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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ladeunterstützungssteuersystem,
das einen Istladedruck durch Unterstützen eines Ladebetriebes eines
Turboladers durch einen Elektromotor erhöht. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Turboladersteuergerät mit einem
Elektromotor, bei dem die zu dem Elektromotor zugeführte elektrische
Leistung, die einen Verdichter des Turboladers elektrisch antreiben
kann, so gesteuert wird, dass eine Drehzahl des Elektromotors reguliert
wird, wodurch ein vorbestimmter Ladeunterstützungsbetrag gemäß der zugeführten elektrischen
Leistung zu dem Elektromotor erzeugt wird.
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Bei
einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Automobil, ist zum Zwecke
einer Erzeugung einer hohen Kraftmaschinenabgabe oder zum Erreichen
eines niedrigen Kraftstoffverbrauches eine Kraftmaschine mit einem
Turbolader versehen, um eine in einen Zylinder der Kraftmaschine
eingelassene Luft durch einen Turbolader zu laden. Hierbei ist der
Turbolader ein Turbolader, der eine Turbine durch Nutzung von Abgasenergie
(Abgasdruck) einer Abgasströmung
dreht, die aus der Kraftmaschine herausströmt, um einen Verdichter anzutreiben,
der koaxial zu dieser Turbine angeordnet ist, wodurch die Einlassluft
geladen wird. Da das Ansprechverhalten des Ladedruckes in einem
Bereich einer niedrigen Kraftmaschinendrehzahl schlecht ist, und
ein Istladedruck zu einem geringen Wert führt, ist daher der Ladungswirkungsgrad
unzureichend, was zu einer unzureichenden Verbesserung der Kraftmaschinenabgase führt.
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Um
das vorstehend genannte Problem zu lösen, ist ein anderes Turboladersteuergerät mit einem Elektromotor
versehen (Ladeunterstützungssteuersystem),
bei dem eine Turbinenwelle des Turboladers mit dem Elektromotor
verbunden ist und durch diesen angetrieben wird. Bei diesem Ladeunterstützungssteuersystem
wird eine elektrische Leistung (elektrische Leistung kW), die zu
dem Elektromotor zugeführt
wird, auf der Grundlage einer Abweichung zwischen einem Sollladedruck
und einem Istladedruck bestimmt, und die bestimmte elektrische Leistung
wird zu dem Elektromotor zugeführt,
um eine Drehzahl des Elektromotors zu steuern. Somit wird ein vorbestimmter
Ladeunterstützungsbetrag
entsprechend der elektrischen Leistung zu dem Elektromotor erzielt.
Wenn ein erhöhtes
Moment der Kraftmaschine erforderlich ist, dann ist es dementsprechend
möglich,
den Istladedruck dadurch schnell zu erhöhen, dass ein Ladebetrieb eines
Verdichters des Turboladers durch den Elektromotor unterstützt wird.
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Wenn
bei dem herkömmlichen
Ladeunterstützungssteuersystem
ein Beschleunigungspedal durch einen Fahrer zum Bewirken einer Beschleunigung
niedergedrückt
wird, dann wird der folgende Prozess während einer Zeitperiode nach
einem Zeitpunkt, bei dem der Fahrer das Beschleunigungspedal tatsächlich niederdrückt, bis
zu einem Zeitpunkt durchgeführt,
bei dem eine Ladeunterstützung
durch einen Elektromotor gestartet wird, wie dies in der 11 gezeigt ist: ein erster
Schritt zum Erkennen eines Niederdrückungsbetrages des Beschleunigungspedals
(ein Änderungsbetrag
einer Beschleunigungsvorrichtungsposition pro Zeiteinheit, d.h.
eine Änderungsrate
einer Beschleunigungsvorrichtungsposition); ein zweiter Schritt
zum Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzmenge (Solleinspritzmenge)
auf der Grundlage einer Kraftmaschinendrehzahl und der Beschleunigungsvorrichtungsposition;
ein dritter Schritt zum Bestimmen eines Sollladedruckes auf der
Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl und der Solleinspritzmenge;
ein vierter Schritt zum Erkennen eines Istladedrucks auf der Grundlage
eines elektrischen Signals, das von einem Ladedrucksensor abgegeben
wird, ein fünfter
Schritt zum Erkennen einer Abweichung zwischen dem Sollladedruck
und dem Istladedruck; ein sechster Schritt zum Bestimmen eines Ladeunterstützungsbetrages
auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Sollladedruck und dem
Istladedruck; und ein siebter Schritt zum Bestimmen einer elektrischen
Leistung für
den Elektromotor entsprechend dem Ladeunterstützungsbetrag.
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Durch
diesen Prozess wird eine Kraftmaschinenabgabe (zum Beispiel ein
Kraftmaschinenmoment, eine Kraftmaschinendrehzahl oder dergleichen)
erhöht.
Jedoch tritt eine Zeitverzögerung
(Verzögerung
des Ansprechverhaltens) nach dem Bewirken der Anforderung der Beschleunigung
und bis zu dem tatsächlichen
Start der Ladeunterstützung
durch den Elektromotor auf. Daher fühlt der Fahrer des Fahrzeuges
ein Turboloch ungeachtet dessen, ob der Elektromotor an dem Turbolader
angebracht ist.
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Zum
Zwecke einer Verbesserung der Beschleunigungsansprechverhaltenscharakteristik zur
Zeit der Anforderung der Beschleunigung durch den Fahrer schlägt die JP-A-1-117931 zum Beispiel einen
Turbolader vor, der mit einem Elektromotor (Ladeunterstützungssteuersystem)
versehen ist, der mit einer Niederdrückungspositionserfassungsvorrichtung
zum Erfassen einer Niederdrückungsposition
eines Beschleunigungspedals und mit einer Niederdrückungsgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung
zum Erfassen einer Niederdrückungsgeschwindigkeit
des Beschleunigungspedals versehen ist. Wenn die Niederdrückungsgeschwindigkeit
des Beschleunigungspedals schnell ist, dann wird bestimmt, dass
die Anforderung zum Beschleunigen bewirkt wird. Dadurch wird die
elektrische Leistung für
den Elektromotor auf einen maximalen Wert festgelegt, wodurch eine
Verbesserung des Beschleunigungsansprechverhaltens auf die Anforderung
zum Beschleunigen bewirkt wird. Bei diesem Steuerverfahren wird
der Ladeunterstützungsbetrag
(elektrische Leistung für
den Elektromotor) durch den Elektromotor kontinuierlich auf einen
maximalen Wert festgelegt (den maximalen Ladeunterstützungsbetrag),
bis der Ladedruck den maximalen Wert erreicht, wenn das Beschleunigungspedal
auf ein Maximum niedergedrückt
wird.
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Des
Weiteren wird ein anderer Turbolader mit einem Elektromotor (Ladeunterstützungssteuersystem)
vorgeschlagen. Wenn bei diesem System eine Änderungsrate einer Beschleunigungsvorrichtungsposition
größer als
ein vorbestimmter Wert ist, dann wird bestimmt, dass eine Anforderung
zum Beschleunigen bewirkt wird, und eine maximale Leistungszuführungsmenge
wird als eine Leistungszuführungsmenge
bei einer Anfangsperiode zum Starten der Leistungszufuhr zu dem
Elektromotor bestimmt, um die bestimmte maximale Leistungszuführungsmenge
für den
Elektromotor für
eine Zeitperiode vorzusehen, bis ein Istladedruck einen Sollladedruck überschreitet,
wodurch die Ansprechverhaltenscharakteristik des Istladedruckes
zur Zeit der Ladeunterstützung
durch den Elektromotor verbessert wird (zum Beispiel US-6 880 337: JP-A-2004-169629, Seiten
1 bis 9, 1 und 2). Bei diesem Steuerverfahren
wird jedoch die maximale Leistungszuführungsmenge für den Elektromotor
für eine
Zeitperiode vorgesehen, bis der Istladedruck den Sollladedruck überschreitet.
Daher hat der Istladedruck ein Überschwingen
in der Richtung, in der er den Sollladedruck überschreitet. Dies bewirkt
möglicherweise
eine Verschlechterung der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
an den Sollladedruck.
