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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen turbogeladenen Motor.
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Technischer Hintergrund
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In den letzten Jahren werden Turbolader variabler Geometrie (VGT) verwendet, bei denen Turbinen und Verdichter in der Größe reduziert sind, um ein effizientes Laden eines Motors selbst bei niedrigen Motordrehzahlen, bei denen Abgasenergie von dem Motor niedrig ist, zuzulassen, und welche eine Turbine umfassen, um die mehrere bewegliche Klappen (auch als „bewegliche Schaufeln“ oder „Düsenschaufeln“ bezeichnet) angeordnet sind.
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Ein Turbolader variabler Geometrie ist für gewöhnlich nicht mit einem Wastegate versehen, durch das Abgas stromaufwärts des Turboladers freigesetzt wird. Wenn die Drehzahl seiner Turbine einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, wird somit die Zufuhr von Kraftstoff so gesteuert, dass eine Zunahme der Drehzahl der Turbine reduziert wird.
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Die
JP 2011-185 263 A lehrt das Schätzen der Drehzahl einer Turbine beruhend auf der Ansaugluftmenge und dem Ladedruck sowie das Reduzieren der zugeführten Kraftstoffmenge, wenn die Überdrehzahl der Turbine erwartet wird.
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Auch die
US 2009/0031723 A1 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit Turbolader, dessen Drehzahl durch die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird, wobei zur Begrenzung der Drehzahl eine Reduktion der Kraftstoffmenge im Sinne eines Integralreglers erfolgt. Weiterhin beschreibt die Schrift
EP 23 62 086 A1 , bei zu hohen Drehzahlen eines Turboladers die Kraftstoffmenge zu begrenzen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn die Drehung des Turboladers durch Kraftstoffsteuerung gesteuert wird, wird leider allgemein eine Zeitverzögerung hervorgerufen. Wenn der Drehzahlschwellenwert der Turbine auf niedrig eingestellt ist, verschlechtert sich ferner die Ladeleistung. Wenn aber der Drehzahlschwellenwert der Turbine dagegen hoch eingestellt ist, dann dreht die Turbine zu schnell.
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Weiterhin dreht ein kleiner ausgelegter Turbolader bei einer hohen Ausgangsleistung in einem hohen Drehzahlbereich nahe einer Belastungsgrenze. Somit ist es wichtig, den Turbolader so handzuhaben und zu steuern, dass verhindert wird, dass die Drehzahl des Turboladers die Belastungsgrenze übersteigt.
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Im Hinblick auf den vorstehenden Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, eine Technik zum zuverlässigen Handhaben und Steuern eines Turboladers variabler Geometrie vorzusehen, damit seine Drehzahl keine Belastungsgrenze übersteigt.
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Lösung des Problems
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Zur Lösung des Problems ist die vorliegende Erfindung gekennzeichnet durch Festlegen eines ersten Schwellenwerts als Drehzahl, die niedriger als eine einer Belastungsgrenze einer Turbine und eines Verdichters eines Turboladers variabler Geometrie zugeordnete Drehzahl ist, Festlegen eines zweiten Schwellenwerts als Drehzahl, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, und unterschiedliches Steuern der eingespritzten Kraftstoffmenge abhängig davon, ob die aktuelle Drehzahl zwischen der Belastungsgrenze und dem ersten Schwellenwert oder zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert liegt.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf ein Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gerichtet und bietet die folgenden Lösungen.
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Im Einzelnen sieht ein erster Aspekt der Erfindung ein Steuergerät für einen turbogeladenen Motor vor. Der Motor umfasst einen Lader, der ausgelegt ist, um Ansaugluft unter Verwenden eines Abgases von dem Motor zu laden, und der bewegliche Klappen umfasst, die so angeordnet sind, dass ein in einem Ansaugtrakt erzeugter Ladedruck verstellbar ist. Wenn eine Drehzahl einer Turbine und eines Verdichters, die den Lader bilden, einen ersten Schwellenwert erreicht hat, der niedriger als eine Belastungsgrenze ist, wird eine zu dem Motor eingespritzte Kraftstoffmenge auf eine vorbestimmte Menge reduziert, und wenn die Drehzahl einen zweiten Schwellenwert erreicht hat, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge gemäß einem Betrag, um den die Drehzahl den zweiten Schwellenwert übersteigt, reduziert.
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Gemäß dem ersten Aspekt können die Steuerungsmodi in einen Modus geschaltet werden, in dem ein Verhindern eines übermäßigen Anstiegs der Drehzahl zu einem Zeitpunkt, bei dem die Drehzahl der Turbine und des Verdichters (nachstehend als „Turbolader-Drehzahl“ bezeichnet) den ersten Schwellenwert erreicht, priorisiert wird. Wenn die Turbolader-Drehzahl zwischen dem ersten und zweiten Schwellenwert liegt, kann dagegen die Steuerung in einem Modus durchgeführt werden, in dem das Vorsehen einer Ladeleistung bei einem reduzierten Anstieg der Drehzahl priorisiert wird.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Ausführungsform des Steuergeräts des ersten Aspekts. In dem zweiten Aspekt kann, wenn die Drehzahl der Turbine und des Verdichters bei einem Zeitpunkt vor Erreichen des ersten Schwellenwerts zu steigen aufhört, die zu diesem Zeitpunkt eingespritzte Kraftstoffmenge beibehalten werden.
