-
EINBEZIEHUNG DURCH BEZUGNAHME
-
Die
Offenbarung der am 29. Januar 2007 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-01697 einschließlich
Beschreibung, Zeichnungen und Zusammenfassung wird hier durch Bezugnahme
einbezogen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Technisches Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Steuerung der
Sekundärluftversorgungsvorrichtung. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor, die eine elektrische Luftpumpe
betätigt, um beim Kaltstart Sekundärluft zu fördern
und ein Steuerungsverfahren für die Sekundärluftversorgungsvorrichtung.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Einige
Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge, wie Automobile, sind
mit einer Sekundärluftversorgungsvorrichtung versehen,
um die sekundäre Verbrennung von Abgas durch Zuführung
von Sekundärluft in einen stromauf gelegenen Abschnitt
eines Abgasrohrs beim Kaltstart und ähnlichen Situationen
zu fördern, um den Anteil unverbrannter Komponenten (beispielsweise
HC und CO) im Abgas zu reduzieren. Die Sekundärluftversorgungsvorrichtung
kann beispielsweise eine Pumpe umfassen, die Luft unter Druck setzt
und sie dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors zuführt, ein
im Sekundärluftversorgungskanal angeordnetes Ventil und
Steuermittel zur Steuerung der Betätigung einer elektrische
Luftpumpe gemäß, beispielsweise, der Kühlmitteltemperatur oder
anderer geeigneter Parameter für den Verbrennungsmotor.
-
Einige
herkömmliche Sekundärluftversorgungsvorrichtungen
dieser Bauart führen beispielsweise mittels der elektrischen
Luftpumpe dem Abgasrohr in der Atmosphäre enthaltene Frischluft
zu. Solche Vorrichtungen verhindern einen übermässigen
Verbrauch von Elektrizität für die Versorgung
mit Sekundärluft bis nachdem ein Katalysator zur Abgasreinigung
bis auf ein gewisses Niveau aktiviert worden ist (siehe beispielsweise
veröffentlichte
japanische
Patentanmeldung Nr. 6-74028 (
JP-74028 )).
-
Es
ist auch eine Technik bekannt, die Größe einer
elektrischen Luftpumpe dadurch zu reduzieren, daß bei einem
Motor mit Turbolader der Luftpumpe Luft aus dem Lader zugeführt
wird (siehe beispielsweise veröffentlichte
japanische Patentanmeldung Nr. 7-26946 (
JP-26946 )).
-
Bei
Steuervorrichtungen für die oben beschriebenen konventionellen
Fahrzeuge kann jedoch die Einschaltstromspitze bei der elektrischen
Luftpumpe so groß werden, daß sie einen zeitweiligen übermäßigen
Abfall der Batteriespannung verursacht, insbesondere wenn sowohl
die Temperatur niedrig ist, als auch die Batterie schwach ist. Als
Ergebnis kann die Last bei einer Lichtmaschine plötzlich
zunehmen und die Batterie kann leicht geschwächt werden.
-
Als
eine Gegenmaßnahme ist es vorstellbar, beispielsweise die
Lichtmaschine und/oder Batterie zu vergrößern.
Jedoch können einige Fahrzeuge ungeeignet sein, eine größere
Lichtmaschine und/oder eine größere Batterie aufzunehmen.
Zusätzlich steigert das Überlassen des Leistungsmanagements
an eine Leistungsmanagement-ECU (elektronische Steuereinheit) zum
Management eines Hochstrom-Systems (eine ECU für das Leistungsmanagement
eines Steuersystems verschiedener, im Fahrzeug angeordneter, Hochstrom
verbrauchender ECUs, und zur Bestimmung, ob jede ECU eingesetzt werden
soll, in welcher Reihenfolge sie eingesetzt werden sollen, und so
weiter) die Kosten der Konfigurierung der Leistungsmanagement-ECU.
-
Indessen
kann ein Steuersystem für die Fahrzeugstabilität
oder ein elektronisch gesteuertes Bremssystem zurückgestellt
werden, oder eine Meßvorrichtung oder Frontscheinwerfer
können ein- und ausgeschaltet werden, falls die Betriebsspannung
eines internen Mikrocomputers für die ECUs für
die Steuerung der Fahrzeugstabilität, die Bremssteuerung,
die Display-Steuerung und so weiter nicht aufrechterhalten wird.
Deshalb ist es erforderlich, einen übermäßigen
Spannungsabfall an der die ECUs speisenden Batterie zu beschränken.
-
Zudem
hat die jüngste Forderung nach einer hochwirksamen Abgasreinigung
bei Fahrzeugen die Notwendigkeit gesteigert, die Größe
der elektrischen Luftpumpe zur Zufuhr von Sekundärluft
zu erhöhen, und deshalb ist es wichtig geworden, bei der
elektrischen Luftpumpe die Einschaltstromspitze zu reduzieren.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung sieht eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor vor, die bei einer elektrischen
Luftpumpe die Einschaltstromspitze reduziert.
-
Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor vor, umfassend: eine elektrische
Luftpumpe für die Zufuhr von Sekundärluft in das
Abgasrohr des in ein Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors, und
ein Steuermittel zur Steuerung der Betätigung der elektrische
Luftpumpe entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors,
die weiter umfaßt: ein Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung,
um die elektrische Luftpumpe dadurch in Rotation zu versetzen, daß die
Luft in der elektrischen Luftpumpe veranlaßt wird, zu strömen,
wobei das Steuermittel die elektrische Luftpumpe durch das Mittel
zur Erzeugung einer Luftströmung in Rotation versetzt,
bevor die elektrische Luftpumpe mit Strom beaufschlagt wird.
-
Gemäß dieser
Konstruktion wird die Rotation der elektrischen Luftpumpe durch
das Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung eingeleitet,
bevor die elek trische Luftpumpe mit Strom versorgt und gestartet
wird. Somit ist es möglich, die Last zu reduzieren, die
auftritt, wenn die elektrische Luftpumpe bei ihrem Start in Rotation
versetzt wird, und damit auch die Einschaltstromspitze bei der elektrischen
Luftpumpe, wodurch ein plötzlicher Anstieg der Last an
der Lichtmaschine aufgrund eines Abfalls der Batteriespannung und
eine Schwächung der Batterie verhindert werden. Es ist
auch möglich, die Betriebsspannung von ECUs für
andere Systeme zu sichern. Bei der Sekundärluftversorgungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach der obigen Konstruktion
kann das Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung der elektrischen
Luftpumpe Luft unter Druck zuführen. Aufgrund dieser Konstruktion
ist es möglich, Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung
mit niedrigen Kosten zu verbessern, indem man den vorhandenen Ventilator
zur Motorkühlung oder dergleichen verwendet.
-
Die
Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
nach dem ersten Aspekt kann weiter umfassen: Motorstarterkennungsmittel zur
Feststellung, daß der Start des Verbrennungsmotors durch
den Fahrer des Fahrzeugs bevorsteht, wobei das Steuermittel das
Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung basierend auf Informationen
steuert, die vom Motorstarterkennungsmittel festgestellt werden.