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Dementsprechend
können
bei beiden der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Ladeunterstützungssteuersystemen
die folgenden Betriebe (1) und (2) nicht gleichzeitig erreicht werden:
- (1) Die Folgecharakteristika des Istladedruckes und
das Beschleunigungsansprechverhalten auf die Anforderung zum Beschleunigen
für den Zweck,
dass der Istladedruck schnell dem Sollladedruck folgt, der unmittelbar
auf einen hohen Wert auf der Grundlage einer schnellen Änderung eines
Kraftmaschinenbetriebszustandes festgelegt wird, der durch eine
Beschleunigungsanforderung durch einen Fahrer bewirkt wird; und
- (2) die Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes an den
Sollladedruck für
den Zweck, dass der Istladedruck sanft und schnell an den Sollladedruck
ohne ein Überschwingen
in der Richtung des Überschreitens
des Sollladedruckes konvergiert.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich daher an ein Ladeunterstützungssteuersystem,
das sowohl eine Verbesserung der Folgecharakteristika des Istladedruckes
als auch eines Beschleunigungsansprechverhaltens auf eine Beschleunigungsanforderung
erreichen kann, und dass eine Verbesserung der Konvergenzcharakteristika
(Konvergiercharakteristika) des Istladedruckes an den Sollladedruck
erreichen kann. Sie richtet sich des Weiteren an ein Ladeunterstützungssteuersystem,
das eine weitere Verbesserung der Beschleunigungsfunktion durch Starten
einer Ladeunterstützung
mit einem Elektromotor unmittelbar nach einem Zeitpunkt erreichen kann,
bei dem ein Fahrer ein Beschleunigungspedal niederdrückt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine erste Ladeunterstützungssteuerung
oder eine zweite Ladeunterstützungssteuerung wahlweise
auf der Grundlage einer Änderungsrate eines
Kraftmaschinenbetriebszustandes pro Zeiteinheit, einer Abweichung
zwischen dem Istladedruck und dem Sollladedruck oder einer verstrichenen
Zeit nach einem Zeitpunkt erreicht, bei dem die Beschleunigungsanforderung
bewirkt wird. Die erste Steuerung führt eine Ladeunterstützung mit
einem Elektromotor auf der Grundlage eines Ladeunterstützungsbetrages
zum Verbessern der Folgecharakteristika eines Istladedruckes und
eines Beschleunigungsansprechverhaltens auf die Beschleunigungsanforderung
durch. Die zweite Steuerung führt
eine Ladeunterstützung
mit dem Motor auf der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages zum Verbessern
der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes an den Sollladedruck
durch. Somit können
sowohl eine Verbesserung der Folgecharakteristika des Istladedruckes
und des Beschleunigungsansprechverhaltens auf die Beschleunigungsforderung
als auch eine Verbesserung der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
an den Sollladedruck gleichzeitig erreicht werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich. Zu den Zeichnungen:
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Kraftmaschine mit einem Turbolader
und derer Peripherieeinrichtung bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine Blockdarstellung eines Steuersystems für ein Kraftmaschinensteuersystem mit
dem Turbolader bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens des Kraftmaschinensteuersystems
mit dem Turbolader bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens für eine erste Ladeunterstützungssteuerung
bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens einer zweiten Ladeunterstützungssteuerung
bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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6 zeigt
ein Zeitdiagramm der Folgecharakteristika eines Istladedruckes und
eines Beschleunigungsansprechverhaltens auf eine Beschleunigungsanforderung
und Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes an einen Sollladedruck
bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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7 zeigt
eine Blockdarstellung einer Steuerlogik einer ECU bei einem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8A bis 8C zeigen
Zeitdiagramme jeweils einer Berechnungsperiode eines Ladeunterstützungsbetrages
SCA und SCB bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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9 zeigt
ein Zeitdiagramm einer Änderung
einer Niederdrückungsposition
eines Beschleunigungspedals und einer Änderung des Ladeunterstützungsbetrages
bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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10 zeigt
eine schematische Ansicht einer Kraftmaschine mit einem Turbolader
und derer Peripherieeinrichtung bei einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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11 zeigt
ein Zeitdiagramm einer Änderung
jeweils einer Niederdrückungsposition
eines Beschleunigungspedals, einer Solleinspritzmenge, eines Ladedruckes
und einer Kraftmaschinendrehzahl bei dem Stand der Technik.
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(Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel)
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Zunächst unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine
Brennkraftmaschine 1, wie zum Beispiel eine Dieselkraftmaschine,
mit einem Turbolader 4 zum Laden von Einlassluft versehen,
die einer Brennkammer (nicht gezeigt) eines entsprechenden Zylinders
der Kraftmaschine 1 zugeführt wird, indem Abgasenergie
eines Abgases genutzt wird, das aus der Kraftmaschine 1 strömt. Die
Kraftmaschine 1 ist des Weiteren mit einem Motor als ein
Unterstützungsmotor 5 versehen,
der elektrische Leistung erzeugt, um einen Ladeunterstützungsbetrieb
durch elektrisches Antreiben des Turboladers 4 durchzuführen, und
mit einer elektronischen Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) 10,
die darin ein Motorsteuergerät
zum Regulieren einer Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 durch
Steuern einer elektrischen Leistung für den Unterstützungsmotor 5 aufnimmt.
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Die
Kraftmaschine 1 ist eine Direkteinspritz-Dieselkraftmaschine,
bei der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird,
und sie ist mit einem Kraftmaschineneinlassrohr 2 und Kraftmaschinenauslassrohr 3 versehen,
die jeweils mit der Brennkammer des entsprechenden Zylinders für die Kraftmaschine 1 in
Verbindung sind. Ein Einlassventil (nicht gezeigt) zum Öffnen/Schließen eines
Einlassanschlusses und ein Auslassventil (nicht gezeigt) zum Öffnen/Schließen eines
Auslassanschlusses sind an der Kraftmaschine 1 angebracht.
Der Einlassanschluss der Kraftmaschine 1 ist so aufgebaut, dass
Einlassluft zu dem Einlassanschluss über Einlasskanäle zugeführt wird,
die in dem Kraftmaschineneinlassrohr 2 einschließlich eines
Einlasskrümmers
ausgebildet sind. Zusätzlich
ist der Auslassanschluss der Kraftmaschine 1 so aufgebaut,
dass ein Abgas zu den Auslasskanälen
zugeführt
wird, die in dem Kraftmaschinenauslassrohr 3 einschließlich eines
Abgaskrümmers
ausgebildet sind.
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Des
Weiteren ist ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzgerät zum Einspritzen/Zuführen von
Hochdruckkraftstoff (nicht gezeigt) in die Brennkammer des entsprechenden
Zylinders für
die Kraftmaschine 1 in dem Kraftmaschinensteuersystem mit
dem Turbolader angeordnet. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzgerät hat eine
Common-Rail (nicht gezeigt), um Hochdruckkraftstoff unter einem
Druck zu speichern, der äquivalent
einem Einspritzdruck des Kraftstoffes ist, eine Zuführungspumpe
(Kraftstoffeinspritzpumpe: nicht gezeigt), die den Kraftstoff mit
hohem Druck beaufschlagt, der in eine Druckkammer über ein Saugsteuerventil
(SCV: nicht gezeigt) eingesaugt wird, und zwar als ein Aktuator
zum Zuführen
des Hochdruckkraftstoffes zu der Common-Rail unter Druck, und eine
Vielzahl Einspritzvorrichtungen (INJ: nicht gezeigt) zum Einspritzen/Zuführen des
in der Common-Rail gespeicherten Hochdruckkraftstoffes in die Brennkammer
des entsprechenden Zylinders für
die Kraftmaschine 1. Jede Einspritzvorrichtung der Vielzahl
Einspritzvorrichtungen ist mit einem Aktuator, wie zum Beispiel
einem Elektromagnetventil versehen, der eine Düsennadel (Ventilkörper) in
der Öffnungsrichtung
antreibt.
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Der
Turbolader 4 hat einen Verdichter 11, der in der
Mitte des Kraftmaschineneinlassrohres 2 angeordnet ist,
und eine Turbine 12, die in der Mitte des Kraftmaschinenaunlassrohres 3 angeordnet
ist. Die Turbine 12 dreht sich einstückig mit dem Verdichter 11 über eine
Rotorwelle (Turbinenwelle) 13. Hierbei ist ein luftgekühlter oder
wassergekühlter
Zwischenkühler 14 in
der Mitte des Kraftmaschineneinlassrohres 2 zum Kühlen von
Einlassluft angeordnet, die durch den Verdichter 11 des
Turboladers 4 so verdichtet (geladen) wird, dass sie eine
erhöhte
Temperatur bekommt. Zusätzlich
ist ein Luftfilter in einem Luftreinigungsgehäuse (nicht gezeigt) aufgenommen,
das an der stromaufwärtigsten
Seite des Kraftmaschineneinlassrohres 2 zum Auffangen von Fremdstoffen
in der Einlassluft angeordnet ist.
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Der
Verdichter 11 ist an einem Endabschnitt der Rotorwelle 13 in
der Mittelachsrichtung (axiale Richtung) angebracht, und er ist
mit einem Verdichterrad einschließlich einer Vielzahl Verdichterlamellen
versehen. Das Verdichterrad ist drehbar in einem Verdichtergehäuse so aufgenommen,
dass Einlassluft geladen wird, die in dem Kraftmaschineneinlassrohr 2 strömt. Zusätzlich ist
ein Einlassluftzuführungspfad,
der in dem Verdichtergehäuse
auszubilden ist, mit einer Spiralform entlang der Drehrichtung des
Verdichterrades so ausgebildet, dass er einen Außenumfang des Verdichterrades
umläuft.
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Die
Turbine 12 ist an dem anderen Endabschnitt der Rotorwelle 3 in
der axialen Richtung angebracht, und sie ist mit einem Turbinenrad
einschließlich
einer Vielzahl Turbinenlamellen versehen. Das Turbinenrad ist drehbar
in einem Turbinengehäuse
so aufgenommen, dass es sich durch ein Abgas dreht, das in dem Kraftmaschinenauslassrohr 3 strömt. Zusätzlich ist
ein Abgasauslasspfad, der in dem Turbinengehäuse auszubilden ist, mit einer
Spiralform entlang der Drehrichtung des Turbinenrades so ausgebildet,
dass er einen Außenumfang
des Turbinenrades umläuft.
Ein Unterstützungsmotor 5 ist zwischen
dem Verdichter 11 und der Turbine 12 und außerdem in
dem mittleren Abschnitt der Rotorwelle 13 in der axialen
Richtung bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel angebracht.
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Der
Unterstützungsmotor 5 ist
ein Elektromotor/Gerator, der mit einer Funktion als ein Elektromotor,
der einen Ladeunterstützungsbetrieb
durch Drehen/Antreiben des Verdichters 11 und der Turbine 12 durch
Drehen der Rotorwelle 13 durchführt, und mit einer Funktion
als ein elektrischer Generator ausgestattet, der eine Erzeugung
von regenerativer Leistung bewirkt, indem er durch Abgasenergie
der Kraftmaschine 1 gedreht/angetrieben wird. Der Unterstützungsmotor 5 ist
ein Wechselstrommotor wie zum Beispiel ein Drei-Phasen-Induktionsmotor/Generator,
der aus einem Rotor, der einstückig
mit der Rotorwelle 13 ist, und aus einem Stator zusammengesetzt ist,
der an einer Seite eines Außenumfanges
des Rotors gegenüberliegend
angeordnet ist, wobei ein Rotorkern mit einem Dauermagneten in dem
Rotor angeordnet ist, und wobei ein Statorkern, an dem eine Drei-Phasen-Statorspule
gewickelt ist, in dem Stator angeordnet ist. Der Unterstützungsmotor 5 dient
als ein Elektromotor, wenn die Ladeunterstützung erforderlich ist. Zu
dieser Zeit ist der Unterstützungsmotor 5 elektrisch
mit der ECU 10 über
eine elektronische Steuervorrichtung (elektrischer Leistungswandlungsteil) 6 verbunden.
Zusätzlich
dient der Unterstützungsmotor 5 als
ein elektrischer Generator, wenn die Ladeunterstützung nicht erforderlich ist.
