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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit
einem Turbolader und bezieht sich auf ein Steuerungsverfahren für die Brennkraftmaschine.
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Herkömmlich wird
eine Ladevorrichtung wie ein Turbolader bei der Brennkraftmaschine
zur Verbesserung des Wirkungsgrads von Ansaugluft angewandt, wodurch
die Maschinenleistung erhöht
wird. Entsprechend der JP-A-7-332097
ist ein Ladungssteuerungsgerät
für eine
Brennkraftmaschine zur Steuerung einer Ladungsvorrichtung vorgesehen. Ein
Umgehungsdurchlass ist vorgesehen, um eine bei einem Abgasrohr vorgesehene
Abgasturbine zu umgehen. Ein Wastegate-Ventil (Ladedruckregelventil,
Abblaseventil, waste gate valve) ist für den Umgehungsdurchlass zur
Steuerung einer in die Abgasturbine strömenden Abgasmenge vorgesehen,
wodurch der Ladedruck gesteuert wird.
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Im
Allgemeinen wird ein Wastgate-Ventil unter Verwendung eines Überdruckbetätigungsglieds gesteuert.
Ein Aufbau des Wastgate-Ventils ist unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Ein Turbolader 80 weist
einen Ansaugverdichter 81 und eine Abgasturbine 82 auf.
Der Ansaugverdichter 81 ist bei einem Ansaugrohr 85 vorgesehen.
Die Abgasturbine 82 ist für ein Abgasrohr 86 vorgesehen.
Das Abgasrohr 86 ist mit einem Umgehungsdurchlass 87 verbunden,
der die Abgasturbine 82 umgeht. Ein Wastgate-Ventil (WGV) 88 ist
für den
Umgehungsdurchlass 87. vorgesehen.
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Das
WGV 88 ist mit einem Betätigungsglied 90 verbunden,
das eine Druckkammer 82 aufweist, die mit einer Membran 91 unterteilt
ist. Das WGV 88 wird entsprechend dem Druck in der Druckkammer 82 betätigt. Der
Ansaugdruck (Ladedruck) stromabwärts
des Ansaugverdichters 81 wird der Druckkammer 92 über ein
Rohr 93 beaufschlagt. Ein Drucksteuerungsventil (Vakuum-
bzw. Unterdruckschaltventil) 94 wird unter Verwendung eines
Mikroprozessors oder dergleichen betrieben, so dass der der Druckkammer 92 beaufschlagte
Druck gesteuert wird.
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Wenn
das Drucksteuerungsventil 94 geschlossen ist, wird der
Ladedruck direkt der Druckkammer 92 beaufschlagt, so dass
das WGV 88 entsprechend dem Ladedruck betrieben wird. Insbesondere
wird, wenn der Ladedruck groß wird,
der Druck in der Druckkammer 92 groß. In dieser Bedingung wird
das WGV 88 auf dessen Öffnungsseite
betrieben, so dass sich die Beweglichkeit der Abgasturbine 82 verringert.
Somit verringert sich die Beweglichkeit des Ansaugverdichters 81 ebenfalls,
so dass sich der Ansaugdruck verringert. Wenn im Gegensatz dazu das
Drucksteuerungsventil 94 öffnet, verringert sich der
der Druckkammer 92 beaufschlagte Druck. Daher steigt der
Druck in der Druckkammer 92 nicht an, selbst wenn der Ladedruck
groß wird,
so dass das WGV in einer geschlossenen Position beibehalten wird.
Auf diese Weise wird die Beweglichkeit der Turbine beibehalten,
selbst wenn der Ladedruck ansteigt. Als Ergebnis wird der Ladedruck
beibehalten oder wird erhöht.
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Jedoch
wird bei diesem herkömmlichen
Aufbau im Allgemeinen bei Erhöhung
des Ladedrucks das WGV 88 geöffnet, so dass der Ladedruck
davon abgehalten wird, übermäßig anzusteigen.
Insbesondere wird das WGV 88 in der geschlossenen Position in
einer normalen Bedingung beibehalten, und das WGV 88 öffnet sich
leicht in einer Bedingung mit hoher Last oder in einem hohen Drehzahlbereich.
Diese Bedingung wird die Position des WGV 88 in Abhängigkeit
von dem Ladedruck beschränkt.
Dementsprechend kann der Kraftstoffwirkungsgrad nicht ausreichend
in einem Aufladungsbetrieb unter Verwendung eines Turboladers verbessert
werden.
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Im
Hinblick auf die vorstehend beschriebenen und andere Probleme liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine
mit einem Turbolader anzugeben, wobei das Steuerungsgerät in der
Lage ist, den Ladedruck zu steuern und den Kraftstoffwirkungsgrad
zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin,
ein Steuerungsverfahren für die
Brennkraftmaschine anzugeben.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Brennkraftmaschine
ein Drosselklappenventil, einen Turbolader, ein Wastgate-Ventil
und ein eletrisches Betätigungsglied
auf. Das Drosselklappenventil ist für einen Ansaugdurchlass vorgesehen.
Das Drosselklappenventil ist eingerichtet, eine Ansaugluftmenge
zu steuern. Der Turbolader weist eine Abgasturbine und einen Ansaugverdichter
auf. Der Ansaugverdichter ist in dem Ansaugdurchlass angeordnet
ist. Das Wastgate-Ventil ist für einen
Umgehungsdurchlass vorgesehen, der die Abgasturbine umgeht. Das
Wastgate-Ventil ist eingerichtet, eine Öffnungsfläche des Abgasdurchlasses zu
steuern. Das elektrische Betätigungsglied
ist eingerichtet, das Wastgate-Ventil zu betätigen. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine
wird durch Steuerung einer Position des Drosselklappenventils auf
ein Solldrehmoment gesteuert. Das Steuerungsgerät weist eine Einstelleinheit
und eine Steuerungseinheit auf. Die Einstelleinheit ist eingerichtet,
eine Sollposition des Wastgate-Ventils in einer normalen Betriebsbedingung
der Brennkraftmaschine einzustellen. Die Sollposition befindet sich
außerhalb
eines Positionsbereichs, in dem das Wastgate-Ventil sich in einer
vollständig
geschlossenen Position befindet. Die Steuerungseinheit steuert das
Wastegate-Ventil derart steuert, dass eine Position des Wastegate-Ventils
mit der Sollposition übereinstimmt.
