DE3636982A1

DE3636982A1 - Brennkraftmaschine mit einem mechanischen lader

Info

Publication number: DE3636982A1
Application number: DE19863636982
Authority: DE
Inventors: Takashi Miyake
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-11-09
Filing date: 1986-10-30
Publication date: 1987-05-14
Also published as: US4708119A; DE3636982C2; JPS62111126A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader, der über eine Kupplung mit einer Kurbelwelle verbunden ist und mittels einer Steuerung der Kupplung wahlweise an- oder ausgeschaltet ist.

Ein mechanischer Lader ist üblicherweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine über eine Solenoidkupplung verbunden, die so gesteuert wird, daß sie in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine im Eingriff steht (eingeschaltet) oder gelöst (ausgeschaltet) ist. Demzufolge wird die Solenoidkupplung eingeschaltet, um den mechanischen Lader zu betreiben und eine zusätzliche Luftzufuhr zu erzielen, wenn die Brennkraftmaschine unter einer hohen Last läuft. Wenn die Brennkraftmaschine anderseits unter einer geringen Last läuft, wird die Solenoidkupplung ausgeschaltet, um den Lader anzuhalten und die zusätzliche Luftzufuhr abzuschalten.

Für eine Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader, der mittels der Energierung einer Solenoidkupplung angeschaltet wird, wenn die Last der Maschine bzw. der Grad der Öffnung eines Drosselventils höher als ein vorbestimmter Wert ist, ist in dem JP-GM 5 91 40 365 ein verbesserter Lader vorgeschlagen worden, bei dem die Solenoidkupplung beim Wechsel des Laders von dem aus- zu dem eingeschalteten Zustand periodisch gesteuert wird, um einen abrupten Wechsel des Drehmomentes der Brennkraftmaschine, eine unbequeme Steuerung und ein Rutschen der Räder zu verhindern.

Bei einem derartigen mechanischen Lader unterliegt die Kupplungsvorrichtung bei jedem Wechsel vom aus- zum eingeschalteten Zustand einem wiederholten Reibeingriff, da sie periodisch gesteuert ist. Die Bauteile für die Kupplung eines solchen Laders müssen deshalb aus einem sehr festen Werkstoff mit geringer Abnutzung bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader zu schaffen, der die oben erwähnten Nachteile überwindet und bei dem der mechanische Lader nicht vom aus- zum eingeschalteten Zustand geschaltet wird, wenn die Brennkraftmaschine in einem Antriebsbereich läuft, bei dem das Anwachsen des Drehmomentes in Folge der Betätigung des Laders groß ist, wodurch ein abrupter Wechsel des Drehmomentes, der bei einem Schalten des Laders vom aus- zum eingeschalteten Zustand auftritt, eine unangenehme Steuerung und ein Rutschen der Räder vermieden ist, ohne die Festigkeit und Haltbarkeit der Kupplung zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader, der über eine Kupplung mit einer Kupplungsscheibe der Brennkraftmaschine verbunden ist und mittels der Steuerung der Kupplung wahlweise ein- oder ausgeschaltet ist, weist eine Vorrichtung zum Feststellen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine Vorrichtung zum Feststellen einer Last der Brennkraftmaschine, eine Vorrichtung zum Feststellen, ob der Lader sich im ein- oder ausgeschalteten Zustand befindet, und eine Steuervorrichtung auf, die den Lader nur vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand schaltet, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl, die nicht oberhalb einer vorbestimmten ersten Drehzahl liegt, und bei einer Last läuft, die nicht geringer als eine vorbestimmte erste Last ist, und die den Lader nur vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand schaltet, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl, die unterhalb einer vorbestimmten zweiten Drehzahl liegt, und bei einer Last läuft, die geringer als eine vorbestimmte zweite Last ist.

Wenn die Brennkraftmaschine mit einer Drehzahl läuft, die nicht oberhalb der vorbestimmten ersten und zweiten Drehzahl liegt, wird der mechanische Lader bei einem Ansteigen der Last der Brennkraftmaschine vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand geschaltet, um das Drehmoment der Brennkraftmaschine wirkungsvoll zu erhöhen.