Zu dieser Zeit ist der Unterstützungsmotor 5 elektrisch
mit einer Batterie 17 oder mit einer anderen elektrischen
Vorrichtung verbunden, die an einem Fahrzeug angebracht ist, und
zwar über
die Steuervorrichtung 6.
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Hierbei
ist die in der 2 gezeigte ECU 10 mit
einem bekannten Mikrocomputer versehen, der aus einer CPU zum Durchführen einer
Steuerungsverarbeitung und einer Berechnungsverarbeitung, einer
Speichervorrichtung (ein flüchtiger
Speicher, wie zum Beispiel ein SRAM und ein DRAM und ein nicht flüchtiger
Speicher, wie zum Beispiel EPROM, ein EEPROM oder ein Flash-Speicher)
zum Speichern von Steuerprogrammen oder von einer Steuerlogik und
Daten, einer Eingabeschaltung, einer Abgabeschaltung, einer Stromversorgungsschaltung
und dergleichen aufgebaut ist. Die ECU 10 ist zum Beispiel
so konstruiert, dass sie eine Regelung durchführt, so dass jeweils ein Kraftstoffdruck
(ein Common-Rail-Druck)
in der Common-Rail, ein Istladedruck (ein Isteinlassdruck) und dergleichen
als ein Regelbefehlswert wirken, und zwar auf der Grundlage des
Steuerprogramms oder der Steuerlogik, die in dem Speicher gespeichert
sind, wenn ein Zündschalter
eingeschaltet wird.
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Zusätzlich sind
eine Pumpenantriebsschaltung zum Einspeisen eines Saugsteuerventilantriebsstromes
in ein Saugsteuerventil (SCV) der Zuführungspumpe und eine Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung
zum Einspeisen eines Einspritzvorrichtungsantriebsstromes in ein
Elektromagnetventil der Einspritzvorrichtung (INJ) zwischen der
ECU 10 und dem Aktuator des entsprechenden Systemes angeordnet.
Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 6 zwischen der ECU 10 und
dem Unterstützungsmotor 5 des
Turboladers 4 angeordnet. Die Steuervorrichtung 6 hat
einen DC/DC-Wandler zum Verstärken
eines elektrischen Gleichstromes von der Batterie 17, einen
Inverter zum variablen Steuern einer Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 durch
Umwandeln des verstärkten
elektrischen Gleichstromes zu einem elektrischen Wechselstrom mit
einer vorbestimmten Frequenz und eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten
eines Wechselstroms, der von der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 abzugeben
ist, zu dem Gleichstrom.
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Der
DC-DC-Wandler kann eine stabile elektrische Batteriespannung dadurch
erzeugen, dass er den von der Gleichrichterschaltung abgegebenen Gleichstrom
reduziert und glättet.
Der Inverter ist eine Drehzahlsteuervorrichtung zum Steuern einer
Drehzahl der Rotorwelle 13 des Unterstützungsmotors 5 durch
Verändern
einer elektrischen Leistung (zum Beispiel eine Antriebsstromstärke = abgegebene Stromstärke von
dem Inverter) zu der Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5 auf
der Grundlage eines Steuersignals von der ECU 10. Die Steuervorrichtung 6 hat
eine Funktion zum Berechnen einer Drehzahl der Rotorwelle 13 des
Turboladers 4 (oder des Unterstützungsmotors 5) auf
der Grundlage der elektrischen Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5.
Ein Drehzahlsensor zum Umwandeln der Drehzahl der Rotorwelle 13 des
Turboladers 4 (oder des Unterstützungsmotors 5) zu
einem elektrischen Signal für die
Abgabe kann angeordnet werden.
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Die
ECU 10 ist so konstruiert, dass Signale von verschiedenen
Sensoren, wie zum Beispiel ein Kurbelwinkelsensor 21 zum
Erfassen eines Kurbelwellendrehwinkels der Kraftmaschine 1,
ein Wassertemperatursensor 22 zum Erfassen einer Kraftmaschinenwassertemperatur
Tw und ein Kraftstofftemperatursensor 23 zum Erfassen einer
Kraftstofftemperatur Tf durch einen A/D-Wandler von analog nach digital
gewandelt werden, die nachfolgend in den Mikrocomputer eingegeben
werden, der in der ECU 10 untergebracht ist. Der Kurbelwinkelsensor 21 ist
aus einer Aufnahmespule zum Umwandeln des Kurbelwellendrehwinkels
der Kraftmaschine 1 zu einem elektrischen Signal ausgebildet,
und er gibt zum Beispiel ein NE-Pulssignal jeweils bei 30 Grad CA
(Kurbelwinkel) ab. Die ECU 10 dient als eine Drehzahlerfassungsvorrichtung
zum Erfassen einer Kraftmaschinendrehzahl (Kraftmaschinendrehzahl:
NE) durch Messen einer Intervallzeit zwischen NE-Pulssignalen, die
von dem Kurbelwinkelsensor 21 abgegeben werden.
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Die
ECU 10 wandelt einen Beschleunigungsvorrichtungsbetätigungsbetrag
(ein Niederdrückungsbetrag
eines Beschleunigungspedales) ACCP durch einen Fahrer zu einem elektrischen
Signal (Beschleunigungsvorrichtungspositionssignal) um, und sie
ist mit einem Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 24 verbunden,
damit dieser zu der ECU 10 abgibt, wie stark das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird.
Das elektrische Signal (Beschleunigungsvorrichtungspositionssignal),
das von dem Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 24 abzugeben
ist, wird durch den A/D-Wandler von analog nach digital gewandelt,
was nachfolgend in den Mikrocomputer wie bei den anderen Sensoren eingegeben
wird. Mit der ECU 10 ist auch ein Ladedrucksensor zum Erfassen
eines Ladedruckes Ps von Einlassluft verbunden, die durch den Turbolader 4 geladen
wird, d.h. ein Istladedruck, der in dem Kraftmaschineneinlassrohr 2 durch
den Turbolader 4 erzeugt wird. Das elektrische Signal (Sensorsignal), das
von dem Ladedrucksensor 25 abzugeben ist, wird durch den
A/D-Wandler von analog nach digital gewandelt, was nachfolgend in
den Mikrocomputer wie bei den anderen Sensoren eingegeben wird.
Es ist zu beachten, dass der Ladedrucksensor 25 einen Einlassdruck
(ein Istladedruck, ein Isteinlassdruck) in dem Kraftmaschineneinlassrohr 2 zu
einem elektrischen Signal umwandelt, das abgegeben wird.
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Zusätzlich hat
die ECU 10 eine Funktion (Einspritzmengenfestlegungsvorrichtung)
zum Berechnen einer Befehlseinspritzmenge (Solleinspritzmenge: QFIN)
durch Anwenden eines Einspritzmengenkorrekturbetrages einschließlich einer
Kraftmaschinenwassertemperatur, einer Kraftstofftemperatur oder
dergleichen auf eine Basiseinspritzmenge Q, die entsprechend einer
Kraftmaschinendrehzahl NE und einer Beschleunigungsvorrichtungsposition ACCP
festgelegt wird, eine Funktion (Einspritzzeitgebungsfestlegungsvorrichtung)
zum Berechnen einer Befehlseinspritzzeitgebung TFIN auf der Grundlage der
Kraftmaschinendrehzahl NE und der Solleinspritzmenge QFIN und eine
Funktion (Einspritzperiodenfestlegungsvorrichtung) zum Berechnen
einer Einspritzbefehlspulslänge
(= Einspritzmengenbefehlswert, Befehlseinspritzperiode: TQFIN),
die äquivalent
zu einer Stromversorgungszeit des Elektromagnetventils der Einspritzvorrichtung
durch die Solleinspritzmenge QFIN und eines Kraftstoffdruckes (Common-Rail-Druck:
PC) in der Common-Rail ist, der durch den Kraftstoffdrucksensor
(nicht gezeigt) zu erfassen ist, der in der Common-Rail angeordnet
ist.
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Zusätzlich berechnet
die ECU 10 einen optimalen Einspritzdruck des Kraftstoffes
gemäß Betriebszuständen der
Kraftmaschine 1, und sie hat eine Kraftstoffdrucksteuervorrichtung
zum Antreiben eines Saugsteuerventils der Zuführungspumpe über eine
Pumpenantriebsschaltung. Die ECU 10 hat eine Funktion (Kraftstoffdruckfestlegungsvorrichtung) zum
Berechnen eines Soll-Kraftstoffdrucks PFIN auf der Grundlage der
Solleinspritzmenge QFIN und der Kraftmaschinendrehzahl NE, und damit
der Soll-Kraftstoffdruck PFIN erreicht wird, ist sie so eingerichtet,
dass sie eine Pumpenantriebsstromstärke einstellt, die in das Saugsteuerventil
eingespeist wird, um so eine Kraftstoffauslassmenge zu regeln, die
aus der Zuführungspumpe
auszulassen ist.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 ein
Steuerverfahren des Kraftmaschinensteuersystems mit dem Turbolader
bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Eine Steuerroutine gemäß der 3 wird jeweils
in vorbestimmten Steuerzyklen wiederholt, nachdem ein Zündschalter
eingeschaltet wurde.
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Zunächst werden
bei einem Schritt S1 Signale von verschiedenen Sensoren, die zum
Berechnen von Betriebszuständen
oder Zuständen
der Kraftmaschine 1 erforderlich sind, Kraftmaschinenbetriebsinformationen
und Betriebsinformationen der jeweiligen Systeme eingegeben. Genauer
gesagt wird eine Kraftmaschinendrehzahl eingelesen. Hierbei wird
die Kraftmaschinendrehzahl durch Messen einer Intervallzeit zwischen
NE-Pulssignalen erfasst, die von dem Kurbelwinkelsensor 21 abgegeben
werden. Als Nächstes
wird bei einem Schritt S2 der gegenwärtige Wert ACCP(n) einer Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals aus einem elektrischen Signal (Beschleunigungsvorrichtungspositionssignal) erfasst,
das von dem Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 24 abgegeben
wird, d.h. von der Beschleunigungsvorrichtungsposition. Falls die Beschleunigungsvorrichtungsposition
bei dem Schritt S1 eingegeben wird, dann kann die Erfassungsverarbeitung
bei dem Schritt 2 eliminiert werden.
