nicht so stark.
Somit wirkt das zweite Kompressorrad 42b als Luftströmung widerstand für die vorbestimmte Zeit, nachdem das Gaspedal niedergedrückt wurde, und die komprimierte Luft wird von dem Eintritt in den zweiten Kompressor 42 abgehalten und der Einlasswiderstand ist reduziert.
Da der Betriebszustand des elektrischen Laders 24 nicht von der Drehzahl des Motors 10 abhängt, ist es möglich, ausreichend Luft in den Verbrennungsraum 12 in Bezug auf das Niederdrücken des Gaspedals zu laden. Das Automobil wird dadurch unter gutem Ansprechen auf das Niederdrücken des Gaspedals bis dahin beschleunigt, wo der Abgasdruck einen effektiven Wert für den Turbolader 40 erreicht.
Das Automobil kann für längere Zeit bergauf fahren. In diesem Falle ist die Drehzahl des Motorblocks 11 niedrig oder mittel und die Belastung des Motorblocks 11 ist hoch. Die ECU 80 detektiert dieses aus der von dem Gaspedal-Öffnungssensor 64 und dem Drehzahlsensor 65 gelieferten Information. Die ECU 80 erzeugt ein Signal, welches das Turbolader-Umgehungsventil 29b, das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders und das Sekundärluftventil 52 schließt und den elektrischen Lader 24 betreibt.
Damit wird, wenn der zweite Kompressor 42 als ein Widerstand wirkt, oder bis der Abgasdruck einen effektiven Wert für den Turbolader 40 erreicht, das Turbolader-Umgehungsventil 29b geöffnet. Die Luft, welche durch den elektrischen Lader 24 komprimiert wird, durchläuft hauptsächlich den Turbolader-Umgehungskanal 29a und wird in jeden Verbrennungsraum 12 geladen.
Danach wird, wenn das Turbinenrad 41b effektiv durch das Abgas angetrieben wird, da der zweite Kompressor 42 nicht als Widerstand für die Strömung wirkt, der Turbolader-Umgehungskanal 29a gesperrt, und die durch den elektrischen Lader 24 komprimierte Luft wird in den zweiten Kompressor 42 eingesaugt und noch einmal verdichtet und dann in jeden Verbrennungsraum 12 geladen.
Dabei wird, wenn die Drehzahl des Motorblocks 11 in dem Bereich niedriger bis mittlerer Wert liegt und die Belastung hoch ist, die Luft in zwei Stufen durch den elektrischen Lader 24 und den Turbolader 40 komprimiert und in jeden Verbrennungsraum 12 geladen. Somit kann der Motor 10 eine hohe Ausgangsleistung erzielen.
Wenn die ECU 80 aus der Information des Gaspedal-Öffnungssensors 64 und dem Drehzahlsensor 65 detektiert, dass das Automobil auf einer Autobahn fährt oder dass die Drehzahl des Motorblocks 11 hoch ist und die Last hoch ist, öffnet die ECU 80 das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders, schließt das Turbolader-Umgehungsventil 29b und das Sekundärluftventil 52 und stoppt den elektrischen Lader 24.
Dieses ist so, weil der elektrische Lader 24 so ausgelegt ist, dass er effektiv betrieben wird, wenn die Drehzahl des Motors 10 in dem Bereich niedriger bis mittlerer Werte liegt und der elektrische Lader 24 als ein Widerstand für die Luftströmung wirkt, wenn die Drehzahl des Motors 10 hoch ist.
Damit umgeht die Luft, welche den Luftfilter 22 durchlaufen hat, den ersten Kompressor 24b und erreicht den zweiten Kompressor 42, und wird durch den zweiten Kompressor 42 in jeden Verbrennungsraum 12 geladen. Somit kann der Motor eine höhere Ausgangsleistung selbst dann erreichen, wenn die Drehzahl des Motors hoch und die Belastung hoch ist.
Bei dem Motor 10 mit einem derartigen Rufbau wird, wenn der Motor 10 gestartet wird, die Sekundärluft durch den elektrischen Lader 24 komprimiert und dem Auslasskanal 31 über die Sekundärluft-Zuführungskanal 51 zugeführt.