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Ein
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine weist die folgenden
Schritte auf. Ansaugluft, die in die Brennkraftmaschine strömt, wird unter
Verwendung eines Ansaugverdichters eines Turboladers aufgeladen.
Eine Sollposition eines Wastgate-Ventils wird derart eingestellt,
dass sie außerhalb
eines Positionsbereichs liegt, in der das Wastgate-Ventil in einer
im wesentlichen vollständig geschlossenen
Position ist. Ein elektrisches Betätigungsglied wird zur Steuerung
einer Position des Wastgate-Ventils auf die Sollposition in einer
normalen Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine betrieben, wodurch
eine Abgasmenge gesteuert wird, die eine Abgasturbine des Turboladers
umgeht.
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Auf
diese Weise wird die Position des Wastgate-Ventils elektrisch gesteuert,
ungeachtet des Ladedrucks, so dass der Abgasdruck sich verringert, wodurch
ein Pumpverlust verringert wird.
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Die
vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Steuerungssystems für eine Brennkraftmaschine
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung eines WGV-Betätigungsglieds
für das
Steuerungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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3 einen
Graphen von Kennlinien mit gleichen Drehmoment des WGV-Betätigungsglieds gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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4 einen
Graphen eines Druckvolumendiagramms des WGV-Betätigungsglieds gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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5 ein
Blockschaltbild eines Steuerungssystems einer ECU des Steuerungssystems
zur Steuerung des Ladedrucks gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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6a einen
Graphen eines Datenkennfeldes zur Bestimmung eines Sollladedrucks,
und 6b einen Graphen eines Datenkennfeldes zur Bestimmung
einer Grund-WGV-Position
gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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7 ein
Flussdiagramm einer Routine zur Steuerung des WGV-Betätigungsglieds
gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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8 Zeitverläufe, die
die Steuerung des WGV-Betätigungsglieds
veranschaulichen, gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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9 Zeitverläufe, die
die Steuerung des WGV-Betätigungsglieds
gemäß einer
Variation des Ausführungsbeispiels
veranschaulichen, und
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10 eine
schematische Darstellung eines Beispiels eines Aufbaus eines Überdruckbetätigungsglieds.
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Ausführungsbeispiel
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Eine
in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 10 weist
eine Vielzahl von Zylindern auf. Diese Mehrfachzylindermaschine 10 weist
ein Ansaugrohr (Ansaugdurchlass) 11 auf, in dem eine Drosselklappe 14 untergebracht
ist, die unter Verwendung eines Drosselklappenbetätigungsglieds 15 wie
eines Gleichstrommotors gesteuert wird. Die Drosselklappe 14 dient
als Ansaugmengensteuerungseinheit. Das Drosselklappenbetätigungsglied 15 weist
einen Drosselklappenpositionssensor auf, der einen Öffnungswinkel
(eine Drosselklappenposition) des Drosselklappenventils 14 erfasst.
Ein Zwischenbehälter 16 ist
auf der stromabwärtigen
Seite der Drosselklappe 14 vorgesehen. Der Zwischenbehälter 16 ist
mit einem Ansaugdrucksensor 17 versehen, der den Ansaugdruck
stromabwärts
der Drosselklappe 14 erfasst. Der Zwischenbehälter 16 ist
mit einem Ansaugkrümmer
(Ansaugverteiler, Ansaugstutzen) 18 verbunden, durch den
Ansaugluft in die jeweiligen Zylinder der Maschine 10 verteilt
wird. Kraftstoffeinspritzventile 19 sind für den Ansaugkrümmer 18 vorgesehen.
Jeder der Kraftstoffeinspritzventile 19 ist in der Nähe jedes
Ansauganschlusses jedes Zylinders vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 19 weist
ein Betätigungsglied
wie ein Solenoid-Betätigungsglied (Elektromagnetbetätigungsglied)
zum Einspritzen von Kraftstoff auf. Jeder Ansauganschluss der Maschine 10 weist
ein Ansaugventil 21 auf, und jeder Abgasanschluss der Maschine 10 weist
ein Abgasventil 22 auf. Das Ansaugventil 21 öffnet, so
dass ein Gasgemisch, das aus Luft und Kraftstoff geformt ist, in
eine Verbrennungskammer 23 eingeführt wird. Das Abgasventil 22 öffnet, so
dass Abgas, das durch Brennen des Gasgemisches gebildet wird, zu
einem Abgasrohr 24 abgeführt wird. Die Maschine 10 weist einen
Zylinderkopf auf, bei dem eine Zündkerze 25 jeweils
für den
jeweiligen Zylinder vorgesehen ist. An die Zündkerze 25 wird eine
hohe Spannung mit einem vorbestimmten Zündzeitverlauf über ein
(nicht gezeigtes) Zündgerät wie eine
Zündspule
angelegt. Die Zündkerze 25 weist
einander gegenüberliegende Elektroden
auf, die durch Anlegen einer hohen Spannung einen Funken dazwischen
erzeugen, wodurch das Gasgemisch in der Verbrennungskammer 23 gezündet wird.
Der Zylinderblock der Maschine 10 ist mit einem Wassertemperatursensor 26 und
einem Kurbelwellenwinkelsensor 27 versehen. Der Wassertemperatursensor 26 erfasst
die Temperatur des Kühlwassers
der Maschine 10. Der Kurbelwellenwinkelsensor 27 gibt
ein rechteckiges Kurbelwellenwinkelsignal bei jedem Kurbelwinkel
von beispielsweise 30° CA
aus, wenn die Antriebswelle der Maschine 10 rotiert.