Wenn der Lader ausgeschaltet ist und die Drehzahl der Brennkraftmaschine die vorbestimmte Drehzahl übersteigt, wird der Lader nicht vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand geschaltet, selbst wenn die Last der Brennkraftmaschine größer wird. Ein abrupter Wechsel des Drehmomentes und ein Rutschen der Räder tritt dadurch nicht auf. Wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl läuft, weist der mechanische Lader einen hohen Wirkungsgrad auf und der Erhöhungsgrad des Drehmomentes infolge des Laders ist ebenfalls hoch.

Wenn bei einer geringen oder mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine der Lader vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand geschaltet wurde und wenn die Brennkraftmaschine dann einen Zustand hoher Drehzahl erreicht, wird der Lader im eingeschalteten Zustand gehalten, um das Laden während der gesamten Zeit, in der die Brennkraftmaschine einer hohen Last ausgesetzt ist, wirkungsvoll aufrechtzuhalten.

Weitere Ziele, Anwendungen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung des Steuerverfahrens des erfindungsgemäßen mechanischen Laders und die

Fig. 3 und 4 sind Diagramme zur Verdeutlichung der Steuerbereiche des erfindungsgemäßen mechanischen Laders.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen Zylinderblock 10 mit Zylinderbohrungen 14 auf, in denen jeweils ein Kolben 11 gleitend hin- und herbewegbar angeordnet ist, um eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über eine Verbindungsstange 12 anzutreiben, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Ein Zylinderkopf 15 ist für jeden Zylinder mit einem Einlaßkanal 17 und einem Auslaßkanal 19 versehen, die über ein Einlaßventil 17 bzw. ein Auslaßventil 18 mit den Zylinderbohrungen 14 verbunden sind. Der Einlaßkanal 17 ist des weiteren über eine Einlaßleitung 20, einen Zwischenkühler 21 und einen mechanischen Lader 22 mit einem Drosselgehäuse 23 verbunden. Ein Luftkanal des Drosselgehäuses 23 ist in seinem Inneren mit einem Drosselventil 24 versehen und ein Luftstrommesser 25 und ein Luftfilter 26 sind stromaufwärts davon angeordnet. Der Zwischenkühler 21 dient zur Verbesserung der Volumeneffizienz der Einlaß- bzw. Ansaugluft, die mittels des mechanischen Laders 22 unter Druck gesetzt bzw. verdichtet ist und deren Temperatur deshalb erhöht ist, durch Kühlen der Ansaugluft.

Der mechanische Lader 22 ist stromabwärts bezüglich des Drosselventils 24 und stromaufwärts bezüglich des Zwischenkühlers 21 angeordnet. Der mechanische Lader 22 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Roots-Pumpe mit einem Paar Rotoren 31 und 32 auf, die synchron und im Zusammenwirken in einem Pumpengehäuse 33 rotieren. Eine Riemenscheibe 34′ ist fest auf einer Drehwelle 32 A eines der Rotoren 32 über eine Kupplungsvorrichtung 34 fest angebracht und steht über einen Riemen 35 mit einer Riemenscheibe 36, die fest an der Kurbelwelle 13 befestigt ist, in Wirkverbindung. Die Kupplungsvorrichtung 34 besteht beispielsweise aus einer Solenoid-Kupplung mit einem Paar Mitnehmerscheiben 37 und 38 und einem Solenoid 39, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die Mitnehmerscheiben 37 und 38 treten bei Energierung des Solenoids 39 miteinander in Eingriff. Die Mitnehmerscheibe 37 ist mit der Drehwelle 32 A verbunden. Die andere Mitnehmerscheibe 38 ist frei drehbar an dem Gehäuse angebracht und an ihrer äußeren Umfangsfläche mit der Riemenscheibe 34′ ausgebildet.