D.h., der elektrische Lader 24 als ein Lader für niedrige und mittlere Drehzahlen des Motors 10 wird als ein Kompressor für die Zuführung von Sekundärluft verwendet. Damit wird, wenn der Motor 10 gestartet wird, selbst wenn die Drehzahl des Motorblocks 11 niedrig ist, der Katalysator 33 in einem frühen Stadium auf die aktive Temperatur aufgeheizt. Damit wird, selbst bei einem Start des Motors 10 das Abgas in einem frühen Stadium gereinigt. D.h., schädliches Material in dem Abgas wird vom Ausströmen abgehalten.
Da es nicht erforderlich ist, einen getrennten Kompressor für die Zuführung von Sekundärluft anzuordnen, wird ein Kostenanstieg unterdrückt. Im Vergleich zu einem Falle, in welchem der elektrische Lader 24 in der Abmessung vergrößert wird und der Turbolader 40 nicht verwendet wird, werden die Kosten des elektrischen Laders 24 reduziert und der Stromverbrauch des elektrischen Laders 24 kann ebenfalls reduziert werden. Daher können die Kosten für den Motor 10 gesenkt werden. D.h., der Motor 10 kann effektiv das Abgas reinigen, während gleichzeitig die Kosten gesenkt werden.
Der elektrische Lader 24 und der Turbolader 40 sind in Reihe angeordnet. Insbesondere sind der erste Kompressor 24b des elektrischen Laders 24 und der zweite Kompressor 42 des Turboladers 40 in Reihe angeordnet. Somit ist es nicht erforderlich, Kanäle für den ersten Kompressor 24b und den zweiten Kompressor 42 parallel anzuordnen, so dass der Aufbau des Motors 10 nicht verkompliziert wird. Daher wird der Aufbau des Motors 10 vereinfacht.
Da der elektrische Lader 24 als ein Lader mit geringem Aufnahmevermögen verwendet wird, wird die Sekundärluft unabhängig von der Drehzahl des Motorblocks 11 selbst dann stabil in den Auslasskanal 31 geliefert, wenn das Fahrzeug gestartet und die Drehzahl des Motorblocks niedrig ist. Ebenso wird jeder Verbrennungsraum 12 stabil geladen.
Wenn Sekundärluft in den Auslasskanal 31 geladen wird, ist das Turbolader-Umgehungsventil 29b geöffnet. Damit durchläuft die durch den elektrischen Lader 24 komprimierte Luft hauptsächlich den Turbolader-Umgehungskanal 29a, und die Luft wird von einem Eintritt in den zweiten Kompressor 42 und den Zwischenkühler 25 abgehalten.
Damit wird der Einlassdruckverlust, der verursacht wird, wenn die Luft den zweiten Kompressor 42 und den Zwischenkühler 25 durchläuft, unterdrückt. D.h., wenn die Sekundärluft zugeführt wird, wird die Luft effizient dem Auslasskanal 31 zugeführt und effizient in jeden Verbrennungsraum 12 geladen.
Wenn die Drehzahl des Motorblocks 11 in dem Bereich niedriger bis mittlerer Werte liegt und die Belastung bei dem mittleren Wert liegt, wird, da das Turbolader-Umgehungsventil 29b geöffnet ist, die durch den elektrischen Lader 24 komprimierte Luft von dem Eintritt in den zweiten Kompressor 42 und den Zwischenkühler 25 abgehalten.
Damit wird, da der Einlasswiderstand reduziert ist, die durch den elektrischen Lader 24 komprimierte Luft in jeden Verbrennungsraum 12 unter ausgezeichnetem Ansprechen auf das Niederdrücken des Gaspedals geladen. Somit wird das Automobil mit ausgezeichnetem Ansprechen in Bezug auf das Niederdrücken des Gaspedals beschleunigt.
Wenn der elektrische Lader 24 nicht betrieben wird, da das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders geöffnet ist, wird die Luft vom Eintreten in den ersten Kompressor 24b abgehalten. Dadurch wird, da der Einlaßdruckverlust, der bewirkt wird, wenn die Luft den ersten Kompressor 24b durchläuft, unterdrückt wird, Luft effizient jedem Verbrennungsraum 12 zugeführt.