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Als
Nächstes
wird bei einem Schritt S3 der vorherige Wert ACCP(n-1) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals eingegeben, der in dem flüchtigen
Speicher, wie zum Beispiel dem DRAM oder in dem nicht flüchtigen
Speicher, wie zum Beispiel dem EEPROM zu der Zeit des vorherigen
Steuerzyklus gespeichert wurde, und eine Abweichung ΔACCP zwischen
dem gegenwärtigen Wert
ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals wird berechnet. Alternativ wird eine Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition aus einem elektrischen Signal (Beschleunigungsvorrichtungspositionssignal)
berechnet, das von dem Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 24 abzugeben
ist, d.h. von der Beschleunigungsvorrichtungsposition. Hierbei kann die Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition aus einem Änderungsbetrag
der Beschleunigungsvorrichtungsposition pro Zeiteinheit berechnet
werden, der von dem Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 24 erfasst
wird (Beschleunigungsvorrichtungspositionsänderungsbetrag).
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Zum
Zwecke einer Bestimmung, ob eine Beschleunigungsanforderung durch
einen Fahrer bewirkt wird oder nicht, wird als Nächstes bestimmt, ob das Beschleunigungspedal
durch einen Fahrer niedergedrückt
wird oder nicht. In weiteren Einzelheiten wird bestimmt, ob die
Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert (ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals größer als
ein erster vorbestimmter Wert ist oder nicht. Alternativ kann bestimmt
werden, ob die Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition größer als ein erster vorbestimmter
Wert (Beschleunigungsanforderungsbestimmungsvorrichtung: Schritt
S4) ACC1 ist oder nicht. Die Bestimmungsverarbeitung bei dem Schritt
S4 kann zum Zwecke einer Bestimmung dessen, ob die Ladeunterstützung erforderlich
ist oder nicht, dadurch bestimmt werden, ob die Kraftmaschinendrehzahl
in einem niedrigen Drehzahlbereich oder in einem hohen Drehzahlbereich
ist.
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Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S4 NEIN lautet, dann wird
bestimmt, dass die Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer nicht bewirkt
wird, und dass die Kraftmaschine in einem stationären Zustand
oder in einem Verzögerungszustand
ist, der keine Ladeunterstützung
erfordert. Daher wird bei einem Schritt S5 der Unterstützungsmotor 5 in
einem Modus zum Erzeugen von regenerativer Leistung angetrieben,
bei dem er durch den Turbolader 4 gedreht und angetrieben
wird. Hierbei kann bei dem Schritt S4 ein Merker des Modus zum Erzeugen
der regenerativen Leistung eingeschaltet werden, und ein Merker
eines Modus einer Ladeunterstützung
kann ausgeschaltet werden.
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Wenn
die Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 bis
zu dem vorherigen Steuerzyklus eingeschaltet ist, dann wird nämlich die
Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 ausgeschaltet.
Wenn andererseits die Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des
Unterstützungsmotors 5 zur
Zeit des vorherigen Steuerzyklus ausgeschaltet ist, dann wird die
Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 weiterhin
ausgeschaltet. Danach schreitet der Prozess zu einem Schritt S10.
-
Auf
diese Art und Weise wird die elektrische Leistung, die durch den
Unterstützungsmotor 5 regeneriert
wird, zu der Batterie über
die Gleichrichterschaltung der Steuerung 6, den DC/DC-Wandler oder
dergleichen zurückgeführt. Fall
die rückgeführte elektrische
Leistung in wirksamer Weise so verwendet wird, dass ein Teil einer
verbrauchten Leistung von verschiedenen elektrischen Vorrichtungen
ausgeglichen wird, dann können
elektrische Lasten der verschiedenen elektrischen Vorrichtungen
stark reduziert werden. Daher wird eine Antriebslast eines Wechselrichters
als eine Kraftmaschinenhilfsmaschine, die durch die Kraftmaschine 1 gedreht
und angetrieben wird, durch die elektrische Leistung reduziert, die
durch den Unterstützungsmotor 5 regeneriert wird,
was zu einer Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt. Bei
dem Modus zum Erzeugen der regenerativen Leistung dient der Turbolader 4 als ein
normaler Turbolader, der nur die Abgasenergie des Abgases nutzt,
das aus der Kraftmaschine 1 strömt.
-
Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S4 JA lautet, dann wird
zusätzlich
bestimmt, dass die Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer bewirkt
wird, und die Kraftmaschine 1 ist in einem Beschleunigungszustand,
der die Ladeunterstützung
erfordert, und daher wird bei einem Schritt S6 der Unterstützungsmotor 5 bei
einem Ladeunterstützungsmodus
angetrieben, bei dem der Verdichter 11 und die Turbine 12 des
Turboladers 4 durch den Unterstützungsmotor 5 gedreht
und angetrieben werden. Hierbei kann bei dem Schritt S6 ein Merker des Ladeunterstützungsmodus
eingeschaltet werden, und der Merker des Modus zum Erzeugen der
regenerativen Leistung kann ausgeschaltet werden. Zusätzlich kann
die Steuerverarbeitung bei dem Schritt S6 eliminiert werden.
-
Als
Nächstes
wird zu dem Zweck einer Bestimmung dessen, ob eine schnelle Beschleunigungsanforderung
durch einen Fahrer bewirkt wird oder nicht, bestimmt, ob das Beschleunigungspedal durch
einen Fahrer niedergedrückt
wird oder nicht. Genauer gesagt wird bestimmt, ob die Abweichung ΔACCP zwischen
dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals größer ist
als ein zweiter vorbestimmter Wert ACC2 oder nicht, der größer ist
als der erste vorbestimmte Wert ACC1. Alternativ kann bestimmt werden,
ob die Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition größer ist als der zweite vorbestimmte
Wert oder nicht, wobei der zweite vorbestimmte Wert größer als
der erste vorbestimmte Wert ist (Beschleunigungsanforderungsbestimmungsvorrichtung:
Schritt S7).
-
Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S7 JA lautet, dann wird
bestimmt, dass die schnelle Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer
bewirkt wird. Zum Beispiel wird bestimmt, dass das Beschleunigungspedal über eine
große Spanne
durch einen Fahrer niedergedrückt
wird, wobei ein Sollladedruck auf einen Wert festgelegt wird, der
sehr viel größer als
der gegenwärtige
Istladedruck ist, und der Istladedruck ausschließlich durch den Turbolader 4 ist
für den
Sollladedruck überhaupt nicht
ausreichend. Daher wird die Steuerroutine (erste Ladeunterstützungssteuerung)
gemäß der 4 durchgeführt (Schritt
S8). Dann schreitet der Prozess zu einem Schritt S10.
-
Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S7 NEIN lautet, dann wird
bestimmt, dass eine langsame Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer
bewirkt wird. Zum Beispiel wird bestimmt, dass das Beschleunigungspedal
ein wenig durch einen Fahrer niedergedrückt wird, wobei ein Sollladedruck
auf einen Wert festgelegt wird, der ein wenig größer als der gegenwärtige Istladedruck
ist, und der Istladedruck ausschließlich durch den Turbolader 4 ist
für den
Sollladedruck ein wenig unzureichend. Daher wird die Steuerroutine
(zweite Ladeunterstützungssteuerung)
gemäß der 5 durchgeführt (Schritt
S9). Als Nächstes
wird der gegenwärtige Wert
ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals zu dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals umgewandelt, wodurch der flüchtige Speicher,
wie zum Beispiel der DRAM oder der nicht-flüchtige Speicher, wie zum Beispiel
der EEPROM aktualisiert wird, indem gespeichert wird (Schritt S10).
Somit endet die Steuerroutine gemäß der 3.
-
Die 4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens einer ersten Ladeunterstützungssteuerung
zum Durchführen
einer Ladeunterstützung durch
den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage eines Ladeunterstützungsbetrages
SCA zum Verbessern von Folgecharakteristika eines Istladedruckes
und eines Beschleunigungsansprechverhaltens auf eine Beschleunigungsanforderung.
Eine Steuerroutine gemäß der 4 wird
so lange durchgeführt, bis
eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, und zwar zu der Zeit einer
schnellen Beschleunigungsanforderung durch einen Fahrer.
-
Zunächst wird
der Ladeunterstützungsbetrag SCA
auf der Grundlage der Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals oder auf der Grundlage der Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition festgelegt (erste Unterstützungsbetragsbestimmungsvorrichtung:
Schritt S11). Dieser Ladeunterstützungsbetrag
SCA wird als ein Ladeunterstützungsbetrag
zum Verbessern der Folgecharakteristika des Istladedruckes und des
Beschleunigungsansprechverhaltens auf die Beschleunigungsanforderung
berechnet.
-
Als
Nächstes
wird bei einem Schritt S12 eine Solldrehzahl entsprechend dem Ladeunterstützungsbetrag
SCA festgelegt, der bei dem Schritt S11 berechnet ist. Als Nächstes wird
bei einem Schritt S13 die maximale elektrische Leistung (der maximale Wert
der elektrischen Leistung = maximaler Wert einer Antriebsstromstärke = maximaler
Wert einer abgegebenen Stromstärke
von dem Inverter) zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 berechnet,
die zum Bewirken einer Motordrehzahl (Istdrehzahl) des Unterstützungsmotors 5 erforderlich
ist, die ungefähr
gleiche einer Solldrehzahl ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt
S14 der Befehl der maximalen elektrischen Leistung zu der Steuervorrichtung 6 von
der ECU 10 abgegeben.
-
Dadurch
führt die
Steuervorrichtung 6 die maximale elektrische Leistung zu
der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 zu,
die bei dem Schritt S13 berechnet ist, und zwar für die Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5.
Eine Ladeunterstützung
wird nämlich
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCA dadurch durchgeführt, dass
die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Spule des Unterstützungsmotors 5 gestartet wird.
Infolgedessen wird die erste Ladeunterstützung durchgeführt (Schritt
S15).
-
Wenn
die Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals oder die Änderungsrate der Beschleunigungsvorrichtungsposition erhöht wird,
dann erhöht
sich auf diese Art und Weise der Ladeunterstützungsbetrag SCA. Wenn sich
der Ladeunterstützungsbetrag
SCA erhöht,
dann erhöht sich
die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5.