-
Gemäß dieser
Konstruktion wird beim Start des Verbrennungsmotors die Rotation
der elektrischen Luftpumpe durch die vom Mittel zur Erzeugung einer
Luftströmung zugeführte Luft vor dem Start der Stromzufuhr
zur elektrischen Luftpumpe eingeleitet, wodurch die Einschaltstromspitze
an der elektrischen Luftpumpe beim Start des Verbrennungsmotors
reduziert wird. Dabei bedeutet „Feststellung, daß der Start
des Verbrennungsmotors bevorsteht” die Feststellung einer
speziellen Aktion, die während einer Zeitspanne stattfindet,
seit eine Tür des Fahrzeugs geöffnet wird und
der Fahrer auf dem Fahrersitz Platz nimmt, bis der Fahrer eine Startaktion
durchführt, um den Verbrennungsmotor zu starten, und die
die Feststellung einschließt, wann die Startaktion zum
Starten des Verbrennungsmotors stattgefunden hat oder warm die Startaktion
in hohem Maße wahrscheinlich ist.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt kann
ein Vakuumschaltventil vorgesehen sein, das geeignet ist, zwischen
einer ersten Schaltposition, in der eine Saugöffnung der
elektrischen Luftpumpe zur Umgebungsluft geöffnet ist,
und einer zweiten Schaltposition umzuschalten, in der die Saugöffnung
gegenüber der Umgebungsluft gesperrt ist, jedoch Luft vom
Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung zum Einströmen
in die Saugöffnung veranlaßt wird, und das Schalten
des Vakuumschaltventils vom Steuermittel gesteuert wird.
-
In
diesem Falle kann die elektrische Luftpumpe Luft aus der Atmosphäre
ansaugen, wenn das Vakuumschaltventil in die erste Schaltposition geschaltet
ist, während das Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung
Luft unter Druck der Saugöffnung der elektrischen Luftpumpe
zuführen kann, wenn das Vakuumschaltventil in die zweite
Schaltposition geschaltet ist. Somit schaltet die elektrische Luftpumpe sanft
zu einer Sekundärluftversorgungsaktion durch Umschalten
des Vakuumschaltventils in die erste Schaltposition im allgemeinen
zur gleichen Zeit, zu der die Einschaltstromspitze bei der elektrischen Luftpumpe
reduziert wird.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt kann
das Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung einen elektrischen
Ventilator zur Kühlung des Verbrennungsmotors umfassen.
-
Gemäß dieser
Konstruktion ist es möglich, das Mittel zur Erzeugung einer
Luftströmung mit geringen Kosten durch Nutzung des vorhandenen
elektrischen Ventilators zur Kühlung des Verbrennungsmotors
zu verbessern.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt kann
ein den Verbindungszustand umschaltendes Ventil vorgesehen sein,
das zwischen einer offenen Position, in der eine Ausgangsöffnung
der elektrische Luftpumpe mit dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors
verbunden ist, und einer geschlossenen Position umschaltbar ist,
in der die Verbindung gesperrt ist, und das den Verbindungszustand
umschaltende Ventil durch das Steuermittel in die geschlossene Position
geschaltet werden kann, wenn die elektrische Luftpumpe durch das
Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung in Rotation versetzt
wird.
-
In
diesem Falle wird Sekundärluft nicht unnötig dem
Abgasrohr des Verbrennungsmotors zugeführt.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt kann
ein Schaltventil für den Ableitungspfad vorgesehen sein,
das zwischen einer ersten Schaltposition, in der eine Ausgangsöffnung
der elektrischen Luftpumpe zur Umgebungsluft geöffnet ist,
und einer zweiten Schaltposition umschaltbar ist, in der die Ausgangsöffnung
gegenüber der Umgebungsluft gesperrt ist, jedoch mit dem
Abgasrohr des Verbrennungsmotors verbunden ist, und das Schaltventil
für den Ableitungspfad vom Steuermittel in die erste Schaltposition
geschaltet wird, wenn die elektrische Luftpumpe durch das Mittel
zur Erzeugung einer Luftströmung in Rotation versetzt ist.
-
In
diesem Falle kann die elektrische Luftpumpe durch Luft in Rotation
versetzt werden, die vom Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung
zugeführt wird, wobei die Ausgangsöffnung der
elektrischen Luftpumpe zur Umgebungsluft geöffnet ist. Deshalb
wird die Last, um die elektrische Luftpumpe in Rotation zu versetzen,
wenn die elektrische Luftpumpe mit Strom beaufschlag und gestartet
wird, reduziert, um die Drehzahl beim Start des Verbrennungsmotors
zu erhöhen. Somit ist es möglich, die Einschaltstromspitze
der elektrischen Luftpumpe beim Start des Verbrennungsmotors weiter
zu reduzieren.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, die das Motorstarterkennungsmittel aufweist,
kann das Motorstarterkennungsmittel feststellen, daß ein
Anlaßschalter zum Starten des Verbrennungsmotors eingeschaltet
ist.
-
Gemäß dieser
Konstruktion wird genau festgestellt, daß der Verbrennungsmotor
vor dem Anlassen steht. Den Anlaßschalter einzuschalten,
schließt nicht nur die Durchführung eine Startaktion
unter Verwendung des Anlaßschalters ein, sondern auch die Durchführung
einer solchen Aktion, wie sie unmittelbar vor dem Motor start stattfindet,
wie beispielsweise das Einführen eines Schlüssels
in ein Schlüsselloch oder das Einschalten des Leistungsstroms.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, die das Motorstarterkennungsmittel aufweist,
kann das Motorstarterkennungsmittel feststellen, daß eine
beim Fahrzeug vorgesehene Tür geöffnet wird oder
das Motorstarterkennungsmittel kann feststellen, daß der
Fahrer auf einem im Fahrzeug vorgesehenen Sitz sitzt.
-
In
diesem Falle kann die Rotation der elektrische Luftpumpe durch das
Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung eingeleitet werden,
bevor der Verbrennungsmotor startet. Deshalb ist es möglich,
die Zufuhr der Sekundärluft zu beginnen, bald nachdem der Verbrennungsmotor
gestartet wurde, während ein Abfall der Batteriespannung
beschränkt wird, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird.
-
Das
Motorstarterkennungsmittel kann auch feststellen, wenn eine Startaktion
in hohem Maße wahrscheinlich ist, etwa wenn die Stellung
oder Position einer Komponente in der Umgebung des Sitzes eingestellt
wird.
-
Gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Rotation der elektrischen
Luftpumpe durch das Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung
eingeleitet, bevor die elektrische Luftpumpe mit Strom beaufschlagt
und gestartet wird. Deshalb ist es möglich, die Last durch
das Rotieren der elektrischen Luftpumpe beim Hochfahren und damit
die Einschaltstromspitze dabei zu reduzieren, wodurch verhindert
wird, daß die Last an der Lichtmaschine aufgrund eines
Abfalls der Batteriespannung plötzlich ansteigt und sich
die Batterie abschwächt. Auch ist es möglich,
die Betriebsspannung der ECUS für andere Systeme sicherzustellen.
-
Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zur
Steuerung einer Sekundärluftversorgungsvorrichtung vor,
die eine elektrische Luftpumpe umfaßt, die Sekundärluft
in ein Abgasrohr eines in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors
einführt, wobei das Steuerverfahren umfaßt: in
Rotation Ver setzen der elektrischen Luftpumpe durch Veranlassung
einer Strömung von Luft in der elektrischen Luftpumpe,
bevor diese von Strom beaufschlagt wird.