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Gemäß dem zweiten Aspekt kann die Ladeleistung beibehalten werden, während die Turbolader-Drehzahl auf eine Drehzahl reduziert wird, die niedriger als der erste Schwellenwert ist.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung ist eine Ausführungsform des Steuergeräts des ersten oder zweiten Aspekts. Bei dem dritten Aspekt kann, wenn die Drehzahl den ersten Schwellenwert überstiegen hat, die eingespritzte Kraftstoffmenge auf einen Wert reduziert werden, der durch Verringern einer erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge bei einer vorbestimmten Rate unabhängig von der Drehzahl erhalten wird.
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Gemäß dem dritten Aspekt wird, wenn die Turbolader-Drehzahl den ersten Schwellenwert überstiegen hat, die eingespritzte Kraftstoffmenge bei einer vorbestimmten Rate von der erforderlichen Einspritzmenge des Kraftstoffs reduziert, wodurch die Turbolader-Drehzahl unabhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge zuverlässig reduziert wird.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung ist eine Ausführungsform des Steuergeräts des ersten oder zweiten Aspekts. Wenn bei dem vierten Aspekt die Drehzahl den ersten Schwellenwert überstiegen hat, ist eine Rate einer Abnahme von der erforderlichen Einspritzmenge des Kraftstoffs umso höher eingestellt, je weniger Zeit die Drehzahl benötigt, um von dem zweiten Schwellenwert den ersten Schwellenwert zu erreichen.
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Wenn gemäß dem vierten Aspekt die Turbolader-Drehzahl den ersten Schwellenwert überstiegen hat, ist eine Rate einer Abnahme von der erforderlichen Einspritzmenge des Kraftstoffs umso höher eingestellt, je weniger Zeit die Drehzahl benötigt, um von dem zweiten Schwellenwert den ersten Schwellenwert zu erreichen. Dadurch kann die Turbolader-Drehzahl schnell und zuverlässig reduziert werden.
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Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist eine Ausführungsform des Steuergeräts des dritten oder vierten Aspekts. Bei dem fünften Aspekt kann in einer Situation, in der die Drehzahl der Turbine und des Verdichters in einem Bereich von Drehzahlen liegt, die kleiner oder gleich dem zweiten Schwellenwert sind, nachdem die eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert wurde, wenn eine Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge des Kraftstoffs und einer aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die eingespritzte Kraftstoffmenge steil auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben werden, und wenn die Differenz größer als der vorbestimmte Wert ist, kann die eingespritzte Kraftstoffmenge allmählich auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben werden.
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Wenn gemäß dem fünften Aspekt die eingespritzte Kraftstoffmenge die erforderliche Einspritzmenge des Kraftstoffs wiederherstellen muss, kann ein solches Wiederherstellen gesteuert werden, ohne das Risiko des Zulassens von Überdrehzahl einzugehen. Ferner kann verhindert werden, dass die Kraftstoffsteuerung einem Fahrer Anlass gibt, das Verhalten eines Fahrzeugs als ungewohnt zu empfinden.
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Ein sechster Aspekt der Erfindung ist eine Ausführungsform des Steuergeräts des fünften Aspekts. Wenn bei dem sechsten Aspekt die Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge des Kraftstoffs und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, kann die eingespritzte Kraftstoffmenge bei unterschiedlichen Raten, die bei größer werdender Differenz abnehmen, allmählich auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben werden.
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Gemäß dem sechsten Aspekt kann gemäß der Größenordnung der Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge eine Überdrehzahl reduziert werden und die Drehzahl kann prompt wiederhergestellt werden, um der Forderung des Fahrers gerecht zu werden.
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Ein siebter Aspekt der Erfindung ist eine Ausführungsform des Steuergeräts des fünften oder sechsten Aspekts. Bei dem siebten Aspekt wird die eingespritzte Kraftstoffmenge bei unterschiedlichen Raten, die bei zunehmender Differenz zwischen dem zweiten Schwellenwert und der aktuellen Drehzahl der Turbine und des Verdichters größer werden, allmählich auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben.