Anschließend wird ein Verbrennungsmotor mit einem Lader gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 2 auf der Basis des Motors 10 wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Strukturen mit denselben Effekten wie denen in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Symbolen bezeichnet und deren Erläuterung wird unterlassen.
In der zweiten Ausführungsform hat ein Motor 10 ferner ein Eintritts-Verhinderungsventil 71 und ein Rückströmungs-Verhinderungsventil 72. Dieses ist unterschiedlich zur ersten Ausführungsform. Weitere Strukturen können dieselben, wie diejenigen der ersten Ausführungsform sein.
Der unterschiedliche Punkt wird erläutert. 2 ist eine schematische Darstellung des Motors 10. Gemäß Darstellung in 2 ist das Eintritts-Verhinderungsventil 71 zwischen einem ersten Verzweigungsabschnitt 21c und einem zweiten Kompressor 42 in dem Einlasskanal 21 vorgesehen. Das Eintritts-Verhinderungsventil 71 ist beispielsweise ein Magnetventil. Das Eintritts-Verhinderungsventil 71 öffnet und schließt den Einlasskanal 21. Das Einlassverhinderungsventil 71 ist elektrisch mit einer ECU 80 verbunden.
Das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 ist zwischen einem ersten Einmündungsabschnitt 21d und einem Zwischenkühler 25 in dem Einlasskanal 21 vorgesehen. Das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 ist beispielsweise ein Magnetventil. Das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 öffnet und schließt den Einlasskanal 21. Das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 ist elektrisch mit der ECU 80 verbunden.
Anschließend wird der Betrieb des Motors 10 der zweiten Ausführungsform erläutert.
Wenn der Motor 10 gestartet wird, schließt, wenn die ECU 80 aus der Information eines Katalysatortemperatursensors 62 und eines Kühlwassertemperatursensors 63 detektiert, dass der Motorblock 11 kalt ist, die ECU 80 ein Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders, das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72.
Die ECU 80 öffnet ein Turbolader-Umgehungsventil 29b und ein Sekundärluftventil 52. Die ECU 80 betreibt einen elektrischen Lader 24 und erhöht die aus jeder Einspritzeinrichtung 5 eingespritzte Kraftstoffmenge.
Damit ist ein Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders gesperrt. Das Eintritts-Verhinderungsventil 71 verhindert, dass durch den elektrischen Lader 24 komprimierte Luft in den zweiten Kompressor 42 eintritt. Das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 verhindert, dass Luft, welche einen ersten Einmündungsabschnitt 21d durchlaufen hat, rückwärts in den Zwischenkühler 25 strömt. Somit ist das Einlassaufnahmevermögen reduziert. Das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 bilden ein Beispiel für die Rückhalteeinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Dadurch durchläuft ein Teil der durch einen ersten Kompressor 24b komprimierten Luft einen Turbolader-Umgehungskanal 29a und wird effizient in jeden Verbrennungsraum 12 geladen.
Der in jeden Verbrennungsraum 12 zugeführte Kraftstoff 12 wird durch die Steuerung der ECU 80 erhöht. Somit wird der Anteil an in dem Abgas enthaltenem unverbrannten Kraftstoff erhöht. Ein Teil der durch den ersten Lader 24b komprimierten Luft durchläuft den Sekundärumgehungskanal 51 und wird einem Auslasskanal 31 zugeführt.
Damit wird unverbrannter Kraftstoff in dem Auslasskanal 31 durch die zugeführte komprimierte Luft verbrannt. Diese Verbrennung heizt den Auslasskanal 31 in einem frühen Stadium auf. D.h., ein Katalysator 33 wird in einem frühren Stadium auf die aktive Temperatur aufgeheizt. Da der Katalysator 33 auf die aktive Temperatur aufgeheizt wird, wird schädliches Material, wie z.B. unverbrannter Kraftstoff und NO_x in dem Abgas durch den Katalysator 33 entfernt.
Wenn der Katalysator auf die aktive Temperatur aufgeheizt ist, wird es unnötig, die Sekundärluft dem Auslasskanal 31 über den elektrischen Lader 24 zuzuführen. Somit schließt, wenn der Katalysatortemperatursensor 62 detektiert, dass der Katalysator 33 auf die aktive Temperatur aufgeheizt ist, die ECU 80 das Sekundärluftventil 52 und stoppt den elektrischen Lader 24. Damit wird die Zuführung der komprimierten Luft zu dem Auslasskanal 31 beendet.