Wenn sich die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des
Unterstützungsmotors 5 erhöht, dann
erhöht
sich des Weiteren eine Drehzahl des Unterstützungsmotors 5. Auch
wenn die Kraftmaschinendrehzahl in einem niedrigen Drehzahlbereich
ist, gleicht die Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 dementsprechend
einen unzureichenden Betrag des Istladedruckes aus. Daher wird eine
Anstiegscharakteristik des Istladedruckes zu dem Sollladedruck verbessert.
Gleichzeitig werden die Folgecharakteristika des Istladedruckes
und das Beschleunigungsansprechverhalten auf die schnelle Beschleunigungsanforderung
durch einen Fahrer verbessert.
-
Als
Nächstes
wird bei einem Schritt S16 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit T
nach dem Start der ersten Ladeunterstützungssteuerung bei dem Schritt
S15 verstrichen ist oder nicht. Wenn das Bestimmungsergebnis NEIN
lautet, d.h. wenn die vorbestimmte Zeit T nach dem Start der ersten
Ladeunterstützungssteuerung
nicht verstrichen ist, dann wird die Bestimmungsverarbeitung bei
dem Schritt 16 wiederholt. Wenn das Bestimmungsergebnis
bei dem Schritt S16 JA lautet, d.h. wenn die vorbestimmte Zeit T
nach dem Start der ersten Ladeunterstützungssteuerung verstrichen
ist, dann wird zusätzlich die
Steuerroutine gemäß der 5 durchgeführt.
-
Die
vorbestimmte Zeit T kann ein fester Wert sein, der durch Experimente
oder dergleichen bestimmt wird, indem die Zeit gemessen wird, in
der der Istladedruck den Sollladedruck erreicht, und zwar mit Bezug
zu der Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition des
Beschleunigungspedals oder mit Bezug zu der Änderungsrate der Beschleunigungsvorrichtungsposition,
aber eine übermäßige Länge der
vorbestimmten Zeit T macht es möglich,
dass der Istladedruck ein Überschwingen
in der Richtung eines Überschreitens
des Sollladedruckes aufweist.
-
Wenn
sich die Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals, die Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition oder eine Abweichung zwischen
dem Istladedruck und dem Sollladedruck erhöht, dann wird dementsprechend
die vorbestimmte Zeit T verlängert.
Wenn sich andererseits die Abweichung ΔACCP zwischen dem gegenwärtigen Wert
ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals, die Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition oder eine Abweichung zwischen
dem Istladedruck und dem Sollladedruck reduziert, dann wird die
vorbestimmte Zeit T verkürzt.
Somit kann die vorbestimmte Zeit T ein variabler Wert sein.
-
Des
Weiteren bewirkt eine kontinuierliche Zufuhr der maximalen elektrischen
Leistung (des maximalen Wertes der elektrischen Leistung) zu einem Motorwicklungsabschnitt,
wie zum Beispiel die Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 für eine lange
Zeitperiode einen Fehler aufgrund einer Überhitzung des Motorwicklungsabschnittes. Wenn
eine Temperatur des Motorwicklungsabschnittes (oder eine Umgebungstemperatur
an dem Umfang des Motors) als ein hoher Wert erfasst oder geschätzt wird,
dann wird daher die vorbestimmte Zeit T verkürzt. Wenn eine Temperatur des
Motorwicklungsabschnittes (oder eine Umgebungstemperatur an dem
Umfang des Motors) als ein niedriger Wert erfasst oder geschätzt wird,
dann wird die vorbestimmte Zeit T verlängert. Somit kann die vorbestimmte
Zeit T ein variabler Wert sein.
-
Wenn
der Ladeunterstützungsbetrag zwangsweise
von dem Ladeunterstützungsbetrag SCA
schnell auf den Ladeunterstützungsbetrag
SCB reduziert wird, so dass er auf einen niedrigeren Wert als der
Ladeunterstützungsbetrag
SCA festgelegt wird, dann hat die Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 zusätzlich schnelle
Schwankungen, so dass ein Sprung der Ladeunterstützungskraft erzeugt wird, was
möglicherweise
schnelle Schwankungen der Kraftmaschinenabgabe hervorruft.
-
Um
das Problem der schnellen Schwankungen der Kraftmaschinenabgabe
zu verhindern, kann eine allmähliche
oder sanfte Änderungssteuerung des
Unterstützungsbetrages
durchgeführt
werden, die den Ladeunterstützungsbetrag
SCA während
des späteren
Abschnittes (zum Beispiel eine Zeitperiode von einem bestimmten
Zeitpunkt vor dem Ende der vorbestimmten Zeit T bis zu dem Ende
der vorbestimmten Zeit T) der Zeitperiode (anfängliche Beschleunigungsstufe)
nach dem Start der ersten Ladeunterstützungssteuerung bis zu dem
Verstreichen der vorbestimmten Zeit T, d.h. während einer Übergangsperiode
von der ersten Ladeunterstützungssteuerung
zu der zweiten Ladeunterstützungssteuerung
allmählich
reduziert. Diese allmähliche Änderungssteuerung
des Unterstützungsbetrages
ermöglicht
einen sanften Übergang
des Ladeunterstützungsbetrages
von dem Ladeunterstützungsbetrag SCA
zu dem Ladeunterstützungsbetrag
SCB, wodurch das vorstehend genannte Problem gelöst wird.
-
Die
zweite Ladeunterstützungssteuerung (S9
in der 3) zum Durchführen
der Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCB zum Verbessern der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
zu dem Sollladedruck wird so durchgeführt, wie dies in der 5 gezeigt
ist. Diese Steuerroutine gemäß der 5 wird
in vorbestimmten Steuerzyklen bei der allmählichen Beschleunigungsanforderung
durch einen Fahrer wiederholt.
-
Zunächst wird
ein Einspritzmengenkorrekturbetrag, der auf der Grundlage der Kraftstofftemperatur
Tf, der Kraftmaschinenwassertemperatur Tw und dergleichen bestimmt
ist, bei einer Basiseinspritzmenge angewendet, die entsprechend
der Kraftmaschinendrehzahl NE und der Beschleunigungsvorrichtungsposition
ACCP festgelegt wird, wodurch eine Solleinspritzmenge berechnet
wird (Schritt S21). Die Solleinspritzmenge kann aus einem Datenkennfeld
gelesen werden, das im Voraus durch Messen von diesen Beziehungen
auf der Grundlage von Experimenten oder dergleichen vorgesehen wurde.
Da die Solleinspritzmenge auch bei einer Einspritzvorrichtungseinspritzmengensteuerung
berechnet wird, kann ein Wert, der bei der Einspritzvorrichtungseinspritzmengensteuerung
berechnet wurde, bei dem Schritt S1 eingegeben werden. In diesem
Fall kann die Berechnungsverarbeitung bei dem Schritt S21 eliminiert
werden. Als Nächstes
wird bei einem Schritt S22 (Ladedruckerfassungsvorrichtung) ein
elektrisches Signal, das von dem Ladedrucksensor 25 abgegeben
wird, zum Erfassen des Istladedruckes eingegeben.
-
Als
Nächstes
wird bei einem Schritt S23 (Ladedruckbestimmungsvorrichtung) ein
Sollladedruck aus der Kraftmaschinendrehzahl und der Solleinspritzmenge
(oder der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung) berechnet. Die Solleinspritzmenge
kann auf einem Datenkennfeld gelesen werden, das im Voraus durch
Messen von diesen Beziehungen auf der Grundlage von Experimenten
oder dergleichen vorgesehen wurde. Als Nächstes wird bei einem Schritt S24
eine Abweichung ΔP
zwischen dem Istladedruck, der durch den Ladedrucksensor 25 erfasst wird,
und dem Sollladedruck berechnet. Als Nächstes wird bei einem Schritt
S25 (zweite Unterstützungsbetragsbestimmungsvorrichtung)
ein Ladeunterstützungsbetrag
SCB auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Istladedruck und
dem Sollladedruck festgelegt. Der Ladeunterstützungsbetrag SCB wird als der
Ladeunterstützungsbetrag
zum Verbessern der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
zu dem Sollladedruck berechnet. Der Ladeunterstützungsbetrag kann als eine
Solldrehzahl für
den gegenwärtigen
Steuerzyklus berechnet werden.
-
Als
Nächstes
wird bei einem Schritt S26 eine Solldrehzahl entsprechend dem Ladeunterstützungsbetrag
SCB festgelegt, der bei dem Schritt S25 berechnet ist. Als Nächstes wird
bei einem Schritt S27 eine elektrische Basisleistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 berechnet,
die dazu erforderlich ist, dass eine Motordrehzahl (Istdrehzahl)
des Unterstützungsmotors 5 ungefähr gleich
der Solldrehzahl wird. Als Nächstes
wird bei einem Schritt S28 ein Befehl der elektrischen Basisleistung
zu der Steuervorrichtung 6 von der ECU 10 angegeben.
-
Dadurch
führt die
Steuervorrichtung 6 die elektrische Basisleistung (Motorleistung:
Leistung), die bei dem Schritt S27 berechnet ist, zu der Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5 zu.
Die Ladeunterstützung
wird nämlich
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCB dadurch durchgeführt, dass
die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Spule des Unterstützungsmotors 5 derart
zugeführt
wird, dass die Motordrehzahl (Istdrehzahl) des Unterstützungsmotors 5 ungefähr gleich
der Solldrehzahl wird. Infolge dessen wird die zweite Ladeunterstützungssteuerung
durchgeführt
(Schritt S29).
-
Wenn
die Abweichung zwischen dem Sollladedruck und dem Istladedruck erhöht wird,
dann erhöht
sich auf diese Art und Weise der Ladeunterstützungsbetrag SCB. Wenn sich
der Ladeunterstützungsbetrag
SCB erhöht,
dann erhöht
sich die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5.
Wenn sich die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5 erhöht, dann
erhöht
sich des Weiteren eine Drehzahl des Unterstützungsmotors 5. Wenn
sich andererseits die Abweichung zwischen dem Sollladedruck und
dem Istladedruck reduziert, dann reduziert sich der Ladeunterstützungsbetrag SCB.