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Gemäß dem siebten Aspekt wird die Anstiegsrate der eingespritzten Kraftstoffmenge gemäß der Größenordnung der Differenz zwischen dem zweiten Schwellenwert und der aktuellen Drehzahl der Turbine und des Verdichters ermittelt. Dadurch kann eine Überdrehzahl reduziert werden und die Drehzahl kann prompt wiederhergestellt werden, um der Forderung des Fahrers gerecht zu werden.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß kann ein Turbolader variabler Geometrie zuverlässig gehandhabt und gesteuert werden, so dass seine Drehzahl nicht seine Belastungsgrenze übersteigt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht im Längsquerschnitt, die schematisch eine Konfiguration für eine Turbinenkammer eines Turboladers in einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuervorgang zeigt, der von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführt wird.
- 4 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Steuerverfahren zeigt, das von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführt wird.
- 5 ist ein Graph, der ein anderes beispielhaftes Steuerverfahren zeigt, das von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführt wird.
- 6 ist ein Graph, der ein noch anderes beispielhaftes Steuerverfahren zeigt, das von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführt wird.
- 7 ist ein Graph, der ein abgewandeltes Steuerverfahren zeigt, das von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführt wird.
- 8 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Steuerverfahren zeigt, das von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgeführt wird.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Unter Bezug auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zu beachten ist, dass die folgende Beschreibung von Ausführungsformen lediglich beispielhafter Natur ist und nicht den Schutzumfang, die Anwendung oder Nutzungen der vorliegenden Erfindung beschränken soll.
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(Eine Ausführungsform)
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Unter Verweis auf 1 und 2 wird ein Steuergerät für einen turbogeladenen Motor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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- Schematische Konfiguration für das Motorsteuergerät -
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Zunächst werden schematische Konfigurationen für einen Motor und ein Steuergerät für den Motor beschrieben.
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1 zeigt allgemeinen Konfigurationen für einen Motor nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und ein Steuergerät für den Motor. In dieser Ausführungsform ist der Motor E zum Beispiel ein Dieseldirekteinspritzmotor. Der Motor E umfasst mehrere Zylinder 2, 2, ... in einem Körper 1. Nur einer dieser Zylinder ist gezeigt. In einen zugeordneten der Zylinder 2 sind Kolben 3 jeweils hin- und herbeweglich eingeführt, laufen durch diesen und weisen jeweils eine obere Fläche auf, die den Boden eines zugeordneten von Brennräumen 4 festlegt. Die Decke des Brennraums 4, die zu der oberen Fläche des Kolbens 3 weist, ist indessen mit einem Injektor 5 mit einem Spitzenende versehen, das zu dem Brennraum 4 weist und durch das Hochdruckkraftstoff eingespritzt wird.
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Die Basisenden der Injektoren 5 sind einzeln durch Krümmer 6a, 6a, ... mit einem Common Rail 6 der Zylinder 2, 2, ... verbunden. Nur einer dieser Krümmer 6a, 6a, ... ist gezeigt. An dem Common Rail 6 ist ein Kraftstoffdrucksensor 7 angeordnet, der durch ein Kraftstoffzufuhrrohr 8 mit einer Hochdruckversorgungspumpe 9 verbunden ist. Die von der Hochdruckversorgungspumpe 9 dem Common Rail 6 zugeführte Kraftstoffmenge wird gemäß dem von dem Kraftstoffdrucksensor 7 detektierten Kraftstoffdruck gesteuert, wodurch Kraftstoff in dem Common Rail 6 unter einer vorbestimmten Hochdruckbedingung gehalten wird.
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Eine Kurbelwelle 10 ist in einem Kurbelgehäuse des Motors E angeordnet und ist durch eine Pleuelstange mit den Kolben 3 antreibbar gekoppelt. In dem Kurbelgehäuse ist ein elektromagnetischer Geber-Motordrehzahlmesser (Kurbelwinkelsensor) 11 angeordnet, um den Drehwinkel einer Detektionszielplatte, die zusammen mit der Kurbelwelle 10 dreht, d.h. den Kurbelwinkel, zu detektieren. Ein Motorwassertemperatursensor 13 zum Detektieren der Kühlmitteltemperatur in dem Motor E ist zu einem Wassermantel weisend angeordnet.
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An der rechten Seite des in 1 gezeigten Motors E ist ein Ansaugtrakt 16 vorgesehen, durch den von einem Luftfilter 15 gefilterte Luft in die Brennräume 4 der Zylinder 2 geliefert wird. Ein Ausgleichsbehälter 17 ist an dem stromabwärts liegenden Ende des Ansaugtrakts 16 angeordnet. Alle Kanäle, die von dem Ausgleichsbehälter 17 abzweigen, kommunizieren mit dem Brennraum 4 des zugeordneten Zylinders 2 durch einen zugeordneten von Einlasskanälen. Der Ausgleichsbehälter 17 ist mit einem Ansaugluftdrucksensor 18, der den Druck von Ansaugluft detektiert, und einem Ladedrucksensor 42 versehen.