Die ECU 80 öffnet das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders, das Turbolader-Umgehungsventil 29b, das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72. Damit durchläuft Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders und das Turbolader-Umgehungsventil 29b.
Andererseits wird Luft, welche den Luftfilter 22 durchlaufen hat, vom Eintritt in die ersten und zweiten Kompressoren 24b und 42 abgehalten. Dieses ist so, weil der zweite Kompressor 42 und der gestoppte erste Kompressor 24b als ein Widerstand für die Luftströmung wirken. In diesem Zustand wird die Luft von Eintritt in die ersten und zweiten Kompressoren 24b und 42 und den Zwischenkühler 25 abgehalten. Somit wird der Einlassdruckverlust unterdrückt.
Das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 werden geöffnet, um eine Abschwächung der Drehung des Turbinenrades 41b zu verhindern. Insbesondere nimmt das Turbinenrad 41b Energie aus dem Abgas auf und dreht sich selbst dann, wenn die Drehzahl des Motors 10 niedrig ist. Ein zweites Kompressorrad 42b in dem zweiten Kompressor 42 dreht sich ebenfalls zusammen mit dem Turbinenrad 41b. Damit wird Luft in dem zweiten Kompressor 42 stromabwärts von dem zweiten Kompressor 42 ausgegeben.
Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn das Eintritts-Verhinderungsventil 71 geschlossen ist, keine Luft in den zweiten Kompressor 42 geliefert und ein Unterdruck in dem zweiten Kompressor erzeugt. Dieser Unterdruck schwächt die Drehung des zweiten Kompressorrades 42b ab. Somit wird die Drehung des Turbinenrades 41b ebenfalls in Verbindung mit dem zweiten Kompressorrad 42b abgeschwächt. Daher werden das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 geöffnet.
Anschließend startet der Fahrer nach der Startvorbereitung das Fahrzeug. In diesem Zustand ist die Drehzahl des Motors 10 niedrig. Der Fahrer drückt das Gaspedal nieder und beschleunigt das Automobil.
Wenn das Fahrzeug von niedriger oder mittlerer Geschwindigkeit auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit für eine kurze Zeit beschleunigt wird, d.h., wenn die ECU 80 aus der Information eines Drehzahlsensors 65 und eines Gaspedal-Öffnungssensors 64 detektiert, dass die Drehzahl des Motors 10 von niedrig auf mittel verändert wird und die Last einen mittle ren Wert annimmt, öffnet die ECU 80 das Turbolader-Umgehungsventil 29b und schließt das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders, das Eintritts-Verhinderungsventil 71, das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 und das Sekundärluftventil 72 und betreibt den elektrischen Lader. Damit werden der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders und der Sekundärluft-Zuführungskanal 51 gesperrt. Damit durchläuft Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, nicht den Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders und erreicht den ersten Kompressor 24b. Die in den ersten Kompressor 24b eingesaugte Luft durchläuft den Turbolader-Umgehungskanal 29a aufgrund des elektrischen Laders 24 und wird in jeden Verbrennungsraum 12 geladen.
Zu diesem Zeitpunkt ist, da die Luft den zweiten Kompressor 42 und den Zwischenkühler 25 umgeht, das Einlassaufnahmevermögen reduziert. Somit wird die komprimierte Luft effizient in jeden Verbrennungsraum 12 geladen. D.h., das Automobil wird unter ausgezeichnetem Ansprechen in Bezug auf das Niederdrücken des Gaspedals beschleunigt.
Wenn die ECU 80 aus der Information des Gaspedal-Öffnungssensors 64 und des Drehzahlsensors 65 detektiert, dass das Automobil bergauf fährt, oder dass die Drehzahl des Motorblocks 11 in dem Bereich niedriger bis mittlerer Werte liegt, und die Belastung hoch ist, schließt die ECU 80 das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders, das Turbolader-Umgehungsventil 29b und das Sekundärluftventil 52, öffnet das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 und betreibt den elektrischen Lader 24.