-
KURZE BESCHEIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen
zur Bezeichnung gleicher Elemente gleiche Bezugszeichen benutzt
werden und in welchen:
-
1 ein
schematisches Schaltbild ist, das die Gestaltung eines Verbrennungsmotors
und einer Sekundärluftversorgungsvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ein
Ablaufdiagramm eines schematischen Verfahrensablaufs eines Steuerprogramms
für ein Verfahren zeigt, das vor der Inbetriebnahme einer Luftpumpe
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors
gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt
wird;
-
3A ein
Diagramm ist zur Erläuterung der Wirkung zur Verringerung
des Einschaltstromstoßes bei Inbetriebnahme der Luftpumpe
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der
ersten Ausführungsform, sowie
-
3B ein
Diagramm ist, das Veränderungen des Einschaltstroms und
der Leistungsquellenspannung bei Inbetriebnahme der Luftpumpe zeigt, die
bei einer Sekundärluftversorgungsvorrichtung eines Vergleichsbeispiels
auftreten, wobei in beiden Diagrammen die vertikale Achse die Leistungsquellenspannung
und den Luftpumpenstrom und die horizontale Achse die Zeit darstellt;
-
4 ein
schematisches Schaltbild ist, das die Gestaltung eines Verbrennungsmotors
und einer Sekundärluftversorgungsvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
5 ein
Ablaufdiagramm eines schematischen Verfahrensablaufs eines Steuerprogramms
für ein Verfahren zeigt, das vor der Inbetriebnahme einer Luftpumpe
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors
gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt
wird.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun unten unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben.
-
(Erste
Ausführungsform) Die 1 und 2 zeigen
eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
-
Es
wird zunächst die Gestaltung der Vorrichtung beschrieben.
Ein in 1 gezeigter Motor 10 ist ein Mehrzylinderverbrennungsmotor,
beispielsweise ein in einem Kraftfahrzeug eingebauter Vierzylinderreihenmotor.
Ein Saugluftverteiler 11 (Saugrohr) und ein Abgassammler 12 (Abgasrohr)
sind jeweils mit dem Motor 10 verbunden. Ein Katalysator 15 zur
Reinigung des Abgases in Form eines Dreiwegekatalysators ist in
einem Auspuffrohr 13 stromab vom Abgassammler 12 angeordnet.
-
Obwohl
nicht im Detail gezeigt, ist in jedem Zylinder des Motors 10 eine
durch einen Kolben begrenzte Brennkammer ausgebildet. Am oberen
Teil der Brennkammer sind ein Einlaßventil, ein Auslaßventil
und ein Ventilantriebsmechanismus vorgesehen und eine Zündkerze
ist derart angeordnet, daß sie der Innenseite der Brennkammer
ausgesetzt ist. Im Luftverteiler 11 des Motors 10 ist
ein Drosselventil angeordnet. Beispielsweise ist, bezogen auf das Drosselventil,
eine der Mehrzahl der Zylinder entsprechende Mehrzahl von Einspritzdüsen
auf der Seite der Brennkammer angeord net. Wenn der Motor 10 betrieben
wird, wird der Reihe nach vom stromauf gelegenen Saugrohr, wo ein
Luftreiniger angebracht ist, über den Luftverteiler 11 in
einen im Saughub befindlichen Zylinder des Motors 10 Saugluft
eingebracht, während Abgas der Reihe nach aus einem sich
im Auspuffhub befindlichen Zylinder in den Abgassammler 12 ausgestoßen
wird. Das Abgas wird dann durch den Katalysator 15 gereinigt
und über einen (nicht gezeigten) Schalldämpfer
nach außen abgeführt. Eine ECU 30 (elektronisches
Steuermittel), die als eine sogenannte EFI-ECU (elektronische Steuereinheit
für elektronische Brennstoffeinspritzung) fungiert, steuert
elektronisch die Brennstoffeinspritzung durch die Einspritzdüsen
und die Zündung durch die Zündkerzen.
-
Der
Motor 10 ist mit einer Sekundärluftversorgungsvorrichtung
versehen, die eine elektrische Luftpumpe 21 umfaßt,
die dem Abgassammler 12 (Abgasrohr) Sekundärluft
zuführt und mit der ECU 30, die die Aktion der
elektrischen Luftpumpe entsprechend dem Betriebszustand des Motors 10 steuert.
-
Die
elektrische Luftpumpe 21 besitzt einen eingebauten Elektromotor,
um Luft aus der Atmosphäre über ein Luftansaugrohr 22 anzusaugen,
mit Druck zu beaufschlagen und, wie nach dem Stand der Technik bekannt,
die angesaugte Luft abzugeben. Die abgegebene Luft kann unter Druck über
ein Luftrohr 23, ein elektromagnetisches Ventil 24 (ein den
Verbindungszustand umschaltendes Ventil) und ein Luftrohr 25 in
den Abgassammler des Motors 10 eingeleitet werden. Dabei
besteht das elektromagnetische Ventil 24 beispielsweise
aus einem Ventilstößel nach Art eines Rückschlagventils,
der durch eine Feder in Schließrichtung gedrückt
wird, und aus einer elektromagnetischen Betätigungsspule,
geeignet, den Ventilstößel in Öffnungsrichtung
zu bewegen. Das elektromagnetische Ventil 24 verhindert
einen Rückfluß des Abgases von der Seite des Abgassammlers
zur Seite der elektrischen Luftpumpe aufgrund der pulsierenden Bewegung
des Abgases. Das Luftrohr 25 ist verzweigt, um mit dem
elektromagnetischen Ventil 24 und den stromauf gelegenen Teilen
des Abgassammlers 12, beispielsweise Teilen der mit den
Auslaßöffnungen der entsprechenden Zylinder des
Motors 10 verbundenen Abgasrohre, verbunden zu werden.
Alternativ kann das Luftrohr 25 mit einem sammelnden Teil
des Abgassammlers 12 oder einem Teil des Abgasrohrs 13 stromauf
vom Katalysator 15 verbunden sein.
-
Die
ECU 30 und eine Treiberschaltung 33 steuern die
elektrische Luftpumpe 21 und das elektromagnetische Ventil 24 derart,
daß sowohl die elektrische Luftpumpe 21 wie auch
das elektromagnetische Ventil 24 beim Starten des Motors
zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten betätigt werden. Die
Treiberschaltung 33 schließt einen Relaisschalter
und eine Antriebsschaltung sowohl für die elektrische Luftpumpe 21 wie
auch das elektromagnetische Ventil 24 ein. Die Treiberschaltung 33 führt
entsprechend einem Pumpenantriebssignal aus der ECU 30 der elektrischen
Luftpumpe 21 Antriebsenergie zu und öffnet durch
Erregung gemäß einem Ventilsteuersignal aus der
ECU 30 das elektromagnetische Ventil 24 unter
Benutzung einer Batterie 50 als Leistungsquelle. Die Verdrahtung
der Treiberschaltung 33 für die Betätigung
der Luftpumpe und des elektromagnetischen Ventils ist durch den
Stand der Technik bekannt.
-
Das
elektromagnetische Ventil 24 dient als ein den Verbindungszustand
schaltendes Ventil, das umschaltet zwischen einer offenen Position,
in der eine Ausgangsöffnung der elektrischen Luftpumpe 21 mit
dem Inneren des Abgassammlers 12 des Motors 10 in
Verbindung steht, und einer geschlossenen Position, in der diese
Verbindung gesperrt ist. Wenn die elektrische Luftpumpe 21 durch
den Luftdruck vom zur Kühlung des Motors benutzten elektrischen Ventilator 28 zur
Rotation gezwungen wird, wie dies später beschrieben wird,
wird das elektromagnetische Ventil 24 durch die ECU 30 in
die geschlossene Position geschaltet, so daß die Sekundärluft
nicht zum Abgassammler 12 gefördert wird.