Ein Mikrocomputer 50 dient als Steuersystem zur Steuerung der Kupplungsvorrichtung 34. Das Steuersystem weist eine Mikroprozessor-Einheit (MPU) 51, einen Speicher 52, einen Eingabekanal 53, eine Ausgabekanal 54 und einen Verbindungshauptweg 55 zur wechselnden Verbindung dieser Elemente auf. Signale verschiedener Sensoren werden über den Eingabekanal 53 eingegeben. Beispielsweise wird ein Signal, das den Ansaugluftstrom Q repräsentiert, von dem Luftstrommesser 25 und ein Signal, das die Drehzahl N der Kurbelwelle 13 repräsentiert, von einem Drehzahlsensor 61 abgegeben. Gemäß dem Steuerprogramm, das in dem Speicher 52 enthalten bzw. geladen ist, wird über den Ausgabekanal 54 ein Steuersignal zur Energierung des Solenoids 39 der Kupplungsvorrichtung 34 abgegeben.

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm einer Antriebsrotine, die zur Energierung der Kupplungsvorrichtung 34 bei einer Unterbrechnung während einer vorbestimmten Zeitspanne, z. B. 4 ms ausgeführt wird. Im Schritt 101 wird festgestellt, ob sich der Lader 22 im Betriebszustand befindet oder nicht, d. h. ob die Solenoidkupplung 34 im Eingriff steht oder nicht. Wenn die Solenoidkupplung 34 sich im Nichtbetriebszustand befindet, d. h. nicht im Eingriff steht, wird in einem Schritt 102 bestimmt, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorbestimmten Wertes, beispielsweise5000 min^-1 bzw. Upm liegt oder nicht. Wenn die Drehzahl N der Brennkraftmaschine oberhalb z. B. 5000 min^-1 liegt, wird in einem Schritt 103 ein Befehl zur Deenergierung der Solenoidkupplung 34 über den Ausgabekanal 54 gegeben. Demgemäß werden die Mitnehmerscheiben 37 und 38 voneinander gelöst, so daß die Drehung der Kurbelwelle 34 nicht auf die Rotoren des Laders 22 übertragen wird und die zusätzliche Luftzufuhr unterbrochen wird. Wenn im Schritt 102 festgestellt wird, daß die Drehzahl N der Brennkraftmaschine nicht oberhalb von z. B. 5000 min^-1 liegt, wird in einem Schritt 104 bestimmt, ob das Verhältnis Q/N, das die Belastung der Maschine repräsentiert, unterhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 0,5 Liter pro Umdrehung (l · min) liegt oder nicht, wobei Q der Ansaugluftstrom und N die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Wenn das Verhältnis Q/N unterhalb von z. B. 0,5 lmin liegt, wird im Schritt 103 ein Befehl zur Deenergierung der Solenoidkupplung 34 über den Ausgangskanal 54 gegeben und die zusätzliche Luftzufuhr wird in der oben beschriebenen Weise unterbrochen. Wenn das Verhältnis Q/N im Schritt 104 nicht unterhalb von z. B. 0,5 lmin liegt, wird in einem Schritt 105 ein Befehlt zur Energierung der Solenoidkupplung 34 über den Ausgangskanal 54 gegeben. Demgemäß treten die Mitnehmerscheiben 37 und 38 gegenseitig in Eingriff, so daß die Drehung der Kurbelwelle 13 über die Riemenscheibe 36, den Riemen 35 und die Riemenscheibe 34′ auf die Drehwelle des Laders 22 übertragen wird, wodurch die Rotoren 31 und 32 gedreht werden und eine zusätzliche Luftzufuhr wirken.

Entsprechend der obenstehenden Erklärung bezüglich des Umschaltens der Solenoidkupplung aus dem Nichtbetriebszustand, in dem die zusätzliche Luftzufuhr unterbrochen ist, wird der Betriebszustand der Solenoidkupplung zur Erzielung einer zusätzlichen Luftzufuhr nur erreicht, wenn die Drehzahl N der Brennkraftmaschine nicht oberhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 5000 min^-1 und die Last der Brennkraftmaschine Q/N nicht unterhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 0,5 lmin liegt. Wenn die Drehzahl N der Maschine über den vorbestimmten Wert, z. B. 5000 min^-1 ansteigt, wird die Solenoidkupplung 34 nicht von ihrem Nichtbetriebszustand auf ihren Betriebszustand geschaltet, unabhängig von dem Wert der Last Q/N der Brennkraftmaschine.