Wenn sich der Ladeunterstützungsbetrag
SCB reduziert, dann reduziert sich die elektrische Leistung zu der
Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5. Wenn
sich die elektrische Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des
Unterstützungsmotors 5 reduziert,
dann wird des Weiteren eine Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 verzögert. Auch
wenn die Kraftmaschinendrehzahl in dem niedrigen Drehzahlbereich
ist, gleicht die Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 dementsprechend
einen unzureichenden Betrag des Istladedruckes aus. Daher wird eine
Anstiegscharakteristik des Istladedruckes zu dem Sollladedruck verbessert,
und gleichzeitig wird die Konvergenzcharakteristik des Istladedruckes
zu dem Sollladedruck verbessert.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Kraftmaschinensteuersystem
mit dem Turbolader des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels die erste Ladeunterstützungssteuerung,
die die Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCA zum Verbessern der Folgecharakteristika des Istladedruckes und
des Beschleunigungsansprechverhaltens bei der schnellen Beschleunigungsanforderung
durch einen Fahrer unmittelbar bei einem Zeitpunkt durchführt, wenn
bestimmt wird, dass die schnelle Beschleunigungsanforderung durch
den Fahrer bewirkt wird, für
eine Zeitperiode (anfängliche Beschleunigungszeit)
bis zum Verstreichen der vorbestimmten Zeit T durchgeführt. Danach
wird die zweite Ladeunterstützungssteuerung
durchgeführt, die
die Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCB zum Verbessern der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
zu dem Sollladedruck durchführt.
-
Wenn
nämlich
ein Fahrer das Beschleunigungspedal stark niederdrückt, um
eine schnelle Beschleunigungsanforderung zu bewirken, dann wird die
erste Ladeunterstützungssteuerung
mit einer Priorität über der
zweiten Ladeunterstützungssteuerung für eine Zeitperiode
(anfängliche
Beschleunigungsstufe) bis zum Verstreichen der vorbestimmten Zeit
T nach dem Start der schnellen Beschleunigung durchgeführt (der
Unterstützungsmotor 5 ist
eingeschaltet), und bei der späteren
Beschleunigungsstufe nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit
T wird die zweite Ladeunterstützungssteuerung
mit Priorität über der
ersten Ladeunterstützungssteuerung
durchgeführt.
Wie dies in einem Zeitdiagramm in der 6 gezeigt
ist, können
hierbei die Folgecharakteristika des Istladedruckes und das Beschleunigungsansprechverhalten
auf die Beschleunigungsanforderung zum schnellen Zwingen des Istladedruckes
zum Folgen des Sollladedruckes, der plötzlich auf einen hohen Wert
auf der Grundlage einer schnellen Änderung festgelegt wird (zum
Beispiel die Abweichung zwischen dem gegenwärtigen Wert und dem vorherigen
Wert der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals oder die Änderungsrate der Beschleunigungsvorrichtungsposition ändert sich stärker als
der erste oder zweite vorbestimmte Wert) eines Betriebszustandes
der Kraftmaschine 1 infolge der Beschleunigungsanforderung
(Änderung
einer Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals) durch einen Fahrer und die Konvergenzcharakteristika
des Istladedruckes zu dem Sollladedruck zum sanften und schnellen
Konvergieren des Istladedruckes zu dem Sollladedruck ohne das Überschwingen
des Istladedruckes in der Richtung zum Überschreiten des Sollladedruckes
gleichzeitig erreicht werden.
-
In
der 6 zeigt eine durchgezogene Linie einen Sollladedruck
von einem niedrigen Wert, der bis zu dem vorherigen Steuerzyklus
festzulegen ist, zu einem hohen Wert, der bei dem gegenwärtigen Steuerzyklus
festzulegen ist, der durch die Beschleunigungsanforderung durch
einen Fahrer erzeugt ist, eine gepunktete Linie zeigt einen gewöhnlichen Druckanstieg
eines Istladedruckes durch die gewöhnliche Ladedrucksteuerung
ohne die Ladeunterstützung,
eine gestrichelte Linie zeigt einen anderen gewöhnlichen Druckanstieg von einem
Istladedruck durch die gewöhnliche
Ladedrucksteuerung, die den Ladedruck auf der Grundlage einer derartigen
Regelung bewirkt, dass der Istladedruck ungefähr gleich dem Sollladedruck
wird, und eine Zweipunktstrichlinie zeigt einen Istladedruck durch
eine Ladedrucksteuerung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
(erste und zweite Ladeunterstützungssteuerung).
Aus der 6 wurde herausgefunden, dass das
erste bevorzugte Ausführungsbeispiel
bei den Folgecharakteristika des Istladedruckes und des Beschleunigungsansprechverhaltens
auf die Beschleunigungsanforderung besser ist, und dass es außerdem besser
bei den Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes zu dem Sollladedruck
ist, auch wenn das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel mit den beiden
herkömmlichen
Ladedrucksteuerungen verglichen wird.
-
Nach
einem Zeitpunkt, bei dem das Bestimmungsergebnis durch die Bestimmungsverarbeitung bei
dem Schritt S7 gemäß der 3 JA
lautet, d.h. nach einem Zeitpunkt, wenn die schnelle Beschleunigungsanforderung
durch einen Fahrer bewirkt wird, ist die erste Ladeunterstützungssteuerung
zusätzlich sofort
für eine
Zeitperiode (anfängliche
Beschleunigungszeit) bis zum Verstreichen der vorbestimmten Zeit
T durchzuführen,
und zwar ohne Bestimmung einer Solleinspritzmenge, einer Erkennung
eines Istladedruckes und einer Bestimmung eines Sollladedruckes.
Die Zufuhr der maximalen elektrischen Leistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 ist
nämlich
so ausgelegt, das sie startet. Hierbei kann der Unterstützungsmotor 5 nach
einem Zeitpunkt sofort eingeschaltet werden, wenn ein Fahrer ein
Beschleunigungspedal niederdrückt.
Infolge dessen gibt es keine Zeitverzögerung (Verzögerung des
Ansprechverhaltens) zwischen einem Zeitpunkt, bei dem ein Fahrer
ein Beschleunigungspedal niederdrückt und die Beschleunigungsanforderung bewirkt
wird, und einem Zeitpunkt, bei dem die Ladeunterstützung zum
Unterstützen
der Ladevorgänge des
Verdichters 11 des Turboladers 4 durch den Unterstützungsmotor 5 gestartet
wird. Hierbei fühlt
der Fahrer die Zeitverzögerung
nicht, und er spürt
in ausreichender Weise die Ladeunterstützungswirkung durch den Unterstützungsmotor 5,
wodurch es möglich
ist, den Istladedruck schnell zu erhöhen. Wenn die Abweichung ΔACCP zwischen
dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals erhöht
wird, d.h. wenn die Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition erhöht wird, da eine Ist-Kraftstoffeinspritzmenge vermehrt
wird, die in die Brennkammer des entsprechenden Zylinders der Kraftmaschine 1 einzuspritzen ist,
dann kann des Weiteren eine Beschleunigungsfunktion (Beschleunigungsansprechverhalten)
weiter verbessert werden.
-
(Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel)
-
Bei
einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Ladeunterstützungsbetrag
als ein maximaler Wert berechnet, d.h. der größere Wert des Ladeunterstützungsbetrages
SCA und des Ladeunterstützungsbetrages
SCB, wie dies in der 7 gezeigt ist.
-
Eine
ECU 10 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels hat eine erste
Unterstützungsbetragsbestimmungsvorrichtung
zum Festlegen eines Ladeunterstützungsbetrages
SCA zum Verbessern von Folgecharakteristika eines Istladedruckes
und eines Beschleunigungsansprechverhaltens auf eine Beschleunigungsanforderung
und eine zweite Unterstützungsbetragsbestimmungsvorrichtung
zum Festlegen eines Ladeunterstützungsbetrages
SCB zum Verbessern von Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
zu einem Sollladedruck. Wie dies in den 8A bis 8C gezeigt
ist, gibt es hierbei drei Arten von Zeitlinien zum Darstellen der
Vorgänge einer
ersten Ladeunterstützungssteuerung,
die eine Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages SCA
durchführt,
und einer zweiten Ladeunterstützungssteuerung,
die eine Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCB durchführt.
-
Zunächst ist
ein Steuerverfahren 1, das in der 8A gezeigt
ist, ein Verfahren, bei dem der Ladeunterstützungsbetrag SCA und der Ladeunterstützungsbetrag
SCB für
eine Zeitperiode (anfängliche
Beschleunigungsstufe) nach einem Zeitpunkt, bei dem bestimmt wird,
dass die schnelle Beschleunigungsanforderung bewirkt wird, bis zu
einem Zeitpunkt gleichzeitig berechnet werden, bei dem eine vorbestimmte
Zeit verstrichen ist (verstrichene Zeit T (vorbestimmte Zeit) =
Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t2), und bei der späteren Beschleunigungsstufe
nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit T wird nur der Ladeunterstützungsbetrag
SCB berechnet. Im Falle des Steuerverfahrens 1, wenn der
Ladeunterstützungsbetrag,
der für
den Unterstützungsmotor 5 für eine Zeitperiode
(anfängliche
Beschleunigungsstufe) nach dem Beschleunigungsstart bis zum Verstreichen
der vorbestimmten Zeit T vorgesehen wird, ist es wünschenswert,
einen größeren Wert
(maximaler Wert des Ladeunterstützungsbetrages)
von dem Ladeunterstützungsbetrag
SCA und dem Ladeunterstützungsbetrag
SCB zu übernehmen,
wie dies bei einer Steuerlogik in der 7 und in
einem Zeitdiagramm gezeigt ist, das in der 9 gezeigt
ist.
-
Der
Ladeunterstützungsbetrag
SCA gemäß der 8 wird auf der Grundlage der Abweichung ΔACCP zwischen
dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals, auf der Grundlage des Änderungsbetrages
pro Zeiteinheit der Beschleunigungsvorrichtungsposition (Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition) oder auf der Grundlage
des Änderungsbetrages
pro Zeiteinheit der Beschleunigungsvorrichtungsposition (Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung)
und der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals bestimmt.