-
Das
Luftansaugrohr 22 besitzt ein erstes Lufteinleitungsrohr 22a,
das während des Betriebs der elektrischen Luftpumpe 21 als
Einmündung für die Umgebungsluft dient, ein zweites
Lufteinleitungsrohr 22b, das sich in die Umgebung des elektrischen Ventilators 28 erstreckt,
und ein Sammelrohr 22c, das die Lufteinleitungsrohre 22a, 22b vereinigt
und mit einer Saugöffnung der elektrischen Luftpumpe 21 verbunden
ist.
-
Die
stromaufgelegene Öffnung 22d des zweiten Lufteinleitungsrohrs 22b öffnet
sich trichterartig in breiter Form, um vom elektrischen Ventilator 28 abgeblasene Luft
aufzunehmen. Die Luft wird dann unter Druck durch das zweite Lufteinleitungsrohr 22b der
Saugöffnung 21a der elektrischen Luftpumpe 21 zugeführt.
Das veranlaßt die unter Druck stehende Luft in die elektrische
Luftpumpe 21 einzuströmen, was einen (nicht gezeigten)
Rotor in der elektrische Luftpumpe 21 in Drehung versetzt,
um einen Luftstrom aus der Ausgangsöffnung 21b der elektrischen
Luftpumpe 21 zu erzeugen, was es der elektrischen Luftpumpe 21 ermöglicht,
ohne Erregung zu rotieren. Das bedeutet, daß der elektrische Ventilator 28 ein
Luftstromerzeugungsmittel bildet zur Drehung der elektrischen Luftpumpe 21 durch
Erzeugung einer Luftströmung durch die elektrische Luftpumpe
im Zusammenwirken mit dem zweiten Lufteinleitungsrohr 22b des
Luftansaugrohrs 22. Das Luftstromerzeugungsmittel ist nicht
auf ein Mittel beschränkt, das der elektrischen Luftpumpe 21 Luft
unter Druck zuführt, es kann vielmehr jedes Luftstromerzeugungsmittel
verwendet werden, das in geeigneter Weise den Rotor der elektrischen
Luftpumpe 21 durch eine Luftströmung durch die
elektrische Luftpumpe 21 in Drehung versetzt. Beispielsweise
kann das Luftstromerzeugungsmittel eines sein, das eine Druckdifferenz
zwischen der Saugseite und der Druckseite der elektrischen Luftpumpe 21 erzeugt durch
Erzeugung eines Luftstroms aus der Druckseite der elektrischen Luftpumpe 21 (beispielsweise durch
Absenkung des Drucks auf der Druckseite).
-
Der
elektrische Ventilator 28 wird durch die ECU 30 und
eine Ventilatorsteuerung 35 gesteuert. Die Ventilatorsteuerung 35 führt
eine Betriebssteuerung der Erregung des elektrischen Ventilators 28 entsprechend
einem Pumpen-Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) von der ECU 30 durch.
Das heißt, die Ventilatorsteuerung 35 steuert
den dem elektrischen Ventilator zugeführten Strom variabel
in vorgegebenen Zeitintervallen auf der Basis des Verhältnisses
zwischen der EIN-Periode zur Gesamtperiode (EIN-Periode plus AUS-Periode),
bestimmt durch die Frequenz eines Pulssignals aus der ECU 30 (ein
die Luftpumpenrotation anforderndes Signal).
-
Ein
Vakuumschaltventil 26, das beispielsweise durch einen Unterdruck
betätigt wird, ist an der Verzweigung des Luftansaugrohrs 22 zu
den Lufteinleitungsrohren 22a, 22b vorgesehen.
Das Vakuumschaltventil 26 ist zwischen einer ersten Schaltposition
P1 (in 1 in unterbrochenen Linien dargestellt), in welcher
die Saug öffnung 21a der elektrischen Luftpumpe 21 zur
Umgebungsluft geöffnet ist, und einer zweiten Schaltposition
P2. (in 1 in durchgehenden Linien dargestellt),
in welcher die Saugöffnung 21a der elektrischen
Luftpumpe 21 gegenüber der Umgebungsluft gesperrt,
jedoch mit dem Lufteinleitungsrohr 22b verbunden ist, ansprechend
auf das Öffnen und Schließen eines Vakuummagnetventils 27,
dessen Öffnen und Schließen durch die ECU 30 gesteuert
wird. Das Vakuumschaltventil 26 ist nicht notwendigerweise
eines, das den Einlaßunterdruck nutzt, und kann alternativ
eines sein, dessen Öffnen und Schließen anstelle
des Vakuummagnetventils 27 durch andere Arten von Betätigungsvorrichtungen gesteuert
wird. Obwohl das Vakuumschaltventil 26 sowohl zur zweiten
Schaltposition P2 wie auch zur ersten Schaltposition P1 zurückgeführt
werden kann, wenn der Unterdruck vom Vakuumnagnetventil 27 nicht
zugeleitet wird, wird das Vakuumschaltventil 26 bei dieser
Ausführungsform zur Rückkehr zur ersten Schaltposition
P1 gezwungen.
-
Indessen
bildet die ECU 30, wie oben beschrieben, eine EFI-ECU zur
elektronischen Steuerung der Brennstoffeinspritzung, Zeitgebung
für die Zündung und so weiter für den
Motor 10. Zusätzlich zur Funktion der EFI-ECU
versetzt die ECU 30 die elektrische Luftpumpe 21 in
Rotation mit einer Luftströmung durch die elektrische Luftpumpe 21 (Diffenernz
des Luftdrucks vor und hinter der Pumpe) durch Zufuhr von Luft unter
Druck vom elektrischen Ventilator 28 in das zweite Lufteinleitungsrohr 22b vor
der Erregung der elektrischen Luftpumpe 21.
-
Die
ECU 30, deren Hardware-Gestaltung nicht im Detail dargestellt
ist, umfaßt beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), einen
Festwertspeicher (ROM), einen Hauptspeicher (RAM), und einen die Batterie 50 benutzenden
Sicherungsspeicher (B-RAM). Die ECU 30 umfaßt
weiter eine Eingangsschnittstellenschaltung einschließlich
eines Analog-Digital-Umsetzers und so weiter, eine Ausgabeschnittstellenschaltung
einschließlich einer Relaisschaltung und so weiter und
eine Leistungsquellenschaltung mit konstanter Spannung und so weiter.
-
Das
ROM dieser Ausführungsform speichert ein später
beschriebenes Programm für den Start der Luftpumpe zusätzlich
zu Programmen für die Steuerung der Brennstoffeinspritzung,
die Steuerung des Zündzeitpunkts und so weiter des Motors 10.
Das B-ROM speichert Informationen über verschiedene Einstellungswerte,
Tabellen und so weiter. Das B-RAM kann auch benutzt werden, um die
Betriebsgedingungen zu speichern, unter denen die elektrische Luftpumpe 21 betätigt
werden kann, um den Abgassammler mit Sekundärluft zu versorgen,
sowie die Betriebsbedingungen für den elektrischen Ventilator 28 und
die elektrische Luftpumpe 21 entsprechend dem Betriebszustand
des Motors 10 und so weiter.