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Ein
Turbolader (Ladeeinheit) 30 ist zwischen dem Ansaugrohr 11 und
dem Abgasrohr 24 vorgesehen. Der Turbolader 30 weist
ein Verdichterflügelrad (Ansaugverdichter) 31 und
ein Turbinenrad (Abgasturbine) 32 auf. Das Verdichterflügelrad 31 ist
in dem Ansaugrohr 11 angeordnet. Das Turbinenrad 32 ist
in dem Abgasrohr 24 angeordnet. Das Verdichterflügelrad 31 ist
mit dem Turbinenrad 32 über
eine Rotationswelle 33 verbunden. Ein Umgehungsdurchlass 36 ist
zwischen der stromaufwärtigen
Seite des Abgasrohrs 24 in bezug auf das Turbinenrad 32 und
der stromabwärtigen
Seite des Abgasrohrs 24 in bezug auf das Turbinenrad 32 vorgesehen.
Der Umgehungsdurchlass 36 ist mit einem Wastgate-Ventil (WGV,
wast gate valve) 37 versehen.
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Das
WGV 37 ist mit einem WGV-Betätigungsglied (elektrischem
Betätigungsglied) 42 verbunden,
das einen Motor wie einen elektrischen Motor aufweist. Das WGV-Betätigungsglied 42 arbeitet derart,
dass das WGV 37 eine Öffnungsfläche des Durchgangsdurchlasses 36 ändert, wodurch
die Größe des durch
den Umgehungsdurchlass 36 fließenden Abgases gesteuert wird.
Das WGV 37 dient als Ladungsbedingungsveränderungseinheit,
die den Ladedruck steuert.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, weist das WGV-Betätigungsglied 42 ein
(nicht gezeigtes) Gehäuse
auf, das mit einem Motor 43 versehen ist. Der Motor 43 ist
mit einer Rotationswelle 43a verbunden, das ein spitzes
Ende aufweist, an das ein Motorzahnrad 44 vorgesehen ist.
Das Motorzahnrad 44 befindet sich in Eingriff mit einem
Stirnrad (spur gear) 45, das eine Welle aufweist, die mit
einem Schneckenrad 46 verbunden ist. Das Schneckenrad 46 befindet
sich in Eingriff mit einem Schrägstirnrad
(Schraubenrad, helical gear) 47, das eine Welle 48 aufweist.
Das Schrägstirnrad 47 ist
um die Welle 48 drehbar. Die Welle 48 weist einen
Arm 49 auf, die einstückig
mit dem Schrägstirnrad 47 rotiert.
Der Arm 49 weist ein Ende auf, das mit dem WGV 37 über eine
Stange 41 verbunden ist. Das Schrägstirnrad 47 ist mit
einem (nicht gezeigten) Gehäuse
umgeben, an das ein WGV-Positionssensor 50 vorgesehen ist,
um die Position (WGV-Position) des WGV 37 durch Erfassung des
Rotationswinkels des Schrägstirnrads 47 zu
erfassen.
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Der
Motor 43 des WGV-Betätigungsglieds 47 wird
mit Energie versorgt, so dass das Motorzahnrad 44 entweder
in eine positive Richtung oder in eine negative Richtung gedreht
wird. Die Rotation des Motorzahnrads 44 wird auf das Schrägstirnrad 47 über das
Stirnrad 45 und das Schneckenrad 46 übertragen.
Die Stange 41 bewegt sich in Zusammenhang mit der Rotation
des Schrägstirnrads 47,
wodurch das WGV 37 betätigt
wird.
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Die
WGV-Position wird entsprechend dem Ladedruck in dem herkömmlichen Überdruckbetätigungsglied
gesteuert. Jedoch wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel
die WGV-Position unter Verwendung des elektrisch betriebenen WGV- Betätigungsglieds 42 gesteuert,
so dass die WGV-Position ungeachtet des Ladedrucks gesteuert werden
kann.
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Gemäß 1 wird
das Turbinenrad 32 durch dem Turbinenrad 32 zugeführtes Abgas
in den Turbolader 30 in Drehung versetzt, so dass die Drehkraft des
Turboladers 30 auf das Verdichterflügelrad 31 über die
Rotationswelle 33 übertragen
wird. Somit setzt das Verdichterflügelrad 31 Ansaugluft,
das durch das Ansaugrohr 41 strömt, unter Druck, wodurch der
Aufladungsvorgang durchgeführt
wird. In diesem Aufladungsvorgang wird das WGV 37 entsprechend
einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 betrieben,
so dass der Ladedruck gesteuert wird.
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Unter
Verwendung des Turboladers 30 aufgeladene Ansaugluft wird
durch einen Zwischenkühler 38 abgekühlt, so
dass der Ladungswirkungsgrad der Ansaugluft verbessert werden kann.
Die durch den Zwischenkühler 38 gekühlte Ansaugluft
wird der stromabwärtigen
Seite des Turboladers 30 zugeführt.
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Weiterhin
ist ein Fahrpedalpositionssensor 51 zur Erfassung einer
Fahrpedalposition vorgesehen, die im Ausmaß der Betätigung des Fahrpedals durch
den Fahrer entspricht.
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Eine
elektronische Steuerungseinheit (Steuerungsgerät, ECU) 60 ist hauptsächlich aus
einem Mikrocomputer mit einem allgemeinen Aufbau einschließlich einer
CPU, einem COM, einem RAM und dergleichen aufgebaut. In dem ROM
sind verschiedene Programme gespeichert, die zur Ausführung verschiedener
Steuerungsvorgänge
der Brennkraftmaschine entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 ausgeführt werden.
Insbesondere erhält
die ECU 60 verschiedene Erfassungssignale aus den verschiedenen
Sensoren, so dass die ECU 60 eine Kraftstoffeinspritzmenge,
einen Zündzeitverlauf
und dergleichen entsprechend den verschiedenen Erfassungssignalen
berechnet, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil 19, das
Zündgerät und dergleichen
gesteuert werden.