-
Zusätzlich wird
der Ladeunterstützungsbetrag
SCB gemäß der 7 auf
der Grundlage der Abweichung ΔP
zwischen dem Sollladedruck und dem Istladedruck bestimmt. Der Ladeunterstützungsbetrag
SCA und der Ladeunterstützungsbetrag
SCB können
aus einem Datenkennfeld gelesen werden, das im Voraus durch Messen
von diesen Beziehungen vorgesehen wurde, oder sie können unter
Verwendung einer Berechnungsformel berechnet werden.
-
Hierbei
ist der Ladeunterstützungsbetrag SCA
ein Ladeunterstützungsbetrag
zum Verbessern von Folgecharakteristika eines Istladedruckes und
eines Beschleunigungsansprechverhaltens auf eine Beschleunigungsanforderung
bei der anfänglichen Beschleunigungsstufe
(vorbestimmte Zeit T = eine verstrichene Zeit nach einem Zeitpunkt
t0 bis zu einem Zeitpunkt t2). Daher ist der Ladeunterstützungsbetrag
(SCA: durchgezogene Linie und gepunktete Linie in der 9)
ein Wert, der größer ist
als der Ladeunterstützungsbetrag
(SCB: gestrichelte Linie in der 9), der
zumindest auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Sollladedruck
und dem Istladedruck für
den vorherigen Bereich (Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t0 bis zur
Nähe des
Zeitpunktes t1) bei der anfänglichen
Beschleunigungsstufe (Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t0 bis zu dem
Zeitpunkt t2) berechnet wird, wie dies in einem Zeitdiagramm in der 9 gezeigt
ist. Auch in diesem Fall ist dementsprechend die erste Ladeunterstützungssteuerung für eine Zeitperiode
nach dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 durchzuführen, die
die Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 auf
der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages
SCA unmittelbar bei einem Zeitpunkt durchführt, bei dem bestimmt wird,
dass die Beschleunigungsanforderung durch einen Fahrer bewirkt wird.
-
Bei
den Steuerverfahren 2 und 3 gemäß den 8B und 8C wird
ein Ladeunterstützungsbetrag,
der für
den Unterstützungsmotor 5 vorgesehen wird,
wie dies in der 7 gezeigt ist, als der maximale
Wert des Ladeunterstützungsbetrages
oder als eine Summe davon berechnet. Das Steuerverfahren 2,
wie es in der 8B gezeigt ist, ist das Steuerverfahren
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Im Falle der Steuerverfahren 1 bis 3 kann für einen
sanften Übergang
von dem Ende der ersten Ladeunterstützungssteuerung zum Starten
der zweiten Ladeunterstützungssteuerung
während
der Zeitperiode einer Änderung
von dem Ladeunterstützungsbetrag
SCA zu dem Ladeunterstützungsbetrag SCB
(während
der Übergangsperiode
von der ersten Ladeunterstützungssteuerung
zu der zweiten Ladeunterstützungssteuerung),
d.h. während
der späteren
Zeitperiode der anfänglichen
Beschleunigungsstufe der Ladeunterstützungsbetrag SCA allmählich reduziert
werden.
-
Für einen
sanften Übergang
von dem Ladeunterstützungsbetrag
SCA, der auf einen relativ höheren
Wert von dem Ladeunterstützungsbetrag
SCA und dem Ladeunterstützungsbetrag
SCB festgelegt ist, zu dem Ladeunterstützungsbetrag SCB, der auf einen
relativ kleineren Wert von dem Ladeunterstützungsbetrag SCA und dem Ladeunterstützungsbetrag
SCB festgelegt ist, kann der Ladeunterstützungsbetrag SCA bei einer
vorbestimmten Änderungsrate
pro Zeiteinheit (Steuerzyklus) kontinuierlich reduziert werden,
oder eine Steuerung zum allmählichen Ändern des
Unterstützungsbetrages
zum schrittweisen Reduzieren des Ladeunterstützungsbetrages SCA in einem
vorbestimmten Schritt pro Zeiteinheit (Steuerzyklus) kann für eine Zeitperiode nach
dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t2 durchgeführt werden
(der spätere
Bereich der vorbestimmten Zeit T).
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Dieser
Fall verhindert eine schnelle Schwankung der Kraftmaschinenabgabe,
die dadurch hervorgerufen wird, dass die Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 schnell
schwankt, so dass der Sprung der Ladeunterstützungskraft erzeugt wird, wenn
der Ladeunterstützungsbetrag
von dem Ladeunterstützungsbetrag
SCA zu dem Ladeunterstützungsbetrag SCB
in einem Moment reduziert wird. Diese Steuerung zum allmählichen Ändern des
Unterstützungsbetrages
ist insbesondere bei dem Verfahren wirksam, das in der 8C gezeigt
ist. Zusätzlich
kann der Ladeunterstützungsbetrag
SCB bei der anfänglichen
Stufe der zweiten Ladeunterstützungssteuerung
allmählich
erhöht
werden. Diese Steuerung zum allmählichen Ändern des
Unterstützungsbetrages
ist insbesondere bei dem Verfahren wirksam, das in der 8C gezeigt
ist.
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(Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel)
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Bei
einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
wie es in der 10 gezeigt ist, ist ein Umgehungseinlassrohr 8 mit
einem Kraftmaschineneinlassrohr 2 verbunden, das einen
Auslass eines Zwischenkühlers 14 mit
einem Einlasskrümmer
der Kraftmaschine 1 verbindet, und ein Elektromagnetschaltventil 15 ist
an dem Konvergenzbereich zwischen dem Kraftmaschineneinlassrohr 2 und
dem Umgehungseinlassrohr 8 angeordnet. Das Elektromagnetschaltventil 15 wird
durch ein Steuersignal angetrieben, das von der ECU 10 (nicht
gezeigt) abgegeben wird, und es ändert
eine Öffnungsfläche eines
Umgehungskanals des Umgehungseinlassrohres 8, oder es öffnet/schließt wahlweise
einen Einlassluftkanal des Kraftmaschineneinlassrohres 2 und den
Umgehungskanal des Umgehungseinlassrohres 8.
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Ein
Hilfsverdichter 16 mit einer ähnlichen Struktur wie der Verdichter 11 des
Turboladers 4 ist in dem Umgehungseinlassrohr 8 angeordnet.
Der Hilfsverdichter 16 ist an einem Ende einer Abgabewelle (Rotorwelle) 18 des
Unterstützungsmotors 5 in
der Mittelachsrichtung (Achsrichtung) angebracht, und er ist mit
einem Verdichterrad versehen, das eine Vielzahl Verdichterlamellen
aufweist. Das Verdichterrad ist in einem Verdichtergehäuse drehbar
aufgenommen, so dass es Einlassluft lädt, die in dem Umgehungseinlassrohr 8 strömt. Ein
Einlassluftzuführungspfad
ist mit einer Spiralform entlang der Drehrichtung des Verdichterrades
so ausgebildet, dass er einen Außenumfang des Verdichterrades
umläuft.
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Bei
dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist ein elektrischer Verdichter mit dem Umgehungseinlassrohr 8,
dem Elektromagnetschaltventil 15 und dem Hilfsverdichter 16 aufgebaut.
Wenn die ECU 10 bestimmt, dass die Kraftmaschine 1 in
einem Beschleunigungszustand ist, der eine Ladeunterstützung erfordert,
und zwar auf der Grundlage einer Änderungsrate der Beschleunigungsvorrichtungsposition
ACCP oder dergleichen, dann wird das Elektromagnetschaltventil 15 angetrieben,
um den Umgehungskanal des Umgehungseinlassrohres 8 zu öffnen, und
eine elektrische Leistung wird zu der Drei-Phasen-Statorspule des
Unterstützungsmotors 5 zugeführt, um
einen vorbestimmten Ladeunterstützungsbetrag
entsprechend der elektrischen Leistung zu erhalten. Hierbei wird
die Einlassluft, die durch den Verdichter 11 des Turboladers 4 geladen
wird, durch den Verdichter 16 unterstützt geladen, um so in die Brennkammer
des entsprechenden Zylinders der Kraftmaschine 1 gesaugt
zu werden.
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Auch
wenn ein Sollladedruck auf einen äußerst hohen Wert als Reaktion
auf eine Beschleunigungsanforderung durch einen Fahrer festgelegt wird,
wenn eine Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition erhöht ist, wird hierbei der Ladeunterstützungsbetrag
so erhöht,
dass die Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 erhöht wird,
so dass sie schnell zu einer Solldrehzahl entsprechend einem Sollladedruck
als Reaktion auf den Ladeunterstützungsbetrag
wird. Auch wenn die Kraftmaschinendrehzahl in einem niedrigen Drehzahlbereich
ist, kann daher der Istladedruck dem Sollladedruck schnell folgen.
Dementsprechend können
eine Verbesserung der Folgecharakteristika des Istladedruckes und
des Beschleunigungsansprechverhaltens auf die Beschleunigungsanforderung
und eine Verbesserung der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes
an den Sollladedruck gleichzeitig erreicht werden. Zusätzlich wird
die Ladeunterstützung
durch den Unterstützungsmotor 5 unmittelbar
nach einem Zeitpunkt gestartet, bei dem ein Fahrer ein Beschleunigungspedal
niederdrückt,
wodurch eine Beschleunigungsfunktion weiter verbessert wird.
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(Abwandlung)
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird
die Drehzahl des Unterstützungsmotors 5 so
gesteuert, dass sie ungefähr
gleich der Solldrehzahl entsprechend dem Unterstützungsladebetrag wird, indem
die elektrische Leistung (Motorleistung) eingestellt wird, die der
Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 zuzuführen ist,
und zwar auf der Grundlage des Steuersignals (des Befehls der Zufuhr
der elektrischen Basisleistung, des Befehls der Zufuhr der maximalen
elektrischen Leistung) der ECU 10. Jedoch wird die Drehzahl
des Unterstützungsmotors 5 so
gesteuert, dass sie ungefähr
gleich der Solldrehzahl entsprechend dem Ladeunterstützungsbetrag
wird, indem eine Wechselspannung und ihre Frequenz eingestellt werden,
die von einem Inverter abzugeben ist, und zwar auf der Grundlage des
Steuersignals (des Befehls der Zufuhr der elektrischen Basisleistung,
des Befehls der Zufuhr der maximalen elektrischen Leistung) der
ECU 10.