-
Die
Eingangsschnittstellenschaltung der ECU 30 ist mit einem
Schlüsselschalter 41 (Motorstarterkennungsmittel,
Starterschalter) zur Feststellung einer Motorstartaktion zum Starten
des Motors 10, einem Sauerstoffsensor 42 zur Feststellung
der Sauerstoffkonzentration (in 1 als ”O2” bezeichnet) im Abgassammler 12 stromauf
vom Katalysator 15 und einem Kühlmitteltemperatursensor 43 zur Feststellung
der Kühlmitteltemperatur (in 1 als ”Tw” bezeichnet)
verbunden, zusätzlich zu einem Motordrehzahlsensor, einem
Luftdurchflußmesser, einem Sensor für die Drosselstellung,
einem Sensor zur Feststellung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem
Zylinderunterscheidungssensor, einem Sensor zur Feststellung der
Temperaur der Ansaugluft und so weiter (nicht gezeigt). Informationen
von diesen Sensoren werden an die ECU 30 übergeben.
-
Der
Schlüsselschalter 41 dient als Erkennungsmittel
für den Motorstart, um den Zustand festzustellen, bei dem
ein Startschalter zum Starten des Motors 10 auf EIN gedreht
wird, was beispielsweise das Einstecken eines Schlüssels
durch den Fahrer, den Beginn einer Schlüsselaktion oder
das Drücken eines Starterknopfes einschließt.
Wenn die Aktion zum Starten des Motors durchgeführt wird,
wird in die ECU ein EIN-Signal eingegeben.
-
Die
Ausgabeschnittstellenschaltung der ECU 30 ist mit dem Vakuummagnetventil 27,
der Treiberschaltung 33 und der Ventilatorsteuerung 35 verbunden,
zusätzlich zu einer Schaltung eines Relaisschalters, die
einen (nicht gezeigten) Anlasser zum Anwerfen des Motors 10 unter
Nutzung der Batterie 50 als Leistungsquelle erregt und
aberregt, elektromagnetischen Betätigungsteilen der Einspritzdüsen,
einer Schal tung eines Relaisschalters, zum EIN- und AUS-Schalten
einer Brennstoffpumpe und so weiter. Die ECU 30 steuert
den elektrischen Ventilator 28 auf der Basis der erhaltenen
Informationen, wenn der Schlüsselschalter 41 auf
EIN gedreht wird.
-
Eine
positive Klemme einer (nicht gezeigten) Lichtmaschine ist mit einer
positiven Klemme 51 der Batterie verbunden. Elektrizität
wird von einer Netzleitung der Batterie 50 auf der Seite
der positiven Klemme (in 1 mit „B+” bezeichnet)
zugeleitet, wenn der Motor 10 betrieben wird.
-
Es
wird nun die Wirkungsweise beschrieben.
-
Die 2 stellt
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Steuerprogramms dar, das
gemäß der ersten Ausführungsform von
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors
ausgeführt wird. Das Steuerprogramm wird durch die ECU 30 in
vorgegebenen Zeitintervallen zusammen mit anderen Steuerprogrammen
für die Brennstoffeinspritzung, die Steuerung des Zündzeitpunkts
und so weiter, ausgeführt.
-
Zunächst
stellt die ECU 30 fest, ob der Schlüsselschalter 41 auf
EIN gestellt ist (Schritt S11). Wenn der Fahrer eine Startaktion
durchführt, beispielsweise durch Einführen eines
Schlüssels, wird der Schlüsselschalter 41 auf
EIN gestellt, um zur Feststellung JA zu führen.
-
Falls
die Feststellung JA ist, erregt dann die ECU 30 das Vakuummagnetventil 27,
um das Vakuumschaltventil 26 von der ersten Schaltposition
P1, in der die Saugöffnung 21a der elektrischen
Luftpumpe für die Umgebungsluft geöffnet ist,
auf die zweite Schaltposition P2 umzuschalten, in der die Saugöffnung 21a der
elektrischen Luftpumpe gegenüber der Umgebungsluft gesperrt
ist, jedoch mit dem Lufteinleitungsrohr 22b verbunden ist,
das sich vom elektrischen Ventilator 28 erstreckt (falls
das Vakuumschaltventil 26 gezwungen wird, zur zweiten Schaltposition
P2 zurückzukehren, wird das Vakuummagnetventil 27 nicht
erregt, um die Position des Vakuumschaltventils 26 zu erhalten).
Zusätzlich, im Allgemeinen zur gleichen Zeit, sendet die
ECU 30 ein PWM-Signal an die Ventilatorsteuerung 35,
das die Ventilatorsteuerung 35 veranlaßt, die
Erregung des elektrischen Ventilators 28 mit einem Strom
zu starten, der dem PWM-Signal entsprechend auf ein vorgegebenes
Leistungsverhältnis, beispielsweise 100%, gesteuert wird
(Schritt S12).
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird die vom elektrischen Ventilator 28 herangeblasene
Luft von der sich weit trichterartig öffnenden, stromauf
gelegenen Öffnung 22d des Luftansaugrohrs 22 aufgenommen
und unter Druck in das zweite Lufteinleitungsrohr 22b eingeleitet.
Demgemäß wird die elektrische Luftpumpe 21 mit
Druckluft beaufschlagt, so daß der Luftstrom die elektrische
Luftpumpe 21, die sich im Stillstand befand, als mittels
des Schlüsselschalters 41 die Aktion zum Starten
des Motors ausgeführt wurde, in Rotation versetzt, ohne
daß die Notwendigkeit besteht, die elektrische Luftpumpe 21 zu
erregen. In diesem Zustand wird das elektromagnetische Ventil 24 geschlossen,
um die Verbindung zwischen der Ausgangsöffnung 21b der
elektrische Luftpumpe 21 und dem Abgassammler 12 zu
sperren, so daß überschüssige Sekundärluft
nicht in den Abgassammler 12 gelangt.
-
Dann
schaltet die ECU 30 die Schaltung des Relaisschalters für
den Motorstart auf EIN, um den Anlasser einzuschalten, der den Motor 10 anwirft.
Die ECU 30 fuhrt außerdem eine elektronische Steuerung
der Einspritzung durch die Einspritzdüsen und der Zündung
durch die Zündkerzen durch, um den Motor 10 zu
starten. Der Anlasser wird von der Kurbelwelle des Motors 10 abgekuppelt,
wenn dessen Drehzahl eine vorgegebene Drehzahl erreicht, bei der
vollständige Verbrennungen auftreten, die es dem Motor 10 ermöglichen,
seine Rotation allein in Gang zu halten.
-
Dann
wird festgestellt, ob der Anlasser eingeschaltet wurde (Schritt
S13). Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn der Anlasser nicht eingeschaltet
wurde, das Vakuumschaltventil 26 in der zweiten Schaltposition
P2 gehalten und der elektrische Ventilator 28 bleibt erregt.
-
Andererseits
stoppt die ECU 30 die Erregung des Vakuummagnetventils 27,
um das Vakuumschaltventil 26 aus der zweiten Schaltposition
P2 in die erste Schaltposition P1 umzuschalten, wenn der Anlasser
bereits eingeschaltet wurde (Schritt S14).