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Der Ansaugtrakt 16 ist mit einem Heißfilm-Luftmengenmesser 19, der den Durchsatz von Luft (Frischluft), die von außen in den Motor E gesaugt wird, detektiert, einem Verdichter (Rotator) 20, der von einer nachstehend beschriebenen Turbine 27 angetrieben wird, um Ansaugluft zu verdichten, einem Ladeluftkühler 21, der die von dem Verdichter 20 verdichtete Ansaugluft kühlt, und einem Einlassabsperrventil 22 versehen. Der Heißfilm-Luftmengenmesser 19, der Verdichter 20, der Ladeluftkühler 21 und das Einlassabsperrventil 22 sind in dieser Reihenfolge von einem stromaufwärts liegenden Punkt des Ansaugtrakts 16 hin zu dem stromabwärts liegenden Ende desselben angeordnet. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Position des Einlassabsperrventils 22 durch Regeln der Größenordnung eines auf eine Membran 23 wirkenden Unterdrucks durch ein Magnetventil 24 auf einen Punkt zwischen einer voll geschlossenen Position und einer voll offenen Position eingestellt.
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Ein Abgastrakt 26, durch den verbranntes Gas von den Brennräumen 4 der jeweiligen Zylinder 2 abgelassen wird, ist an der linken Seite des in 1 gezeigten Motors E vorgesehen. Ein stromaufwärts befindlicher Endabschnitt des Abgastrakts 26 ist ein Abgaskrümmer, der in die jeweiligen Zylinder 2 verzweigt, die durch einen zugeordneten von Auslasskanälen jeweils mit den Brennräumen 4 kommunizieren. Ein Abschnitt des Abgastrakts 26 stromabwärts des Abgaskrümmers ist mit der Turbine 27, die durch Aufnehmen eines Abgasstroms dreht, und einem Katalysator 28, der das Abgas von Schadstoffen reinigen kann, versehen. Die Turbine 27 und der Katalysator 28 sind in dieser Reihenfolge von einem stromaufwärts liegenden Punkt in dem Abgastrakt 28 hin zu dem stromabwärts liegenden Punkt desselben angeordnet.
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Ein Turbolader 30, der aus der Turbine 27 und dem vorstehend beschriebenen Verdichter 20 besteht, ist ein Turbolader variabler Geometrie (VGT), der mit mehreren beweglichen Klappen 31, 31, ... versehen ist, die so angeordnet sind, dass sie den gesamten Umfang der Turbine 27 umgeben und die Querschnittfläche ändern, durch die das Abgas zu der Turbine 27 strömt (Düsenquerschnittfläche). In dem in 1 gezeigten Beispiel werden die Klappen 31 durch einen Aktor gedreht, während die Größenordnung eines auf die Membran 32 wirkenden Unterdrucks durch das Magnetventil 33 geregelt wird. Ferner ist ein Positionssensor 43 vorgesehen, der den Öffnungsgrad der Klappen 31 beruhend auf der Position des Aktors detektiert. Der Turbolader 30 ist ferner mit einem Turbolader-Drehzahlmesser (Detektor) 44 versehen, der die Drehzahl des Verdichters 20 detektiert.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht im Längsquerschnitt, die schematisch eine Konfiguration für eine Turbinenkammer des Turboladers 30 zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, sind die beweglichen Klappen 31, 31, ... in einer Turbinenkammer 53a angeordnet, die in einem Turbinengehäuse 53 so ausgebildet ist, dass sie die im Wesentlichen in der Mitte der Turbinenkammer 53a angeordnete Turbine 27 umgibt. Jede Klappe 31 wird von einer durch eine Seitenwand der Turbinenkammer 53a tretende Spindel 31a drehbar gelagert. Wenn jede Klappe 31 im Uhrzeigersinn um die Spindel 31a dreht, wie in 2 gezeigt ist, so dass sie hin zu einer benachbarten der Klappen 31 geneigt ist, wird der Öffnungsgrad von Düsen 55, 55, ..., die zwischen benachbarten der Klappen 31 ausgebildet sind, (Düsenquerschnittsfläche) reduziert. Selbst wenn der Durchsatz des Abgases klein ist, ist auf diese Weise eine hohe Ladeeffizienz erreichbar. Wenn andererseits jede Klappe 31 in der Gegenrichtung zu der vorstehend beschriebenen Richtung dreht, so dass sie weg von der benachbarten der Klappen 31 geneigt ist, nimmt die Düsenquerschnittfläche zu. Selbst wenn auf diese Weise der Durchsatz des Abgases groß ist, kann der Luftströmungswiderstand reduziert werden und daher kann die Ladeeffizienz gesteigert werden.