Damit werden der Umgehungskanal 28a des elektrischen Laders, der Turbolader-Umgehungskanal 29a und der Sekundärluftumgehungskanal 51 gesperrt. Somit wird die Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, in zwei Stufen durch den elek trischen Lader 24 und den Turbolader 40 komprimiert und in jeden Verbrennungsraum 12 geladen. Somit kann der Motor 10 eine hohe Ausgangsleistung erreichen.
Wenn die ECU aus der Information des Gaspedal-Öffnungssensors 65 detektiert, dass die Drehzahl des Motorblocks 11 hoch und die Belastung hoch ist, wenn beispielsweise das Automobil auf einer Autobahn fährt, öffnet die ECU das Umgehungsventil 28b des elektrischen Laders, das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72, schließt das Turbolader-Umgehungsventil 29b und das Sekundärluftventil 52 und stoppt den elektrischen Lader 24.
Dieses ist so, weil der elektrische Lader 24 so ausgelegt ist, dass er effektiv betrieben wird, wenn sich die Drehzahl des Motors 10 in dem Bereich niedriger bis mittlerer Werte befindet, und der elektrische Lader 24 als ein Widerstand für die Luftströmung wirkt, wenn die Drehzahl des Motors 10 hoch ist.
Damit umgeht die Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, den ersten Kompressor 24b und erreicht den zweiten Kompressor 42. Dann wird die Luft, welche das Luftfilter 22 durchlaufen hat, durch den Turbolader 40 in jeden Verbrennungsraum 12 geladen. Somit kann der Motor eine höhere Ausgangsleistung selbst dann erreichen, wenn die Drehzahl des Motors hoch und die Belastung hoch ist.
Der Motor 10 der zweiten Ausführungsform hat ferner das Eintritts-Verhinderungsventil 71. Wenn der Motor 10 bei der niedrigen Temperatur startet oder die Sekundärluft dem Auslasskanal 31 zugeführt wird, wird das Eintritts-Verhinderungsventil 71 geschlossen, um die komprimierte Luft daran zu hindern, in den zweiten Kompressor 42 einzutreten.
Damit wird, da das Einlassaufnahmevermögen des Einlasssystems 20 reduziert ist, Luft effizient in jeden Verbrennungs raum 12 geladen und die komprimierte Luft effizient dem Auslasskanal 31 zugeführt.
Aus diesem Grund kann zusätzlich zu den Effekten der ersten Ausführungsform der Katalysator 33 schneller auf die aktive Temperatur aufgeheizt werden. Daher wird eine Ausgabe von schädlichem Material, wie z.B. unverbranntem Kraftstoff in dem Abgas, nach außen verhindert.
Zum Zeitpunkt einer Beschleunigung des Automobils bei mittlerer oder niedriger Geschwindigkeit, oder wenn der Motorblock 11 mit niedriger oder mittlerer Drehzahl dreht und sich die Belastung bei dem mittlerem Wert befindet, wird, wenn das Eintritts-Verhinderungsventil 71 geschlossen ist, das Eintreten komprimierter Luft in den zweiten Kompressor 42 verhindert. Somit ist das Einlassaufnahmevermögen reduziert.
Somit wird, da die komprimierte Luft effizient in jeden Verbrennungsraum 12 geladen wird, das Automobil mit besserem Ansprechen in Bezug auf das Niederdrücken des Gaspedals zusätzlich zu den Effekten der ersten Ausführungsform beschleunigt.
Der Motor 10 der zweiten Ausführungsform hat das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72. Wenn der Motor 10 bei der niedrigen Temperatur gestartet wird oder Sekundärluft dem Auslasskanal 31 zugeführt wird, werden das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 geschlossen, um zu verhindern, dass die komprimierte Luft rückwärts zu dem zweiten Kompressor 42 hin strömt.
Damit wird, da das Einlassaufnahmevermögen des Einlasssystems 20 reduziert ist, die Luft effizient in jeden Verbrennungsraum 12 geladen und die komprimierte Luft effizient dem Auslasskanal 31 zugeführt.
Somit kann zusätzlich zu dem Effekten der ersten Ausführungsform der Katalysator 33 schneller auf die aktive Temperatur aufgeheizt werden und schädliches Material, wie z.B. unverbrannter Kraftstoff in dem Abgas, weiter von dem Austritt nach außen abgehalten werden.