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Die
ECU 60 berechnet einen Sollwert (Solldrosselklappenposition)
der Position der Drosselklappe 14 entsprechend den verschiedenen
Erfassungssignalen. Die ECU 60 betätigt das Drosselklappenbetätigungsglied 15 auf
der Grundlage der Solldrosselklappenposition, wodurch die Ansaugluftmenge
gesteuert wird. Insbesondere berechnet die ECU 60 eine
Ansaugluftmenge (Sollansaugmenge) entsprechend der Fahrpedalposition,
wodurch die Solldrosselklappenposition auf der Grundlage der Sollansaugmenge
als ein Parameter berechnet wird, so dass die ECU 60 die
Drosselklappenposition auf der Grundlage der Solldrosselklappenposition
steuert. Weiterhin steuert die ECU 60 die WGV-Position gleichzeitig
mit der Steuerung der Drosselklappenposition. Somit kann ein von
den Fahrern angefordertes Maschinendrehmoment durch Steuerung sowohl
der Drosselklappenposition als auch der WGV-Position erzeugt werden.
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Die
Drosselklappenposition, die WGV-Position und die Maschinendrehmomentabgabe
durch die Maschine 10 weisen ein in 3 gezeigtes
Verhältnis
auf. In diesem Verhältnis
sind Linien mit gleichen Drehmoment L1–L4 definiert, wie es in 3 gezeigt ist.
Die Drehmomentlinien L1, L2, L3 und L4 sind in ansteigender Reihenfolge
des Maschinendrehmoments von der Linie L1 bis zur Linie L4 gezeigt.
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Nachstehend
ist eine Differenz zwischen einer bei dem Punkt P1 auf der Drehmomentlinie
(Line mit gleichem Drehmoment) L2 durchgeführte Drehmomentsteuerung und
einer bei dem Punkt P2 auf der Drehmomentlinie L2 durchgeführte Drehmomentsteuerung
als Beispiel beschrieben. Die Drehmomentsteuerung bei dem Punkt
P1 entspricht einer herkömmlichen
Steuerung, und die Drehmomentsteuerung bei dem Punkt P2 entspricht
einer Steuerung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel.
Zu dem Punkt P1 beträgt
die Drosselklappenposition b1, und beträgt die WGV-Position a1, in
der das WGV 37 sich in einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Position
befindet. Bei dem Punkt P2 ist die Drosselklappenposition b2 und
ist die WGV-Position a2.
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In
der Drehmomentsteuerung ist die Drosselklappenposition b2 bei dem
Punkt P2 größer als
die Drosselklappenposition b1 bei dem Punkt P1. Daher verringert
sich, wie es durch die durchgezogene Linie in dem Druckvolumendiagramm
gemäß 4 gezeigt
ist, ein Abgasdruck im Vergleich mit der mit jeweils zwei Strichen
unterbrochenen gezogene Linie in dem Druckvolumendiagramm gemäß 4,
weshalb folglich ein Pumpverlust verringert werden kann. Dabei zeigt
die von zwei Strichen unterbrochenen Linie gemäß 4 eine Kennlinie
in einer Bedingung, in der das WGV 37 sich in der im wesentlichen
vollständig
geschlossenen Position wie den Punkt a1 in 3 befindet.
Die durchgezogene Linie gemäß 4 zeigt
eine Kennlinie in einer Bedingung, in der das WGV 37 bei
einer vorbestimmten WGV-Position wie den Punkt a2 in 3 geöffnet ist.
Der Kraftstoffwirkungsgrad kann durch die Drehmomentsteuerung zu
dem Punkt P2 verbessert werden.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird das WGV 37 in einem Positionsbereich ausschließlich eines
vorbestimmten WGV-Positionsbereichs gesteuert,
in dem sich das WGV in einer im wesentlichen vollständig geschlossenen
Position befindet. Insbesondere wird die WGV-Position in einem vorbestimmten
WGV-Positionsbereich zwischen 20% und 100%, vorzugsweise in einem
vorbestimmten WGV-Positionsbereich zwischen 50% und 80%, in einer
normalen Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 gesteuert.
Dabei befindet sich das WGV 37 in der vollständig geschlossenen
Position, wenn die WGV-Position 0% beträgt, und befindet sich in der vollständig geöffneten
Position, wenn die WGV-Position 100 beträgt.
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Wie
es durch den Pfeil X1 in 3 gezeigt ist, wird die Drosselklappenposition
von dem Punkt P1 in einem Beschleunigungsvorgang erhöht, so dass
das Maschinendrehmoment erhöht
werden kann. Im Gegensatz dazu muss, wie es durch den Pfeil X2 in 3 gezeigt
ist, in einem Beschleunigungsvorgang auf den Punkt P2 die WGV-Position zur Erhöhung der
Drosselklappenposition verringert werden. In diesem Vorgang gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird das Betätigungsausmaß des WGV 37 im
Vergleich zu der herkömmlichen
Steuerung groß.
Dementsprechend kann sich eine Ansprechen (Ladungsdruckansprechen)
des Ladungsdrucks aufgrund einer Verzögerung im Ansprechen des WGV-Betätigungsglieds 42 verzögern, weshalb folglich
die Verzögerung
in dem Ansprechen des Ladedrucks einen negativen Einfluss auf das
Ansprechen der Drehmomentsteuerung ausüben kann.
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Daher
wird gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
die Soll-WGV-Position
entsprechend einer Abweichung (Ladungsdruckabweichung) in dem Ladungsdruck
eingestellt, um das Ladungsdruckansprechen zu verbessern. Die Ladungsdruckabweichung
ist eine Abweichung zwischen einem Sollwert (Sollladungsdruck) des
Ladungsdrucks und einem tatsächlichen
Wert (Istwert, Ist-Ladedruck) des Ladungsdrucks. Somit wird eine
Regelung der WGV-Position derart durchgeführt, dass die Ist-WGV-Position
mit der Soll-WGV-Position übereinstimmt.