Wenn der Lader 22 sich im Betrieb befindet, d. h. wenn die Solenoidkupplung 34 eingeschaltet ist und die Verzweigung im Schritt 101 ein "ja" ergeben hat, wird in einem Schritt 106 bestimmt, ob die Drehzahl N der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 4000 min^-1 bzw. Upm liegt. Wenn die Drehzahl N der Brennkraftmaschine unterhalb von z. B. 4000 min^-1 liegt, wird im Schritt 104 die Solenoidkupplung 34 entsprechend der Last Q/N der Brennkraftmaschine in bereits erläuterter Weise gesteuert. Wenn die Last Q/N der Brennkraftmaschine nicht unterhalb von z. B. 0,5 lmin liegt, behält die Solenoidkupplung 34 ihren Betriebszustand bei und wenn die Last Q/N der Brennkraftmaschine andererseits geringer als z. B. 0,5 lmin ist, wird die Solenoidkupplung 34 abgeschaltet. Wenn in dem Schritt 106 festgestellt wird, daß die Drehzahl N der Brennkraftmaschine nicht unterhalb von z. B. 4000 min^-1 liegt, behält die Solenoidkupplung 34 im Schritt 105 ihren Betriebszustand bei.

Wie im vorstehenden erwähnt wurde, ist die Bedingung zum Schalten der Solenoidkupplung von ihrem Betriebszustand, in dem eine zusätzliche Luftzufuhr erzielt wird, auf ihren Nichtbetriebszustand, bei dem die zusätzliche Luftzufuhr unterbrochen ist, nur erfüllt, wenn die Drehzahl N der Brennkraftmaschine nicht oberhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 4000 min^-1 und die Last Q/N der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 0,5 lmin liegt. Wenn die Drehzahl N der Brennkraftmaschine mehr als z. B. 4000 min^-1 beträgt, behält die Solenoidkupplung 34 ihren Betriebszustand bei, selbst wenn die Last Q/N der Brennkraftmaschine geringer wird.

Vorstehend ist nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert worden. Es liegt jedoch für den Fachmann auf der Hand, daß zahlreiche Änderungen und Abwandlungen ausführbar sind, ohne den Rahmen und den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Eine Brennkraftmaschine weist einen mechanischen Lader auf, der über eine Kupplung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und mittels der Steuerung der Kupplung wahlweise an- oder ausgeschaltet werden kann. Der Lader wird nur von seinem Nichtbetriebszustand auf seinen Betriebszustand geschaltet, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl unterhalb von 5000 min^-1 läuft und eine Last höher als 0,5 l/min^-1 bzw. lmin ist, und er wird von seinem Betriebzustand auf seinen Nichtbetriebszustand nur geschaltet, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl von weniger als 4000 min^-1 läuft und die Last geringer als 0,5 lmin ist.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader, der über eine Kupplung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und mittels der Steuerung der Kupplung wahlweise ein- oder ausgeschaltet ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Feststellen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine Vorrichtung zum Feststellen einer Last der Brennkraftmaschine, eine Vorrichtung zum Feststellen, ob der Lader (22) sich im ein- oder ausgeschalteten Zustand befindet, und eine Steuervorrichtung, die den Lader (22) nur von dem ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand schaltet, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl, die nicht oberhalb einer vorbestimmten ersten Drehzahl liegt, und bei einer Last läuft, die nicht geringer als eine vorbestimmte erste Last ist, und die den Lader (22) nur von dem eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand schaltet, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl, die unterhalb einer vorbestimmten zweiten Drehzahl liegt, und bei einer Last läuft, die geringer als eine vorbestimmte zweite Last ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Drehzahl höher als die vorbestimmte zweite Drehzahl ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Drehzahl etwa 5000 min^-1 und die vorbestimmte zweite Drehzahl etwa 4000 min^-1 beträgt.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Last im wesentlichen der vorbestimmten zweiten Last entspricht.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste und die vorbestimmte zweite Last etwa 0,5 Liter pro Umdrehung (lmin) betragen.