Zum Zeitpunkt einer Beschleunigung des Automobils bei mittlerer oder geringer Geschwindigkeit, oder wenn der Motorblock 11 mit niedriger oder mittlerer Drehzahl dreht und die Belastung bei mittlerem Wert liegt, wird, da das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 geschlossen sind, verhindert, dass die komprimierte Luft rückwärts zu dem zweiten Kompressor 42 strömt. Somit ist das Einlassaufnahmevermögen reduziert.
Daher wird, da die komprimierte Luft effizient in jedem Verbrennungsraum 12 geladen wird, zusätzlich zu den Effekten der ersten Ausführungsform, das Automobil unter besserem Ansprechen in Bezug auf das Niederdrücken des Gaspedals beschleunigt.
Da das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 vorgesehen sind, wird in einem Zustand, in welchem das Eintritts-Verhinderungsventil 71 und das Rückströmungs-Verhinderungsventil 72 geschlossen sind, der Eintritt von Luft in den zweiten Kompressor 42 und den Zwischenkühler 25 verhindert und somit das Einlassaufnahmevermögen reduziert.
In der ersten und zweiten Ausführungsform hat die Antriebszustands-Detektionseinrichtung den Katalysatortemperatursensor 62, den Kühlwassertemperatursensor 63, den Gaspedal-Öffnungssensor 64 und den Drehzahlsensor 65, wobei aber die Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist.
Kurz gesagt ist es nur erforderlich, dass die Betriebszustands-Detektionseinrichtung den Betriebszustand des Motors 10 detektieren kann. Selbst während einer Periode außer dem des Startvorgangs des Motors 10, kann, wenn der Katalysator 33 nicht auf die aktive Temperatur aufgeheizt ist, das Sekundärluftventil 52 geöffnet werden, um die komprimierte Luft dem Auslasskanal 31 zuzuführen.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die hierin dargestellten und beschriebenen spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen beschränkt. Demzufolge können verschiedene Modifikationen ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken oder Schutzumfang des allgemeinen erfindungsgemäßen Konzeptes gemäß Definition durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente ausgeführt werden.

Claims

Verbrennungsmotor mit einem Lader, aufweisend: einen ersten Lader (24), welcher in einem Einlasskanal (21) vorgesehen ist, welcher mit einem Verbrennungsraum (12) in Verbindung steht und Einlassluft in den Verbrennungsraum (12) lädt; einen zweiten Lader (40), welcher in dem Einlasskanal (21) vorgesehen ist und die Einlassluft in den Verbrennungsraum (12) lädt; und einen Katalysator (33), welcher in einem Auslasskanal (31) vorgesehen ist, welcher mit dem Verbrennungsraum (12) in Verbindung steht und Abgas reinigt, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: eine Sekundärluft-Zuführungseinrichtung (50), um durch den ersten Lader (24) komprimierte Sekundärluft dem Auslasskanal (31) zuzuführen, wobei der zweite Lader (40) in dem Einlasskanal (21) in Reihe in Bezug auf den ersten Lader (24) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor mit einem Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: eine Rückhalteeinrichtung (71, 72), um die von dem ersten Lader (24) komprimierte Luft von einem Eintritt in den zweiten Lader (40) abzuhalten.
Verbrennungsmotor mit einem Lader, aufweisend: einen Motorblock (11) mit einem Verbrennungsraum (12); einen Einlasskanal (21), welcher mit dem Verbrennungsraum (12) in Verbindung steht; einen Auslasskanal (31), welcher mit dem Verbrennungsraum (12) in Verbindung steht; einen elektrischen Lader (24), welcher einen antreibenden Elektromotor (24a) aufweist und welcher in dem Einlasskanal (21) vorgesehen ist und welcher die Einlassluft in den Verbrennungsraum (12) lädt; einen Katalysator (33), welcher in dem Auslasskanal (31) vorgesehen ist und Abgas reinigt, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: einen Turbolader (40), welcher in dem Einlasskanal (21) stromabwärts von dem elektrischen Lader (24) angeordnet ist und welcher durch Abgas angetrieben wird; einen Sekundärluft-Zuführungskanal (51), welcher von einem Sekundärluft-Zuführungskanal-Abzweigungsabschnitt (21e) zwischen dem elektrischen Lader (24) und dem Turbolader (24) in dem Einlasskanal (21) abzweigt und welcher in den Auslasskanal (31) mündet; ein Sekundärluftventil (52), welches in dem Sekundärluft-Zuführungskanal (51) vorgesehen ist und den Sekundärluft-Zuführungskanal (51) öffnet und schließt; eine Steuerung (80), welche einen Öffnungs- und Schließvorgang des Sekundärluftventils (52) und einen Betriebsvorgang des elektrischen Laders (64) auf der Basis eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotorblocks (11) steuert und welche das Sekundärluftventil (52) öffnet und den elektrischen Lader (24) betreibt, wenn dem Auslasskanal (31) Sekundärluft zugeführt wird.