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Ein Ringelement 57 ist durch einen Verbindungsmechanismus 58 mit einem Stab 63 des Aktors wirkverbunden. Die Betätigung des Aktors dreht jede Klappe 31 mittels des Ringelements 57. Im Einzelnen umfasst der Verbindungsmechanismus 58 einen Kopplungsstift 58a, der mit einem Endabschnitt mit dem Ringelement 57 drehbar gekoppelt ist, ein Kopplungsplattenelement 58b, das mit einem Endabschnitt mit dem anderen Endabschnitt des Kopplungsstifts 58a drehbar gekoppelt ist, ein säulenförmiges Element 58c, das mit dem anderen Endabschnitt des Kopplungsplattenelements 58b gekoppelt ist und durch eine Außenwand des Turbinengehäuses 53 verläuft, und ein Kopplungsplattenelement 58d, das mit einem Endabschnitt mit einem vorstehend Endabschnitt des säulenförmigen Elements 58c, das von dem Turbinengehäuse 53 nach außen ragt, gekoppelt ist und mit dem anderen Endabschnitt mit dem Stab 63 des Aktors durch einen (nicht gezeigten) Kopplungsstift drehbar gekoppelt ist.
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Wie in 1 gezeigt verzweigt sich ein Abschnitt des Abgastrakts 26 stromaufwärts der Turbine 27 in einen Hochdruck-Abgasrückführungstrakt (nachstehend als „HD-AGR-Trakt“ bezeichnet) 34, durch den ein Teil des Abgases zurück zu der Ansaugseite strömt, und ist mit dem stromaufwärts befindlichen Ende des HD-AGR-Trakts verbunden. Das stromabwärts liegende Ende des HD-AGR-Trakts 34 ist mit einem Abschnitt des Ansaugtrakts 16 zwischen dem Einlassabsperrventil 22 und dem Ausgleichsbehälter 17 verbunden, um einen Teil des Abgases, das nicht durch die Turbine 27 geströmt ist, das aber dem Abgastrakt 26 entnommen ist, zurück zu dem Ansaugtrakt 16 strömen zu lassen. Stromabwärts eines mittleren Abschnitts des HD-AGR-Trakts 34 ist ein den Durchsatz rückströmenden Abgases regelndes Ventil (nachstehend als „HD-AGR-Ventil“ bezeichnet) 35 mit einem verstellbaren Öffnungsgrad angeordnet.
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Genau wie das Einlassabsperrventil 22 und die Klappen 31 des Turboladers 30, die vorstehend beschrieben wurden, arbeitet das HD-AGR-Ventil 35 von 1, indem es die Größenordnung eines auf die Membran wirkenden Unterdrucks durch das Magnetventil 36 regeln lässt und die Querschnittsfläche des HD-AGR-Trakts 34 kontinuierlich ändert, um den Durchsatz des durch den Ansaugtrakt 16 zurückströmenden Abgases zu regeln. Der HD-AGR-Trakt 34 und das HD-AGR-Ventil 35 bilden mit anderen Worten ein Hochdruckabgas-Rückführmittel, das einen Teil des Abgases des Motors E zurück zu einem Ansaugsystem strömen lässt. Wie in 1 gezeigt verzweigt sich ein Abschnitt des Abgastrakts 26 stromabwärts eines Dieseloxidationskatalysators (DOC) 28a und eines Dieselpartikelfilters (DPF) 28b des Katalysators 28 in einen Niederdruckabgas-Rückführtrakt (nachstehend als „ND-AGR-Trakt“ bezeichnet) 37, durch den ein Teil des Abgases zurück zur Ansaugseite strömt, und ist mit dem stromaufwärts liegenden Ende des ND-AGR-Kanals 37 verbunden. Stromabwärts des abzweigenden und verbundenen Abschnitts des ND-AGR-Trakts 37 ist ein Auslassabsperrventil 29 angeordnet. Das stromabwärts liegende Ende des ND-AGR-Trakts 37 ist mit dem Ansaugtrakt 16 zwischen dem Heißfilm-Luftmengenmesser 19 und dem Verdichter 20 verbunden, um einen Teil des Abgases, das durch die Turbine 27 geströmt ist, das dem Abgastrakt 26 entnommen ist, zurück zu dem Ansaugtrakt 16 strömen zu lassen. Mitten im ND-AGR-Trakt 37 sind ein Filter 38, ein AGR-Kühler 39 und ein ND-AGR-Ventil 46 mit einem verstellbaren Öffnungsgrad angeordnet. Der Durchsatz des durch den ND-AGR-Trakt zu dem Ansaugtrakt zurückströmenden Abgases wird mit den Öffnungsgraden des Auslassabsperrventils 29 und des ND-AGR-Ventils 46 geregelt.
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Der Injektor 5, die Hochdruckversorgungspumpe 9, das Einlassabsperrventil 22, das Auslassabsperrventil 29, der Turbolader 30, das HD-AGR-Ventil 35, das ND-AGR-Ventil 46 und andere Elemente arbeiten jeweils als Reaktion auf ein Steuersignal, das von einer elektronischen Steuereinrichtung (nachstehend als „ECU“ bezeichnet) 40 geliefert wird. Das ECU 40 empfängt indessen Ausgangssignale von dem Kraftstoffdrucksensor 7, dem Motordrehzahlmesser 11, dem Motorwassertemperatursensor 13, dem Ansaugluftdrucksensor 18 und dem Luftmengenmesser 19, die vorstehend beschrieben sind, sowie von anderen Sensoren.