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Nachstehend
ist ein Steuerungsvorgang der ECU 60 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Die
CPU der ECU 60 weist Verarbeitungsfunktionen auf, die durch
Funktionsblöcke
dargestellt sind. Dabei wird der Ansaugdruck stromabwärts der
Drosselklappe 14 als Ladungsdruck bezeichnet. Der unter Verwendung
des Ansaugdrucksensors 17 erfasste Druck wird als Ist-Ladungsdruck
PM bezeichnet.
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Eine
Sollladungsberechnungseinrichtung 61 berechnet den Sollladungsdruck
PMTG entsprechend der Drosselklappenposition TA und der Drehzahl
(Maschinendrehzahl NE) der Brennkraftmaschine 10 zu dem
Zeitpunkt als Parameter unter Bezugnahme auf beispielsweise ein
Datenkennfeld, das in 6a gezeigt ist. In dem Datenfeld
gemäß 6A wird,
wenn die Maschinendrehzahl NE groß wird, oder wenn die Drosselklappenposition
TA groß wird, der
Sollladungsdruck PMTG als groß berechnet.
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Eine
WGV-Positionskorrekturgrößenberechnungseinrichtung
(WGV-Positionskorrekturberechnungseinrichtung) 62 berechnet
eine Abweichung (Ladungsdruckabweichung ΔPM) zwischen dem Sollladungsdruck
PMTG, der unter Verwendung der Sollladungsdruckbrechungseinrichtung 61 berechnet wird,
und dem unter Verwendung des Ansaugdruckssensors 17 erfassten
Istladungsdruck PM. Insbesondere wird die Ladungsdruckabweichung ΔPM durch Subtrahieren
des Istladungsdrucks PM von dem Ladungsdruck PMTG berechnet. Darauffolgend
berechnet die WGV-Positionskorrekturberechnungseinrichtung 62 die
WGV-Positionskorrekturgröße unter
Verwendung eines Rückkopplungssteuerungsalgorithmus
(Reglungsalgorithmus). Insbesondere berechnet die WGV-Positionskorrekturberechnungseinrichtung 62 die
WGV-Positionskorrekurgröße beispielsweise
unter Verwendung eines PID-Algorithmus entsprechend der Ladungsdruckabweichung ΔPM.
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Eine
Grund-WGV-Positionsberechnunseinrichtung 63 berechnet eine
Grund-WGV-Position entsprechend der Drosselklappenposition TA und
der Maschinendrehzahl NE zu diesem Zeitpunkt als Parameter beispielsweise
unter Verwendung des Datenkennfeldes gemäß 6B. Entsprechend
dem in 6B gezeigten Datenkennfeld wird,
wenn die Maschinendrehzahl NE groß wird, oder die Drosselklappenposition
TA groß wird,
die Grund-WGV-Position als groß berechnet.
Insbesondere wird die Grund-WGV-Position
vorzugsweise innerhalb eines Positionsbereichs zwischen 50% und
80% eingestellt.
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Eine
Soll-WGV-Positionsberechnungseinrichtung 64 berechnet die
Soll-WGV-Position entsprechend der Grund-WGV-Position und der WGV-Positionskorrekturgröße. Insbesondere
wird die Soll-WGV-Position durch Addieren der Grund-WGV-Position
zu der WGV-Positionskorrekturgröße berechnet.
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Eine
WGV-Positionssteuerungseinrichtung 65 berechnet eine WGV-Steuerungsgröße entsprechend
der unter Verwendung der Soll-WGV-Positionsberechnungseinrichtung 64 berechneten Soll-WGV-Position
und der unter Verwendung des WGV-Positionssensors 50 erfassten
Ist-WGV-Position. Die WGV-Steuerungsgröße, die
unter Verwendung der WGV-Positionssteuerungseinrichtung 65 berechnet
wird, wird zu einer Antriebsschaltung 66 ausgegeben, so
dass die Antriebsschaltung 66 das WGV-Betätigungsglied 62 betätigt.
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Nachstehend
ist eine Routine zur Steuerung der WGV-Position unter Bezugnahme
auf 7 beschrieben. Die in 7 gezeigte
Routine wird wiederholt durch die ECU 60 bei regelmäßigen Intervallen
ausgeführt.
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In
Schritt S101 speichert die ECU 60 Parameter, die zur Ausführung dieser
Routine verwendet werden, wie die Maschinendrehzahl NE, die Drosselklappenposition
TA und der Istladungsdruck PM. In Schritt S102 berechnet die ECU 60 die Grund-WGV-Position
unter Bezugnahme auf ein Grund-WGV-Positionsdatenkennfeld wie das in 6B gezeigte
Datenkennfeld. In Schritt S103 berechnet die ECU 60 den
Sollladungsdruck PMTG unter Bezugnahme auf ein Sollladungsdruckdatenkennfeld
wie das in 6A gezeigte Datenkennfeld.
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In
dem darauffolgenden Schritt S104 berechnet die ECU 60 die
Ladungsdruckabweichung ΔPM durch
Subtrahieren des Istladungsdrucks PM von dem Sollladungsdruck PMTG.
In dem darauffolgenden Schritt S105 untersucht die ECU 60,
ob die Ladungsdruckabweichung ΔPM
gleich oder größer als ein
vorbestimmter Schwellwert α ist.
Wenn die Ladungsdruckabweichung ΔPM
kleiner als der Schwellwert α ist,
geht die Routine zu Schritt S106 über, in dem die ECU 60 eine
erste Positionskorrekturgröße berechnet,
so dass die ECU 60 die erste Positionskorrekturgröße in die
WGV-Positionskorrekturgröße einsetzt.
Wenn die Ladungsdruckabweichung ΔPM gleich
oder größer als
der Schwellwert α ist,
geht die Routine zu Schritt S107 über, in dem die ECU 60 eine zweite
Positionskorrekturgröße berechnet,
so dass die ECU 60 diese zweite Positionskorrekturgröße in die
WGV-Positionskorrekturgröße einsetzt.
Dabei berechnet die ECU 60 die ersten und zweiten Positionskorrekturgrößen entsprechend
der Ladungsdruckabweichung ΔPM
unter Verwendung des Reglungsalgorithmus wie eines PID-Algorithmus.