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Wenn
bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen
die Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition des
Beschleunigungspedals oder die Änderungsrate der
Beschleunigungsvorrichtungsposition größer als ein erster vorbestimmter
Wert ist, dann wird bestimmt, dass das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird,
um die Beschleunigungsanforderung zu bewirken, der Unterstützungsmotor 5 wird
in den Ladeunterstützungsmodus
geschaltet (entweder die erste Ladeunterstützungssteuerung oder die zweite Ladeunterstützungssteuerung,
oder alle beide). Wenn jedoch eine Änderungsrate einer Solleinspritzmenge
oder eine Änderungsrate
eines Soll-Kraftstoffdruckes größer als
ein erster vorbestimmter Wert ist, dann wird bestimmt, dass das
Beschleunigungspedal niedergedrückt
wird, um die Beschleunigungsanforderung zu bewirken, und der Unterstützungsmotor 5 kann
in den Ladeunterstützungsmodus
geschaltet werden (entweder die erste Ladeunterstützungssteuerung
oder die zweite Ladeunterstützungssteuerung, oder
alle beide).
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Wenn
die Abweichung ΔACCP
zwischen dem gegenwärtigen
Wert ACCP(n) der Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals und dem vorherigen Wert ACCP(n-1) der
Niederdrückungsposition
des Beschleunigungspedals oder die Änderungsrate der Beschleunigungsvorrichtungsposition größer als
ein zweiter vorbestimmter Wert ist, der größer ist als der erste vorbestimmte
Wert, dann wird bestimmt, dass das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird,
um die Beschleunigungsanforderung zu bewirken, und der Unterstützungsmotor 5 wird
zu der ersten Ladeunterstützungssteuerung
geschaltet. Wenn jedoch eine Änderungsrate
einer Solleinspritzmenge oder eine Änderungsrate eines Soll-Kraftstoffdruckes
größer als
ein zweiter vorbestimmter Wert ist, der größer ist als der erste vorbestimmte
Wert, dann wird bestimmt, dass das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird,
um die Beschleunigungsanforderung zu bewirken, und der Unterstützungsmotor 5 kann
zu der ersten Ladeunterstützungssteuerung
geschaltet werden.
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Wenn
zusätzlich
eine Änderungsrate
des Beschleunigungspedals kleiner ist als ein dritter vorbestimmter
Wert, der kleiner ist als der erste vorbestimmte Wert, dann wird
bestimmt, dass die Kraftmaschine 1 in einem Verzögerungszustand
ist, bei dem das Beschleunigungspedal zurückgezogen wird, und der Unterstützungsmotor 5 kann
zu dem Modus zum Erzeugen der regenerativen Leistung geschaltet
werden. Wenn zusätzlich
ein Zustand einer Fahrbahn, auf die das Fahrzeug fährt, ein
ansteigendes Gefälle ist,
dann kann der Unterstützungsmotor 5 zu dem
Ladeunterstützungsmodus
geschaltet werden (entweder die erste Ladeunterstützungssteuerung
oder die zweite Ladeunterstützungssteuerung,
oder alle beide). Wenn ein Zustand einer Fahrbahn, auf die das Fahrzeug
fährt,
ein abfallendes Gefälle
ist, dann kann der Unterstützungsmotor 5 zu
dem Modus zum Erzeugen der regenerativen Leistung geschaltet werden.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird
ein Beispiel unter Verwendung eines Wechselstrommotors, wie zum
Beispiel der elektrische Drei-Phasen-Induktionsmotor (elektrischer
Induktionsmotor mit Wicklungsrotor) als der Unterstützungsmotor 5 beschrieben.
Jedoch können
ein elektrischer Käfigläufer-Induktionsmotor,
ein bürstenloser Gleichstrommotor
oder ein Bürsten-Gleichstrommotor
als der Unterstützungsmotor 5 verwendet
werden. In diesem Fall kann der Elektromotor ein Motor sein, der
nur mit einer Funktion des Elektromotors versehen ist. Zusätzlich kann
ein Untersetzungsmechanismus zum Untersetzen einer Drehzahl einer
Abgabewelle des Unterstützungsmotors 5 auf
ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis zwischen der Abgabewelle
des Unterstützungsmotors 5 und
der Rotorwelle (Turbinenwelle) 13 angeordnet sein.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird
ein Ladeunterstützungssteuersystem
der vorliegenden Erfindung auf ein Kraftmaschinensteuersystem mit
einem Turbolader angewendet, aber ein Ladeunterstützungssteuersystem
der vorliegenden Erfindung kann auf ein Ladedrucksteuergerät für eine Brennkraftmaschine
oder auf ein Turboladersteuergerät
mit einem Elektromotor (Steuergerät für einen elektrischen Turbolader)
angewendet werden. Zusätzlich
ist ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Turbolader als ein Turbolader
mit einem Elektromotor zum Laden der Einlassluft übernommen
wird, die in die Brennkammer des entsprechenden Zylinders der Kraftmaschine 1 durch
Nutzung der Abgasenergie der Kraftmaschine 1 eingezogen
wird, aber ein Turbolader mit einem Elektromotor zum Laden von Einlassluft
kann übernommen
werden, die in die Brennkammer des entsprechenden Zylinders der
Kraftmaschine 1 durch Nutzung eines Antriebsmomentes von
einem Antriebsmotor eingezogen wird.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird
der Sollladeunterstützungsbetrag
auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Istladedruck, der durch
den Ladedrucksensor 25 erfasst wird, und dem Sollladedruck
berechnet, dann wird die Solldrehzahl bei dem gegenwärtigen Steuerzyklus
gemäß dem Ladeunterstützungsbetrag
berechnet, und als Nächstes
wird die elektrische Basisleistung zu der Drei-Phasen-Staorspule
des Unterstützungsmotors 5 berechnet,
die dazu erforderlich ist, dass die Istdrehzahl des Unterstützungsmotors 5 ungefähr gleich
der Solldrehzahl wird. Jedoch wird ein Ladeunterstützungsbetrag
entsprechend einer Abweichung zwischen dem Istladedruck (Einlassdruck)
und dem Sollladedruck, eine (neue) Soll-Einlassluftmenge, ein Einlassdruck,
eine Einlasstemperatur, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Änderungsrate
der Beschleunigungsvorrichtungsposition, ein Sollladedruck oder ein
vom Fahrer gefordertes Moment berechnet. Als Nächstes wird eine Solldrehzahl
bei dem gegenwärtigen
Steuerzyklus auf der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages berechnet. Die
elektrische Basisleistung zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 kann
berechnet werden, die dazu erforderlich ist, dass die Istdrehzahl
des Unterstützungsmotors 5 ungefähr gleich
der Solldrehzahl wird.
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Zusätzlich wird
ein Sollladeunterstützungsbetrag
auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Istladedruck, der
durch den Ladedrucksensor 25 erfasst wird, und dem Sollladedruck
berechnet. Als Nächstes
kann eine elektrische Basisleistung zu der Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5 berechnet
werden, die dazu erforderlich ist, dass der Ist-Ladeunterstützungsbetrag des Unterstützungsmotors 5 ungefähr gleich
dem Sollladeunterstützungsbetrag
wird. Zusätzlich
wird ein Ladeunterstützungsbetrag
durch die erste und durch die zweite Unterstützungsbetragsbestimmungsvorrichtung
der ECU 10 festgelegt (berechnet), der Ladeunterstützungsbetrag
wird zu einem elektrischen Signal umgewandelt, das zu der Steuervorrichtung 6 abzugeben
ist, das elektrische Signal wird zu einer elektrischen Leistung
umgewandelt, die zu der Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5 abzugeben
ist, das elektrische Signal wird zu einer elektrischen Leistung
zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 in
der Steuervorrichtung 6 umgewandelt, und die elektrische
Leistung kann zu der Drei-Phasen-Statorspule des Unterstützungsmotors 5 zugeführt werden.
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Ein
Ladeunterstützungsbetrag
SCB kann als die Ladeunterstützungssteuerung
(Ladedrucksteuerung) durch den Unterstützungsmotor 5 geregelt
werden, der Ladeunterstützungsbetrag
SCB kann auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Istladedruck
des Unterstützungsmotors 5 und
dem Sollladedruck geregelt werden. Des Weiteren kann der Ladeunterstützungsbetrag
SCB auf der Grundlage der Abweichung zwischen der elektrischen Istleistung, die
zu der Drei-Phasen-Statorspule
des Unterstützungsmotors 5 zuzuführen ist,
und der elektrischen Basisleistung geregelt werden.
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Während nur
die ausgewählten
bevorzugten Ausführungsbeispiele
zum Darstellen der vorliegenden Erfindung ausgewählt wurden, so ist für den Durchschnittsfachmann
aus dieser Offenbarung klar, dass mannigfaltige Änderungen und Abwandlungen geschaffen
werden können,
ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
definiert ist. Darüber
hinaus soll die vorherige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung nur der Darstellung dienen, und sie hat nicht den Zweck,
dass die Erfindung beschränkt
wird, die durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.
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Bei
einem Kraftmaschinensystem mit einem Turbolader (4), der
durch einen Motor unterstützt wird,
werden eine erste und eine zweite Ladeunterstützungssteuerung durchgeführt. Die
erste Ladeunterstützungssteuerung
(S8) führt
die Ladeunterstützung
durch einen Unterstützungsmotor
(5) auf der Grundlage eines Ladeunterstützungsbetrages (SCA) zum Verbessern
der Folgecharakteristika des Istladedrucks und des Beschleunigungsansprechverhaltens
auf die schnelle Beschleunigungsanforderung durch einen Fahrer durch.
Die zweite Ladeunterstützungssteuerung
(S9) führt
die Ladeunterstützung durch
den Unterstützungsmotor
auf der Grundlage des Ladeunterstützungsbetrages (SCB) zum Verbessern
der Konvergenzcharakteristika des Istladedruckes an den Sollladedruck
durch.