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Das ECU 40 empfängt ferner Ausgangssignale von einem Gaspedal-Stellungssensor 41, der den Grad, bei dem ein Gaspedal niedergetreten ist (Gaspedalstellung), detektiert, einem Ladedrucksensor 42, der den Ladedruck misst, einem Positionssensor 43, der den Öffnungsgrad der Klappen 31 detektiert, einem Turbolader-Drehzahlmesser 44, der die Drehzahl des Verdichters 20 detektiert, einem Motordrehzahlmesser 11, der die Drehzahl des Motors E detektiert, und anderen Sensoren.
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- Steuerverfahren -
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Unter Verweis auf 3-8 wird ein Steuerverfahren, das von einem solchen erfindungsgemäßen Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird, beschrieben.
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3 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Steuerungsvorgehens bei einem turbogeladenen Motor. Wie in 3 gezeigt ist, empfängt bei Schritt S01 die elektronische Steuereinrichtung 40 zunächst die Gaspedalstellung Acc, die Motordrehzahl Ne, den Luftdurchsatz AFS und die Turbolader-Drehzahl Nt von verschiedenen Sensoren.
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Als Nächstes wird in Schritt S01 die grundlegende Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden muss (nachstehend einfach auch als „erforderliche Einspritzmenge“ bezeichnet), beruhend auf der Gaspedalstellung Acc, der Motordrehzahl Ne und dem erhaltenen Luftdurchsatz AFS0 ermittelt.
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Als Nächstes wird bei Schritt S03 der Öffnungsgrad der beweglichen Klappen 31, die in der Turbinenkammer 53a des Turboladers 30 vorgesehen sind, gemäß der Motordrehzahl Ne geregelt.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S04 eine Ermittlung, ob die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich einem ersten Schwellenwert Nt1 ist oder nicht. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich dem ersten Schwellenwert Nt1 ist, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S05 vor. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt kleiner als der erste Schwellenwert NT1 ist, rückt der Prozess zu Schritt S12 vor.
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Als Nächstes wird in Schritt S05 die eingespritzte Kraftstoffmenge bei einer vorbestimmten Rate bezüglich der erforderlichen Einspritzmenge, die ein voreingestellter Wert ist, zum Beispiel auf 60% der erforderlichen Einspritzmenge steil reduziert. Wie hierin verwendet bedeutet „steil reduzieren“, etwas bei einer hohen negativen Änderungsrate zu ändern.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S06 eine Ermittlung, ob die Turbolader-Drehzahl Nt kleiner als ein zweiter Schwellenwert Nt2 ist oder nicht. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt kleiner als der zweite Schwellenwert Nt2 ist, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S07 vor. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert Nt2 ist, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge in Schritt S08 um 10% der erforderlichen Einspritzmenge weiter reduziert, und dann geht der Prozess zurück zu Schritt S06.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S07 eine Ermittlung, ob die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge übersteigt oder nicht. Wenn die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge übersteigt, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S09 vor. Wenn die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge nicht übersteigt, endet der Prozess.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S09 eine Ermittlung, ob die Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge kleiner als eine vorbestimmte Menge A ist oder nicht. Wenn die Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge kleiner als die vorbestimmte Menge A ist, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S10 vor. Wenn die Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge größer oder gleich der vorbestimmten Menge A ist, rückt der Prozess zu Schritt S11 vor. Die vorbestimmte Menge A wird gemäß Betriebsbedingungen geändert, kann aber abhängig von der Betriebsbedingung als relativer Wert auf zum Beispiel etwa 90% der erforderlichen Einspritzmenge eingestellt werden.
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Da in Schritt S10 die Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge kleiner als die vorbestimmte Menge A ist, wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge steil auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben und der Prozess endet. Wie hierin verwendet bedeutet „die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge steil auf die erforderliche Einspritzmenge anheben“, wie in Schritt S10 von 4, die aktuelle Menge bei einer unendlichen Änderungsrate steil anzuheben.
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In Schritt S11 wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge bei einer Änderungsrate, die mit der Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge in Verbindung steht, wie in Schritt S11 der gezeigten 4 auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben. Gleichzeitig wird wie bei dem in 5 gezeigten Schritt S11 die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge auf die erforderliche Einspritzmenge proportional zur Differenz zwischen der Turbolader-Drehzahl und dem zweiten Schwellenwert Nt2 angehoben und der Prozess endet. Dies ermöglicht es der eingespritzten Kraftstoffmenge, die erforderliche Einspritzmenge wiederherzustellen, ohne einem Fahrer eine Änderung spüren zu lassen.