-
Zusätzlich
prüft die ECU 30 intern, ob vorgegebene Bedingungen
für die Lieferung von Sekundärluft erfüllt
sind, beispielsweise während des Kaltstarts. Falls die
Bedingungen erfüllt sind, schaltet die ECU 30 einen
auf dem Erregerpfad von der Batterie 50 zur elektrischen
Luftpumpe 21 positionierten Relaisschalter auf EIN, damit
die Treiberschaltung 33 die Erregung der elektrischen Luftpumpe 21 zum gleichen
Zeitpunkt startet, zu dem das Vakuumschaltventil 26 auf
die erste Position P1 umgeschaltet wird. Danach wird das elektromagnetische
Ventil 24 in die Öffnungsstellung geschaltet,
in der die Ausgangsöffnung 21b der elektrischen
Luftpumpe 21 mit dem Abgassammler 12 des Motors 10 verbunden
ist, damit die elektrische Luftpumpe 21 beginnt, dem Abgassammler 12 Sekundärluft
zuzuführen (Schritt S15).
-
Wenn
die elektrische Luftpumpe 21 gestartet wird, ist sie durch
die Luft im Luftansaugrohr 22 und durch die Trägheit
ihres Rotors in Rotation versetzt. Deshalb wird die Last, um die
elektrische Luftpumpe 21 in Rotation zu versetzen, im Vergleich
damit, daß die elektrische Luftpumpe 21 aus dem
Zustand in Betrieb gesetzt wird, in dem die Luft im Luftansaugrohr 22 und
der Rotor der elektrische Luftpumpe 21 stationär
sind, bemerkenswert reduziert. Deshalb wird die Einschaltstromspitze
der elektrischen Luftpumpe 21 bei Inbetriebnahme auf einen
Luftpumpenstrom I(A) reduziert, wie in 3A gezeigt,
was nicht zu einem sehr jähen Abfall des Spannungsniveaus
B (beispielsweise 12 V) der Netzleitung führt (der in 1 als „B+” bezeichneten
Leitung zur Zuführung der Batteriespannung). Im Gegensatz
dazu würde die Einschaltstromspitze der elektrischen Luftpumpe
bei deren Start, wenn die elektrische Luftpumpe 21 aus dem
Zustand heraus eingeschaltet wird, in dem die Luft im Luftansaugrohr 22 und
der Rotor der elektrischen Luftpumpe 21 stationär
sind, sehr hoch sein, beispielsweise um 225 A, was das Spannungsniveau B'
auf 6–7 V reduzieren kann.
-
Wenn
die elektrische Luftpumpe 21 erregt wurde, wird eine normale
Steuerung der Sekundärluftzufuhr durchgeführt.
Beispielsweise wird, wenn ein Kaltstart des Motors 10 vollendet
wird, zunächst das elektromagnetische Ventil 24 von
der offe nen Position, in der die Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe 21 mit dem Inneren des Abgassammlers 12 des
Motors 10 in Verbindung steht, in die geschlossene Position
geschaltet, in der die Verbindung gesperrt wird, und dann schaltet
die ECU 30 den auf dem Erregerpfad zur elektrische Luftpumpe 21 positionierten
Relaisschalter auf AUS, damit die Treiberschaltung 33 die
Erregung der elektrischen Luftpumpe stoppt. Zusätzlich
steuern die ECU 30 und die Ventilatorsteuerung 35 den
dem elektrischen Ventilator 28 zugeführten Strom
mit einem Leistungsverhältnis gemäß dem
Betriebszustand des Motors 10, der Kühlmittetemperatur
und so weiter. Dadurch wird der dem elektrischen Ventilator 28 zugeführten Strom,
der beispielsweise für die Zufuhr der Sekundärluft
erhöht wurde, sofort nach dem Kaltstart des Motors 10 reduziert
und ändert sich dann entsprechend dem Betriebszustand des
Motors 10.
-
Wie
oben bei der ersten Ausführungsform beschrieben, wird,
wenn der Schlüsselschalter 41 sicher feststellt,
daß der Motor 10 gestartet wird, die Rotation
der elektrischen Luftpumpe durch den Luftdruck vom elektrischen
Ventilator 28 eingeleitet, bevor die elektrische Luftpumpe 21 erregt
und gestartet wird. Auf diese Weise ist es möglich, die
Last zu reduzieren, die dadurch verursacht wird, daß die
elektrische Luftpumpe 21 in Rotation versetzt wird, und damit
auch die Einschaltstromspitze der elektrischen Luftpumpe 21 beim
Starten des Motors 10, wodurch verhindert wird, daß die
Last an der Lichtmaschine aufgrund eines Abfalls der Batteriespannung
jäh ansteigt und die Batterie 50 geschwächt
wird.
-
Somit
ist es möglich, das Ein- und Ausschalten von Meßvorrichtungen
oder Frontscheinwerfern ebenso zu verhindern wie die Zurücksetzung
von ECUs für Systeme, die mehr Strom verbrauchen als andere
bordeigene Systeme, wie beispielsweise ein VSC-(vehicle stability
control)-System (Fahrzeugstabilitätssystem) und ein ECB-(electronically
controlled brake)-System (elektronisch gesteuertes Bremssystem),
oder eine ECU für die Anzeigesteuerung (Displaysteuerung)
und so weiter als Ergebnis einer ungenügenden Betriebsspannung.
-
Auch
wird bei der ersten Ausführungsform der elektrische Ventilator 28 betätigt,
um die Rotation der elektrischen Luftpumpe 21 einzuleiten,
bevor diese erregt wird, wenn der Motor 10 gestartet wird. Deshalb
ist es möglich, eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
zu realisieren, die durch Nutzung des vorhandenen elektrischen Ventilators 28 die beim
Start auftretende Einschaltstromspitze mit geringen Kosten reduzieren
kann.
-
Des
weiteren saugt die elektrische Luftpumpe 21 Luft aus der
Atmosphäre an, wenn das Vakuumschaltventil 26 in
die erste Schaltposition P1 geschaltet wird, während der
elektrische Ventilator 28 unter Druck Luft zur Saugöffnung 21a der
elektrischen Luftpumpe 21 fördert, wenn das Vakuumschaltventil 26 in
die zweite Schaltposition P2 geschaltet wird. Somit geht die elektrische
Luftpumpe 21 sanft in eine Sekundärluftversorgungsaktion über, indem
das Vakuumschaltventil 26 im wesentlichen zum gleichen
Zeitpunkt, zu dem beim Start die Einschaltstromspitze in die elektrische
Luftpumpe 21 auftritt, in die erste Schaltposition P1 geschaltet
wird.
-
Bei
der ersten Ausführungsform stellt der Schlüsselschalter 41 direkt
fest, daß der Motor dabei ist, gestartet zu werden. Jedoch
können die zur Feststellung des Motorstarts dienenden Mittel
dieser Ausführungsform auch eine den Motorstart vorbereitende
Aktion des Fahrers, wie eine Positionsänderung eines bestimmten
Elements in der Umgebung des Fahrersitzes, etwa das Öffnen
einer Tür des Fahrzeugs oder das Platznehmen des Fahrers
auf dem Fahrersitz feststellen. Die Motorstarterkennungsmittel könnten
nicht nur einen Zustand feststellen, der darauf zurückzuführen
ist, daß eine Aktion zum Start des Motors durchgeführt
wurde, sondern auch einen Zustand, bei dem eine Aktion zum Start
des Motors in hohem Maße wahrscheinlich ist.