Dabei unterscheidet sich eine Korrekturgröße (Korrekturverstärkung) der
Soll-WGV-Position in bezug auf die Ladungsdruckabweichung ΔPM zwischen
der ersten Positionskorrekturgröße und der
zweiten Positionskorrekturgröße. Insbesondere
ist die Korrekturverstärkung
der Soll-WGV-Position der zweiten Positionskorrekturgröße größer als
diejenige der ersten Positionskorrekturgröße.
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Wie
es vorstehend beschrieben worden ist, berechnet die ECU 60 die
WGV-Positionskorrekturgröße in einem
der Schritte S106, S107 woraufhin die Routine zu Schritt S108 übergeht,
in dem die ECU 60 die Soll-WGV-Position durch Addieren
der Grund-WGV-Position zu der WGV-Positionskorrekturgröße berechnet.
Schließlich
berechnet die ECU 60 in Schritt S109 die WGV-Steuerungsgröße entsprechend
der Soll-WGV-Position und der Ist-WGV-Position. Auf diese Weise
wird der Motor 43 des WGV-Betätigungsglieds 42 entsprechend
der in Schritt S109 berechneten WGV-Steuerungsgröße betätigt.
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Die
in 8 gezeigten Zeitverläufe stellen eine Bedingung
dar, in der der Fahrer das Fahrpedal zum Beschleunigen des Fahrzeugs
betätigt.
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Vor
dem Zeitpunkt t1 befindet sich die Maschine 10 in einer
normalen Betriebsbedingung, in der das Fahrzeug sich nicht in einem Übergangszustand
wie einem Beschleunigungsbetrieb befindet. In dieser Bedingung ist
die Soll-WGV-Position auf eine vorbestimmte Position eingestellt,
die sich außerhalb eines
vorbestimmten WGV-Positionsbereichs befindet, in dem das WGV 37 sich
in einem im wesentlichen vollständig
geschlossenen Position befindet. In diesem Zustand ist die Ladungsdruckabweichung ΔPM im wesentlichen
0, so dass die Grund-WGV-Position im wesentlichen gleich der Soll-WGV-Position ist. Die
ECU 60 betreibt das WGV-Betätigungsglied 42 derart,
dass die Ist-WGV-Position mit der Ist-WGV-Position übereinstimmt.
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Zu
dem Zeitpunkt t1 beginnt der Sollladungsdruck anzusteigen, da der
Fahrer das Fahrpedal zur Beschleunigung des Fahrzeugs betätigt, so
dass die Ladedruckabweichung ΔPM
beginnt, sich zu erhöhen.
Die ECU 60 berechnet die Soll-WGV-Position entsprechend der Ladungsdruckabweichung ΔPM. In dieser
Bedingung berechnet die ECU 60 die erste Korrekturgröße als die
WGV-Positionskorrekturgröße entsprechend
der Ladungsdruckabweichung ΔPM, so
dass die ECU 60 die Grund-WGV-Position unter Verwendung
der ersten Korrekturgröße korrigiert, wodurch
die Soll-WGV-Position berechnet wird. Auf diese Weise wird das Wastgate-Ventil 37 (WGV)
auf die Schließseite
gesteuert.
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In
der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Ladungsdruckabweichung ΔPM größer als
der Schwellwert α,
so dass die ECU 60 die zweite Korrekturgröße als die
WGV-Positionskorrekturgröße entsprechend
der Ladungsdruckabweichung ΔPM
berechnet. Auf diese Weise korrigiert die ECU 60 die Grund-WGV-Position
unter Verwendung der zweiten Korrekturgröße, wodurch die Soll-WGV-Position berechnet
wird. In dieser Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ändert sich
die Soll-WGV-Position,
falls die Soll-WGV-Position überschwingt.
Das heißt,
dass in dieser Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die
Soll-WGV-Position sich mit einem hohen Ansprechen ändert. In
dieser Bedingung ist in diesem Beispiel gemäß 8 die Soll-WGV-Position
im wesentlichen auf 0% eingestellt.
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Die
zweite Korrekturgröße der WGV-Position in
der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ist größer als
die erste Korrekturgröße der WGV-Position
in der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in bezug auf
die Ladungsdruckabweichung ΔPM.
Somit wird das Konvergieren des Ladungsdrucks in einem Fall verbessert,
wenn die Ladungsdruckabweichung ΔPM
groß wird,
so dass der Ladungsdruck in der Lage ist, stabil auf den Sollladungsdruck
zu konvergierten.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird das WGV 37 unter Verwendung des elektrischen WGV-Betätigungsglieds 42 betrieben,
so dass das WGV 37 ungeachtet des Ladungsdrucks betrieben werden
kann, im Gegensatz zu dem Aufbau, in dem ein Wastgate-Ventil unter
Verwendung eines herkömmlichen Überdruckbetätigungsglieds
betrieben wird. Die WGV-Position wird in dem Positionsbereich ausschließlich der
im wesentlichen vollständig
geschlossenen Position gesteuert, so dass der Abgasdruck im Vergleich
zu der herkömmlichen
Steuerung verringert werden kann, in der ein WGV in einer im wesentlichen
vollständig
geschlossenen Position gesteuert wird. Daher kann ein Pumpverlust
durch die Verringerung des Abgasdrucks gemäß 4 verringert
werden, so dass der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert werden kann.
Somit kann der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert werden, während der
Ladungsdruck geeignet gesteuert wird.
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Weiterhin
wird die Soll-WGV-Position entsprechend der Abweichung zwischen
dem Istladungsdruck und dem Sollladungsdruck eingestellt, so dass
die WGV-Position entsprechend der Soll-WGV-Position gesteuert wird.
Auf diese Weise kann der Ladungsdruck geeignet erzeugt werden.