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Wenn dagegen in Schritt S04 die Turbolader-Drehzahl Nt kleiner als der erste Schwellenwert Nt1 ist, erfolgt in Schritt S12 eine Ermittlung, ob die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert Nt2 ist oder nicht. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert Nt2 ist, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S13 vor. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt kleiner als der zweite Schwellenwert Nt2 ist, endet der Prozess.
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Als Nächstes wird in Schritt S13 die eingespritzte Kraftstoffmenge proportional zur Differenz zwischen der Turoblader-Drehzahl Nt und dem zweiten Schwellenwert Nt2 wie in dem in 6 gezeigten Schritt S13 reduziert.
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Als Nächstes werden in Schritt S14 die Klappen 31 des Turboladers 30 voll geöffnet, wodurch die von dem Turbolader 30 aufgenommene Abgasenergie reduziert wird.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S15 eine Ermittlung, ob die Turbolader-Drehzahl Nt steigt oder nicht. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt steigt, kehrt der Prozess zurück zu Schritt S04. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt nicht steigt, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S16 vor.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S16 eine Ermittlung, ob die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert Nt2 ist oder nicht. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert Nt2 ist, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S17 vor. Wenn die Turbolader-Drehzahl Nt kleiner als der zweite Schwellenwert Nt2 ist, endet der Prozess.
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Als Nächstes erfolgt in Schritt S17 eine Ermittlung, ob die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge übersteigt oder nicht. Wenn die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge übersteigt, rückt der Prozess zum nächsten Schritt S18 vor. Wenn die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge nicht übersteigt, rückt der Prozess zu Schritt S19 vor.
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Da in Schritt S18 die erforderliche Kraftstoffmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge übersteigt, d.h. da die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge die erforderliche Kraftstoffmenge nicht erreicht, wird als Nächstes die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge so gehalten, wie sie ist.
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Da in Schritt S19 die erforderliche Einspritzmenge die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge nicht übersteigt, d.h. da die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge größer oder gleich der erforderlichen Einspritzmenge ist, wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge auf die erforderliche Einspritzmenge geändert und der Prozess kehrt zu Schritt S16 zurück.
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Dies ist ein beispielhaftes Steuervorgehen, das von einem Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß dieser Ausführungsform durchzuführen ist.
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In Schritt S05 wird die eingespritzte Kraftstoffmenge gleichmäßig auf 60% der erforderlichen Einspritzmenge reduziert. In einer Variante dieses Schritts kann wie in 7 gezeigt die Kraftstoffreduktionsrate gemäß der Zeitdauer, die die Turbolader-Drehzahl zum Erreichen ihres ersten Schwellenwerts Nt1 von ihrem zweiten Schwellenwert Nt2 benötigt, geändert werden. In 7 kann zum Beispiel die eingespritzte Kraftstoffmenge auf 60% der erforderlichen Einspritzmenge in einer zweiten Zeitdauer tb, die länger als eine erste Zeitdauer ta in dem Zeitraum, während dessen sich die Turbolader-Drehzahl von ihrem zweiten Schwellenwert Nt2 zu ihrem ersten Schwellenwert Nt1 ändert, reduziert werden. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann die eingespritzte Kraftstoffmenge in einer anderen Zeitdauer zwischen der ersten Zeitdauer ta (eingeschlossen) und der zweiten Zeitdauer tb (ausgeschlossen) auf 60% der erforderlichen Einspritzmenge reduziert werden.
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- Beispiel -
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Als Nächstes wird als Beispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unter Verweis auf das in 8 gezeigte Zeitsteuerungsdiagramm beschrieben, wie sich die Turbolader-Drehzahl, die Kraftstoffreduktionsrate und die erforderliche Einspritzmenge ändern.
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Wie in 8 gezeigt beträgt die Belastungsgrenze des Turboladers 30 260.000 Umdrehungen pro Minute, der erste Schwellenwert Nt1 beträgt 250.000 Umdrehungen pro Minute und der zweite Schwellenwert Nt2 beträgt 240.000 Umdrehungen pro Minute.
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Zunächst ist bei der in 8 gezeigten Zeit t1 in dem in 3 gezeigten Schritt S12 ermittelt worden, dass die Turbinendrehzahl Nt den zweiten Schwellenwert Nt2 erreicht hat. Weiterhin wird in dem nächsten Schritt S13 die eingespritzte Kraftstoffmenge gemäß der Differenz zwischen der Turbolader-Drehzahl Nt und dem zweiten Schwellenwert Nt2 reduziert.
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Während des Intervalls von Zeitpunkt t1 bis zum nächsten Zeitpunkt t2 wird in Schritt S15 ermittelt, dass die Turbolader-Drehzahl Nt nun steigt.