-
(Zweite
Ausführungsform) Die 4 und 5 zeigen
eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Die
zweite Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform ähnlich
mit der Ausnahme eines Teils, wo Sekundärluft aus einem
auf der zum Auspuffrohr führenden Ausgangsseite der elektrische Luftpumpe
angeordneten Schaltventil für den Ableitungspfad zugeführt
wird. In 4 sind den gleichen Komponenten
wie denen der in
-
1 gezeigten
ersten Ausführungsform die gleichen Bezugszahlen zugewiesen.
Der Unterschied wird unten erläutert.
-
Bei
der Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungs motor gemäß der zweiten Ausführungsform
ist zwischen der elektrischen Luftpumpe 21 und dem Abgassammler 12 ein
elektromagnetisches Ventil 64 (Schaltventil für
den Ableitungspfad) angeordnet, das den Ableitungspfad schaltet. Das
elektromagnetische Ventil 64 besitzt einen Ventilstößel 64a und
eine Elektromagnetspule 64b zur axialen Bewegung des Ventilstößels 64a.
Der Ventilstößel 64a des elektromagnetischen
Ventils 64 ist gemäß der Stromversorgung
(Erregung) der Elektromagnetspule 64b zwischen einer ersten,
in 4 gezeigten Schaltposition Pv1 und einer zweiten
Schaltposition Pv2 unterhalb der in 4 gezeigten
Position umschaltbar. Das elektromagnetische Ventil 64 besitzt
auch eine mit dem Luftrohr 23 verbundene Eingangsöffnung 64c,
eine zur Umgebungsluft geöffnete Umgebungsluftöffnung 64d und
eine Sekundärluft ausgangsöffnung 64c,
die mit dem Inneren des Abgassammlers 12 in Verbindung
steht. Wenn der Ventilstößel 64a sich
in der ersten Schaltposition Pv1 befindet, ist die Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe 21 zur Umgebungsluft geöffnet. Wenn
der Ventilstößel 64a sich in der zweiten
Schaltposition Pv2 befindet, steht die Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe 21 mit dem Inneren des Abgassammlers 12 des
Motors 10 in Verbindung.
-
Wenn
die elektrische Luftpumpe 21 durch vom elektrischen Ventilator 28 zugeführte
Druckluft in Rotation versetzt wird, schaltet die ECU 30 das
elektromagnetische Ventil 64 in die erste Schaltposition, um
aus der Ausgangsöffnung 21b der elektrische Luftpumpe 21 austretende
Luft in die Umgebung abzugeben. Wenn die elektrische Luftpumpe 21 einmal erregt
ist, sind vorgegebene Bedingungen für die Zufuhr der Sekundärluft
erfüllt, die ECU 30 schaltet das elektromagnetische
Ventil 64 in die zweite Schaltposition Pv2, um Sekundärluft
aus der Ausgangsöffnung 21b der elektrischen Luftpumpe 21 dem
Abgassammler des Motors 10 zuzuleiten.
-
Die
ECU 30 empfängt auch von einer Karosserie-ECU
ein Türöffnungssignal von einem (nicht gezeigten)
Türschalter (Motorstarterkennungsmittel), um fest zustellen,
ob eine im Fahrzeug vorgesehene (nicht gezeigte) Tür geöffnet
oder geschlossen ist. Wenn beispielsweise der Schlüsselschalter 41 vom Fahrer
betätigt wird oder die Tür zum Fahrersitz beim Kaltstart
geöffnet wird, setzt die ECU 30 einleitend mit
dem elektrischen Ventilator kurz vor dem oder beim Start des Motors 10 die
elektrische Luftpumpe 21 in Rotation.
-
5 ist
ein schematisches Ablaufdiagramm, das den Ablauf eines Steuerprogramms zeigt,
das durch die Vorrichtung zur Sekundärluftversorgung bei
einem Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform
ausgeführt wird. Das Steuerprogramm wird durch die ECU 30 in
vorgegebenen Zeitintervallen zusammen mit anderen Steuerprogrammen
durchgeführt, wie etwa die Steuerung der Brennstoffeinspritzung,
die Steuerung des Zündzeitpunkts, und so fort.
-
Zunächst
wird festgestellt, ob der Schlüsselschalter 41 auf
EIN geschaltet ist oder ein Türöffnungssignal
eingegeben wurde (Schritt S21). Falls die Feststellung mit JA beantwortet
wird, wird das Vakuummagnetventil 27 erregt, um das Vakuum
schaltventil 26 von der ersten Schaltposition P1, in der
die Saugöffnung der elektrischen Luftpumpe 21 gegenüber
der Umgebungsluft offen ist, in die zweite Schaltposition P2 zu
schalten, in der die Saugöffnung 21a der elektrische
Luftpumpe 21 mit dem vom elektrischen Ventilator 28 ausgehenden
Lufteinleitungsrohr 22b verbunden ist. Zusätzlich
sendet, im Allgemeinen zur gleichen Zeit, die ECU 30 ein
PWM-Signal an die Ventilatorsteuerung 35, das diese veranlaßt,
die Erregung des elektrischen Ventilators 28 gemäß dem PWM-Signal
mit einem Strom zu beginnen, der auf ein vorgegebenes Leistungsverhältnis,
beispielsweise 100%, gesteuert ist. Des weiteren wird die elektromagnetische
Spule 64b mit Energie bzw. Strom beaufschlagt (erregt),
um den Ventilstößel 64a des elektromagnetische
Ventils 64 in die erste Schaltposition Pv1 zu schalten,
in der die Ausgangsöffnung 21b der elektrische
Luftpumpe 21 zur Umgebungsluft geöffnet ist (Schritt
S22).
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird vom elektrischen Ventilator 28 abgeblasene
Luft von der stromauf gelegenen Öffnung 22d des
Luftansaugrohrs 22 aufgenommen und unter Druck in das zweite
Lufteinleitungsrohr 22b eingeleitet. Demzufolge wird der elektrischen
Luftpumpe 21 Druckluft zugeführt, so daß, ohne
daß die elektrische Luftpumpe erregt wird, die in die und
aus der elektrischen Luftpumpe 21 strömende Luft
beginnt, die elektrische Luftpumpe 21 in Rotation zu versetzen,
die sich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Motor 10 gestartet
wird, im ruhenden Zustand befindet. In diesem Zustand befindet sich
das elektromagnetische Ventil 64 in der ersten Schaltposition
Pv1, in der die Verbindung zwischen der Ausgangsöffnung 21b der
elektrische Luftpumpe 21 und dem Abgassammler 12 gesperrt
ist, so daß nicht erforderliche Sekundärluft nicht
in den Abgassammler eingeleitet wird und aus der Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe 21 austretende Luft in die Umgebungsluft
entlassen wird.
-
Dann
schaltet die ECU 30 die Relaisschaltung für den
Motorstart auf EIN, um den Anlasser in Betrieb zu setzen, der den
Motor 10 anwirft. Um den Motor 10 zu starten,
führt die ECU 30 auch eine elektronische Steuerung
der Brennstoffeinspritzung durch die Einspritzdüsen und
der Zündung durch die Zündkerzen durch.
-
Dann
wird festgestellt, ob der Anlasser in Betrieb genommen wurde (Schritt
S23). Falls zu diesem Zeitpunkt der Anlasser nicht aktiviert wurde,
wird das Vakuumschaltventil 26 in der zweiten Schaltposition P2
gehalten, der elektrische Ventilator 28 wird weiter mit
Strom versorgt und das elektromagnetische Ventil 64 wird
in der ersten Schaltposition Pv1 gehalten.