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Wenn
die Ladungsdruckabweichung ΔPM gleich
oder größer als
der Schwellwert α ist,
wird die Korrekturgröße der Soll-WGV-Position derart
eingestellt, dass diese größer als
die Korrekturgröße ist, was
in einem Fall vorliegt, in dem die Ladungsdruckabweichung ΔPM niedriger
als der Schwellwert α ist. Folglich
kann das Ansprechen des Ladungsdrucks beibehalten werden, selbst
wenn ein Ausmaß der
Betätigung des
WGV 37 auf die Schließseite
in einer Übergangsbedingung
wie einem Beschleunigungsbetrieb groß wird.
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Um
das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
zusammen zu fassen, weist die Brennkraftmaschine 10 die
Drosselklappe 14, den Turbolader 30, das Wastgate-Ventil
(WGV) 37 und das elektrische Betätigungsglied 42 auf.
Das Drosselklappenventil 14 ist in dem Ansaugdurchlass 11 vorgesehen. Das
Drosselklappenventil 14 ist zur Steuerung der Ansaugluftmenge
eingerichtet. Der Turbolader 30 weist die Abgasturbine 32 und
den Ansaugverdichter 31 auf. Der Ansaugverdichter 31 ist
in dem Ansaugdurchlass 11 vorgesehen. Das Wastgate-Ventil 37 ist für den Umgehungsdurchlass 36 vorgesehen,
der die Abgasturbine 32 umgeht. Das Wastgate-Ventil 37 ist eingerichtet,
die Öffnungsfläche des
Umgehungsdurchlasses 36 zu steuern. Das elektrische Betätigungsglied 42 ist
eingerichtet, das Wastgate-Ventil 37 zu betätigen. Das
Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 wird durch Steuerung
der Position TA der Drosselklappe 14 auf ein Solldrehmoment
gesteuert. Das Steuerungsgerät 60 weist
die Einstellungseinheit 62, 63 und 64 sowie
die Steuerungseinheit 65 auf. Die Einstelleinheit 62, 63 und 64 ist
eingerichtet, die Sollposition des Wastgate-Ventils 37 in
der normalen Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 einzustellen.
Die Sollposition befindet sich außerhalb des Positionsbereichs,
in dem das Wastgate-Ventil 37 sich in der im wesentlichen
vollständig geschlossenen
Position befindet. Die Steuerungseinheit 65 steuert das
Wastgate-Ventil 37 derart, dass die Position des Wastgate-Ventils 37 mit
der Sollposition übereinstimmt.
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Dabei
dienen die WGV-Positionskorrekturberechnungseinrichtung 62,
die Grund-WGV-Positionsberechnunseinrichtung 63 und
die Soll-WGV-Positionskorrektureinrichtung 64 beispielsweise
als die Einstelleinheit 62, 63 und 64.
Die WGV-Positionssteuerungseinrichtung 65 dient
beispielsweise als die Steuerungseinheit 65.
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Das
Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 weist
die nachstehend beschriebenen Schritte auf. Ansaugluft, die in die
Brennkraftmaschine 10 einströmt, wird unter Verwendung des
Ansaugverdichters 31 des Turboladers 30 aufgeladen.
Die Sollposition des Wastgate-Ventils 37 wird derart eingestellt,
dass sie sich außerhalb
des Positionsbereichs befindet, in dem das Wastgate-Ventil 37 sich
in der im wesentlichen vollständig
geschlossenen Position befindet.
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Das
elektrische Betätigungsglied 42 wird
zur Steuerung der Position des Wastgate-Ventils 37 auf die
Sollposition in der normalen Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 betrieben,
wodurch die Größe des Abgases
gesteuert wird, das die Abgasturbine 32 des Turboladers 30 umgeht.
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Der
Aufbau und der Betrieb sind nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird entweder die erste Positionskorrekturgröße oder die zweite Positionskorrekturgröße, die
sich im Hinblick auf die Korrekturverstärkung voneinander unterscheiden,
selektiv berechnet. Jedoch kann beispielsweise die WGV-Positionskorrekturgröße, die
der ersten Positionskorrekturgröße entspricht,
mit einer konstanten Korrekturgröße (Korrekturverstärkung) ungeachtet
der Ladungsdruckabweichung ΔPM
berechnet werden.
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Zusätzlich kann
die Drosselklappenpositionskorrekturgröße entsprechend der Ladungsdruckabweichung ΔPM berechnet werden,
wenn die Ladungsdruckabweichung ΔPM
gleich oder größer als ein
Schwellwert ist. In diesem Betrieb kann die Solldrosselklappenposition
und eine Steuerungsgröße des Drosselklappenventils 14 unter
Verwendung dieser Drosselklappenpositionskorrekturgröße zur Steuerung
der Drosselklappenposition korrigiert werden.
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Insbesondere
beginnt, wie es in 9 gezeigt ist, zu dem Zeitpunkt
t11 der Sollladungsdruck sich zu erhöhen, wenn der Fahrer das Fahrpedal
betätigt,
so dass die Ladungsdruckabweichung ΔPM sich zu erhöhen beginnt.
Die ECU 60 berechnet die Soll-WGV-Position entsprechend
der Ladungsdruckabweichung ΔPM.
Die ECU 60 berechnet die WGV-Positionskorrekturgröße auf der Grundlage der Ladungsdruckabweichung ΔPM, so dass
die ECU 60 die Grund-WGV-Position
unter Verwendung der WGV-Positionskorrekturgröße korrigiert,
wodurch die Soll-WGV-Position
berechnet wird. Somit betätigt
die ECU 60 das WGV 37 zu der Schließseite.
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In
der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t12 und t13 wird die Ladungsdruckabweichung ΔPM kleiner
oder größer als
der Schwellwert α.
In dieser Bedingung korrigiert die ECU 60 die Drosselklappenpositionkorrekturgröße entsprechend
der Ladungsdruckabweichung ΔPM,
so dass die ECU 60 die Drosselklappe 14 entsprechend
der Drosselklappenpositionskorrekturgröße steuert.