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Bei der nächsten Zeit t2 wird in Schritt S04 ermittelt, dass die Turbolader-Drehzahl Nt den ersten Schwellenwert Nt1 erreicht hat. Im nächsten Schritt S05 wird somit die eingespritzte Kraftstoffmenge steil auf 60% der erforderlichen Einspritzmenge reduziert.
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Wenn sich bei dem nächsten Zeitpunkt t3 die Differenz zwischen der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge a0 und der erforderlichen Einspritzmenge a1 als kleiner als die vorbestimmte Menge A herausstellt, wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge in Schritt S10 steil auf die erforderliche Einspritzmenge angehoben. Wenn sich die Differenz zwischen der aktuellen eingespritzten Kraftstoffmenge a0 und der erforderlichen Einspritzmenge a2 als größer oder gleich der vorbestimmten Menge A herausstellt, wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge a0 in Schritt S11 allmählich auf die erforderliche Einspritzmenge a2 angehoben, wobei ein Zuwachs an die Differenz der eingespritzten Kraftstoffmenge und die Differenz zwischen der Turbolader-Drehzahl und dem zweiten Schwellenwert Nt2 angepasst wird.
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Wenn andererseits während des Intervalls zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Turbolader-Drehzahl nicht wie die in 8 gezeigte Turbolader-Drehzahl N't auf den ersten Schwellenwert Nt1 steigt, wird in Schritt S15 ermittelt, dass die Turbolader-Drehzahl Nt nicht steigt. Wenn in diesem Fall die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner als die erforderliche Einspritzmenge ist, wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge a0 in Schritt S18 gehalten. Wenn die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge größer oder gleich der erforderlichen Einspritzmenge ist, wird die aktuelle eingespritzte Kraftstoffmenge in Schritt S19 auf die erforderliche Einspritzmenge geändert.
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Zu beachten ist, dass das vorstehende Beispiel nur beispielhaft ist.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein Dieselmotor als beispielhafter Motor E verwendet. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Dieselmotoren beschränkt, sondern ist auch auf Benzinmotoren übertragbar.
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- Vorteile -
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann gemäß verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen ein Turbolader gesteuert werden, um ein Verhindern seiner Überdrehzahl an einem Zeitpunkt, da die Turbolader-Drehzahl den ersten Schwellenwert Nt1 erreicht, zu priorisieren. Wenn die Turbolader-Drehzahl zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert Nt1 und Nt2 liegt, kann der Turbolader so gesteuert werden, dass eine Ladeleistung bei reduziertem Anstieg der Drehzahl priorisiert wird. Diese Kraftstoffsteuerung kann daneben verhindern, dass ein Fahrer das Verhalten des Fahrzeugs als ungewohnt empfindet. Ferner kann eine Überdrehzahl reduziert werden und die Soll-Drehzahl kann prompt wiederhergestellt werden, um der Forderung des Fahrers gerecht zu werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann ein Steuergerät für einen turbogeladenen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel in Anwendungen genutzt werden, bei denen ein Turbolader variabler Geometrie zuverlässig gehandhabt und gesteuert werden muss, um zu verhindern, dass die Drehzahl des Turboladers variabler Geometrie ihren Belastungsgrenze übersteigt.
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Beschreibung von Bezugszeichen
- E
- Motor
- 1
- Korpus
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Brennraum
- 5
- Injektor
- 6
- Common Rail
- 6a
- Krümmer
- 7
- Kraftstoffdrucksensor
- 8
- Kraftstoffzufuhrrohr
- 9
- Hochdruckversorgungspumpe
- 10
- Kurbelwelle
- 11
- Motordrehzahlmesser (Kurbelwinkelsensor)
- 13
- Motorwassertemperatursensor
- 14
- Luftfilter
- 16
- Ansaugtrakt
- 17
- Ausgleichsbehälter
- 18
- Ansaugluftdrucksensor
- 19
- Luftmengenmesser
- 20
- Verdichter (Rotator)
- 21
- Ladeluftkühler
- 22
- Einlassabsperrventil
- 23, 32
- Membran
- 24, 33, 36
- Magnetventil
- 26
- Abgastrakt
- 27
- Turbine (Rotator)
- 28
- Dieseloxidationskatalysator (DOC)
- 28
- Dieselpartikelfilter (DPF)
- 29
- Auslassabsperrventil
- 30
- Turbolader
- 31
- Klappe
- 31a
- Spindel
- 34
- Hochdruckabgas-Rückführkanal
- 35
- Ventil zum Regeln des Durchsatzes von zurückströmendem Abgas
- 37
- Niederdruckabgas-Rückführkanal
- 38
- Filter
- 39
- AGR-Kühler
- 40
- Elektronische Steuereinrichtung
- 41
- Gaspedal-Stellungssensor
- 42
- Ladedrucksensor
- 43
- Positionssensor
- 44
- Turbolader-Drehzahlmesser (Detektor)
- 46
- ND-AGR-Ventil