-
Andererseits
stoppt die ECU 30, wenn der Anlasser bereits aktiviert
ist (JA beim Schritt S23), die Erregung des Vakuummagnetventils 27,
um das Vakuumschaltventil 26 von der zweiten Schaltposition 2 in
die erste Schaltposition P1 zu schalten (Schritt S24).
-
Zusätzlich
prüft die ECU 30, ob vorgegebene Bedingungen für
die Zufuhr von Sekundärluft erfüllt sind, beispielsweise
ob es sich um einen Kaltstart handelt. Falls die Bedingungen erfüllt
sind, schaltet die ECU 30 einen im Stromversorgungspfad
von der Batterie 50 zur elektrischen Luftpumpe 21 angeordneten
Relaisschalter auf EIN, damit die Treiberschaltung 33 die
Stromversorgung der elektrischen Luftpumpe 21 zur gleichen
Zeit beginnt, zu der das Vakuumschaltventil in die erste Schaltposition
P1 geschaltet wird. Danach wird das elektromagnetische Ventil 64 in
die zweite Schaltposition Pv2 geschaltet, in der die Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe 21 mit dem Inneren des Abgassammlers 12 des Motors 10 in
Verbindung steht, damit die elektrische Luftpumpe 21 beginnt,
Sekundärluft in den Abgassammler 12 zu liefern
(Schritt S25).
-
Wenn
die elektrische Luftpumpe 21 gestartet wird, wurde sie
durch die Luft im Luftansaugrohr 22 und die Trägheit
ihres Rotors selbst in Rotation versetzt. Deshalb ist im Vergleich
damit, daß die elektrische Luftpumpe 21 gestartet
wird, wenn die Luft im Luftansaugrohr 22 und der Rotor
der elektrischen Luftpumpe selbst in Ruhe sind, die Last, um die
elektrische Luftpumpe 21 in Rotation zu versetzen, bemerkenswert
reduziert. Deshalb kann die Eingangsstromspitze beim Start der elektrischen
Luftpumpe 21 wie bei der ersten Ausführungsform
reduziert werden, was nicht zu einem bemerkenswerten Abfall des Spannungsniveaus
der Netzleitung (der Leitung zur Zufuhr der in 4 mit „B+” bezeichneten
Batteriespannung) führt.
-
Nach
dem Start der Stromversorgung der elektrischen Luftpumpe 21 wird
die normale Steuerung der Sekundärluftversorgung durchgeführt.
Beispielsweise wird, wenn der Kaltstart des Motors 10 vollendet
wird, zunächst das elektromagnetische Ventil 64 aus
der zweiten Schaltposition Pv2, in der die Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe mit dem Inneren des Abgassammlers des Motors 10 verbunden
ist, in die erste Schaltposition Pv1 geschaltet, in der die Verbindung
gesperrt ist, aber die Ausgangsöffnung 21b der
elektrischen Luftpumpe 21 zur Umgebungsluft geöffnet
ist, worauf dann die ECU 30 den im Stromversorgungspfad
von der Batterie 50 zur elektrischen Luftpumpe 21 angeordneten
Relaisschalter auf AUS schaltet, damit die Treiberschaltung 33 die
Energie- bzw. Stromversorgung der elektrischen Luftpumpe 21 beendet.
-
Auch
wird bei der zweiten Ausführungsform die elektrische Luftpumpe 21 in
Rotation versetzt, indem der elektrische Ventilator 28 veranlaßt
wird, einen Luftstrom durch die elektrische Luftpumpe 21 zu erzeugen,
während deren Ausgangsöffnung 21b zur Umgebungsluft
geöffnet ist. Deshalb wird die Last zur Drehung der elek trischen
Luftpumpe 21 bei deren Hochlaufen durch Strombeaufschlagung
reduziert. Damit ist es möglich, die Einschaltstromspitze
der elektrischen Luftpumpe 21 bei der Inbetriebnahme durch
Stromzufuhr zu reduzieren.
-
Zusätzlich
schaltet die ECU 30 das elektromagnetische Ventil 64 als
ein Schaltventil für den Ableitungspfad in die erste Schaltposition
Pv1, wen die elektrische Luftpumpe 21 durch Luft in Rotation
versetzt wird, die durch den elektrischen Ventilator 28 zugeführt
wird. Deshalb wird die Last zur Drehung der elektrischen Luftpumpe 21 beim
Start der Rotation und dem Hochlaufen durch Strombeaufschlagung reduziert,
was die Drehzahl beim Hochlaufen erhöht. Somit ist es möglich,
beim Hochlaufen die Einschaltstromspitze weiter zu reduzieren.
-
Des
weiteren kann die Rotation der elektrischen Luftpumpe 21 durch
den elektrischen Ventilator 28 vor dem Starten des Motors 10 eingeleitet
werden. Deshalb ist es möglich, die Sekundärluftzufuhr bald
nach dem Start des Motors 10 zu beginnen, während
ein Abfall der Batteriespannung beim Hochfahren des Motors 10 begrenzt
wird, wodurch die Durchführung des Abgasreinigung verbessert
wird.
-
Wie
oben beschrieben wurde, wird bei der vorliegenden Erfindung die
Rotation der elektrische Luftpumpe durch das Mittel zur Erzeugung
einer Luftströmung eingeleitet, bevor die elektrische Luftpumpe
mit Strom beaufschlagt und gestartet wird. Deshalb ist es möglich,
die Last durch das in Rotation Versetzen der elektrischen Luftpumpe
zu reduzieren, wodurch die Einschaltstromspitze beim Start der elektrischen
Luftpumpe reduziert wird, was verhindert, daß die Last
an der Lichtmaschine aufgrund eines Abfalls der Batteriespannung
plötzlich ansteigt und die Batterie geschwächt
wird. Außerdem ist es möglich, die Betriebsspannung
der ECUS für andere Systeme sicherzustellen. Die vorliegende
Erfindung ist nützlich für eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
eines Verbrennungsmotors und insbesondere für eine Sekundärluftversorgungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor, der während des Kaltstarts und
so weiter eine elektrische Luftpumpe für die Zufuhr der
Sekundärluft betätigt.
-
Zusammenfassung
-
SEKUNDÄRLUFTVERSORGUNGSVORRICHTUNG
FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR UND VERFAHREN ZU DEREN STEUERUNG
-
Eine
Sekundärluftversorgungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
(10) umfasst: eine elektrische Luftpumpe (21),
die dem Abgasrohr (12) des Verbrennungsmotors (10)
Sekundärluft zuführt, sowie ein Steuermittel (30)
zur Steuerung der Betätigung der elektrischen Luftpumpe
(21) entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (10),
und weiter Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung, um
die elektrische Luftpumpe (21) dadurch in Rotation zu versetzen,
daß die Luft in der elektrischen Luftpumpe (21)
veranlaßt wird, zu strömen. Das Steuermittel (30)
benutzt die Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung, um
vor dem Erregen der elektrischen Luftpumpe (21) diese in
Rotation zu versetzen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2007-01697 [0001]
- - JP 6-74028 [0004]
- - JP 74028 [0004]
- - JP 7-26946 [0005]
- - JP 26946 [0005]