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In
dieser Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t12 und t13 ändert sich
die Drosselklappenposition, als ob die Drosselklappenposition überschwingt. Wie
es vorstehend beschrieben worden ist, steuert die ECU 60 die
WGV-Position und die Drosselklappenposition derart, dass das Konvergieren
des Ladungsdrucks in einem Fall verbessert wird, in dem die Ladungsdruckabweichung ΔPM groß wird,
so dass der Ladungsdruck in der Lage ist, stabil auf den Sollladungsdruck
zu konvergieren.
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Die
ECU 60 kann allmählich
die Korrekturgröße (Korrekturverstärkung) entsprechend
der Korrekturdruckabweichung ΔPM ändern, anstelle
dass die erste Positionskorrekturgröße oder die zweite Positionskorrekturgröße in die
WGV-Positionskorrekturgröße eingesetzt
wird, entsprechend dem Vergleichsergebnis zwischen der Solldruckabweichung ΔPM und dem
Schwellwert α.
Insbesondere kann die ECU 60 allmählich die Korrekturgröße (Korrekturverstärkung) entsprechend
der Ladungsdruckabweichung ΔPM
zur Berechnung der WGV-Positionskorrekturgröße wie angemessen ändern.
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Die
ECU 60 kann das WGV 37 in einer im wesentlichen
vollständig
geschlossenen Position oder einer im wesentlichen vollständig geöffneten Position
für eine
vorbestimmte Zeitdauer steuern, wenn die Ladungsdruckabweichung ΔPM gleich
oder größer als
ein Schwellwert ist. In diesem Betrieb kann die ECU 60 das
WGV 37 in einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Position
einstellen, so dass die ECU 60 die WGV-Position auf im
wesentlichen 0% einstellt, wenn die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 10 ansteigt.
Im Gegensatz dazu kann die ECU 60 das WGV 37 in
einer im wesentlichen vollständig
geöffneten
Position einstellen, wie das die ECU 60 die WGV-Position auf im wesentlichen
100% einstellt, wenn die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 10 sich
verringert.
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Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird die Korrekturgröße der Soll-WGV-Position
erhöht,
wenn die Ladungsdruckabweichung ΔPM
groß wird.
Jedoch kann die ECU 60 die Korrekturgröße der Soll-WGV-Position zur Verbesserung
des Ansprechens des Ladungsdrucks erhöhen, wenn eine Variation in
der von dem Fahrer betätigten
Fahrpedalposition oder eine Variation in der Drosselklappenposition
entsprechend der Variation in der Fahrpedalposition auftritt.
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Genauer
kann, wenn die Variation in der von dem Fahrer betätigten Fahrpedalposition
oder die Variation in der Drosselklappenposition größer als
ein Schwellwert ist, die ECU 60 die Korrekturgröße der Soll-WGV-Position
als größer als
die Korrekturgröße einstellen,
die in einem Fall verwendet wird, in dem die Variation geringer
als der Schwellwert ist. Auf diese Weise steuert die ECU 60 die
WGV-Position derart, dass die ECU 60 das WGV 37 mit
hohem Ansprechen betätigt.
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Alternativ
dazu kann die ECU 60 das WGV 37 in einer im wesentlichen
vollständig
geöffneten Position
oder einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Position
für eine
vorbestimmte Zeitdauer steuern, wenn die Variation in der von dem
Fahrer betätigten
Fahrpedalposition oder die Variation in der Drosselklappenposition
größer als
der Schwellwert ist.
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Die
Soll-WGV-Position kann variabel entsprechend der Betriebsbedingung
der Brennkraftmaschine 10 eingestellt werden. In diesem
Betrieb kann, selbst wenn die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 sich ändert, das
WGV 37 korrekt entsprechend der Änderung in der Betriebsbedingung der
Brennkraftmaschine 10 gesteuert werden.
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Wenn
die Variation in der von dem Fahrer betätigten Fahrpedalposition und
die Variation in der Drosselklappenposition größer als ein Schwellwert ist,
kann die ECU 60 die WGV-Positionskorrekturgröße als größer als die
Korrekturgröße einstellen,
die in einem Fall verwendet wird, in dem die Variation geringer
als der Schwellwert ist.
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Es
sei bemerkt, dass, obwohl die Verarbeitungen gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung derart beschrieben worden sind, dass sie eine spezifische
Reihenfolge von Schritten aufweisen, weitere alternative Ausführungsbeispiele verschiedene
andere Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte aufweisen
können,
die hier nicht beschrieben sind, und innerhalb der Schritte der
vorliegenden Erfindung zu betrachten sind.
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Verschiedene
Modifikationen und Änderungen
können
in unterschiedlicher Weise an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
ohne Abweichen von dem erfinderischen Gedanken gemacht werden.
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Eine
Brennkraftmaschine 10 weist ein Drosselklappenventil 14,
das für
einen Ansaugdurchlass 11 vorgesehen ist, und einen Turbolader 30 auf,
der eine Abgasturbine 32 und einen Ansaugverdichter 31 aufweist.
Der Ansaugverdichter 31 ist in dem Ansaugdurchlass 11 angeordnet.
Ein Wastgate-Ventil 37, das unter Verwendung eines elektrischen
Betätigungsglieds 42 betrieben
wird, ist für
einen Umgehungsdurchlass 36 vorgesehen, der die Abgasturbine 32 umgeht.
Ein Steuerungsgerät 60 für die Brennkraftmaschine 10 weist
eine Einstelleinheit 62, 63, 64 und eine
Steuerungseinheit 65 auf. Die Einstelleinheit 62, 63, 64 stellt
die Position des Wastgate-Ventils 37 auf eine Sollposition
in einer normalen Betriebsbedingung der Maschine 10 ein.
Die Sollposition befindet sich außerhalb eines Positionsbereichs,
in dem das Wastgate-Ventil 37 sich in einer im wesentlichen vollständig geschlossenen
Position befindet. Die Steuerungseinheit 65 steuert die
Position des Wastgate-Ventils 37 derart, dass die Position
des Wastgate-Ventils 37 mit
der Sollposition übereinstimmt.