Verbrennungsmotor mit einem Lader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: einen Turbolader-Umgehungskanal (29a), welcher von einem ersten Verzweigungsabschnitt (21c) zwischen dem elektrischen Lader (24) und dem Turbolader (40) in dem Einlasskanal (21) abzweigt und welcher in einen ersten Einmündungsabschnitt (21d) stromabwärts von dem Turbolader (40) in den Einlasskanal (21) mündet; und ein Turbolader-Umgehungsventil (29b), welches in dem Turbolader-Umgehungskanal (29a) vorgesehen ist und den Turbolader-Umgehungskanal (29a) über die Steuerung (80) öffnet und schließt, wobei die Steuerung (80) das Turbolader-Umgehungsventil (29b) öffnet, wenn dem Auslasskanal (31) Sekundärluft zugeführt wird.
Verbrennungsmotor mit einem Lader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: ein Eintritts-Verhinderungsventil (71), welches stromabwärts von einem Verzweigungsabschnitt (21e) des Sekundärluft-Zuführungskanals und dem ersten Verzweigungsabschnitt (21c) in dem Einlasskanal (21) und stromaufwärts vor dem Turbolader (40) vorgesehen ist und welches den Einlasskanal (21) über die Steuerung (80) öffnet und schließt, wobei die Steuerung (80) das Eintritts-Verhinderungsventil (71) schließt, wenn dem Auslasskanal (31) Sekundärluft zugeführt wird, oder wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotorblocks (11) niedrig ist und dessen Belastung bei einem mittleren Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit einem Lader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: ein Rückströmungs-Verhinderungsventil (72), welches zwischen dem ersten Einmündungsabschnitt (21d) und dem Turbolader (40) in dem Einlasskanal (21) vorgesehen ist und den Einlasskanal (21) über die Steuerung (80) öffnet und schließt, wobei die Steuerung (80) das Rückströmungs-Verhinderungsventil (72) schließt, wenn dem Auslasskanal (31) Sekundärluft zugeführt wird oder wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotorblocks (11) niedrig ist und dessen Belastung bei einem mittleren Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit einem Lader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: ein Rückströmungs-Verhinderungsventil (72), welches zwischen dem ersten Einmündungsabschnitt (21d) und dem Turbolader (40) in dem Einlasskanal (21) vorgesehen ist und den Einlasskanal (21) über die Steuerung (80) öffnet und schließt, wobei die Steuerung (80) das Rückströmungs-Verhinderungsventil (72) schließt, wenn dem Auslasskanal (31) Sekundärluft zugeführt wird oder wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotorblocks (11) niedrig ist und dessen Belastung bei einem mittleren Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit einem Lader nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: einem Umgehungskanal (28a) für den elektrischen Lader, welcher von einem zweiten Verzweigungsabschnitt (21a) stromaufwärts von dem elektrischen Lader (24) abzweigt und in einem zweiten Einmündungsabschnitt (21b) zwischen dem elektrischen Lader (24) und dem Turbolader (40) in dem Einlasskanal (21) mündet; und ein Umgehungsventil (28b) für den elektrischen Lader, welches in dem Umgehungskanal (28a) des elektrischen Laders vorgesehen ist und den Umgehungskanal (28a) für den elektrischen Lader über die Steuerung (80) öffnet oder schließt, wobei die Steuerung (80) das Umgehungsventil (28b) für den elektrischen Lader öffnet, wenn der elektrische Lader (24) nicht betrieben wird.