DE4027503C2 - Ladedruck-Steuereinrichtung für einen Motor mit einem Primärturbolader und einem Sekundärturbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladedrucksteuereinrichtung für einen Motor, mit einem Primär- und einem Sekundärturbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Ladedruck-Steuereinrichtung ist aus der DE 36 23 540 C1 bekannt. Das Zuschaltventil (Auspuffsperrventil) wird bei geringer An­ saugluftmenge geschlossen, um den Sekundärturbolader außer Betrieb zu setzen und das Abgas aus der Auspuffleitung auf die Turbine des Primärturboladers zu konzentrieren und dadurch einen hohen Ladedruck zu erreichen. In einem Bereich hoher Ansaugluftmenge wird das Aus­ puffsperrventil geöffnet, so daß das Auspuffgas aus der Auspuffleitung den Turbinen beider Turbolader zugeführt wird, damit der Sekundär­ turbolader zusammen mit dem Primärturbolader arbeitet und ein geeigneter Ladedruck erzielt wird. Bei einem solchen Motor mit sequentiell arbeitenden Turboladern erhöht sich der Abgasdruck stromauf bezüglich der Turbinen der Turbolader, wenn sich der Ansaugluft- Durchsatz erhöht. Die Ursache hierfür ist in erster Linie darin zu sehen, daß der Strömungswiderstand der Turbine des Primärturboladers zu­ nimmt, da der Turbine des Primärturboladers kollektiv Abgas zugeleitet wird. Ein weiterer Grund besteht darin, daß der Wirkungsgrad des Primärturboladers sich verschlechtert, wenn der Ansaugluft-Durchsatz zunimmt. Wenn der Abgasdruck stromauf bezüglich der Turbinen der Turbolader zunimmt, steigt der Pumpverlust des Motors während des Ausstoßhubs, und gleichzeitig verschlechtert sich die Aufladekapazität während des Ansaughubs, so daß sich das Ausgangsdrehmoment des Motors verringert. Wenn also der Ansaugluft-Durchsatz ansteigt und der Betriebszustand des Motors übergeht vom Bereich geringer Ansaugluftmenge in den Bereich großer Ansaugluftmenge, in dem sowohl der Primärturbolader als auch der Sekundärturbolader arbeiten, wie es z. B. bei der Beschleunigung der Fall ist, beginnt der Sekundärturbolader zu arbeiten, und das Abgas verteilt sich auf beide Turbolader. Dies senkt den Strömungswiderstand abrupt, wobei sich die Wirksamkeit des Turboladers abrupt steigert und der Abgasdruck stromauf bezüglich der Turbinen der Turbolader sinkt, so daß das Ausgangsdrehmoment des Motors abrupt ansteigt, was mit einem Dreh­ momentstoß verbunden ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ladedruck-Steuereinrichtung für einen Motor der obengenannten Art anzugeben, die den Drehmomentstoß unterdrückt, der möglicherweise während des Übergangs des Betriebszustandes des Motors auftritt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung.

Erfindungsgemäß wird der Ziel-Ladedruck im Bereich großer Ansaugluftmenge niedriger eingestellt als im Bereich geringer Ansaug­ luftmenge, so daß das Ausgangsdrehmoment des Motors herabgesetzt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ladedrucksteuereinrichtung wird, da der Ziel-Ladedruck im Bereich großer Ansaugluftmenge niedriger eingestellt wird als im Bereich geringer Ansaugluftmenge, wenn der Motorzustand vom Bereich gerin­ ger Ansaugluftmenge in den Bereich großer Ansaugluftmenge übergeht und der Sekundärturbolader zu arbeiten beginnt, der Abgasdruck stromauf bezüglich der Turbinen reduziert, der Ziel-Ladedruck wird abgesenkt, und eine abrupte Zu­ nahme des Ausgangsdrehmoments des Motors wird verhindert, so daß Drehmomentstöße unterdrückt werden.

Wenn außerdem der Betriebszustand des Motors vom Bereich großer Ansaugluftmenge in den Bereich kleiner Ansaugluft­ menge übergeht und der Sekundärturbolader außer Betrieb gesetzt wird, was zu einer Erhöhung des Abgasdrucks strom­ auf bezüglich der Turbinen führt, wird der Ziel-Ladedruck erhöht, und ein abrupter Abfall des Motordrehmoments wird verhindert, wodurch Drehmomentstöße unterdrückt werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mit einer Ladedrucksteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestatte­ ten Motors,

Fig. 2 eine Querschnittansicht eines Differenzdruck­ detektorventils,

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Betriebsbereich des Auspuffsperrventils, des Ansaugluftsperrventils, des Ansaugluft-Überdruckventils, des Abgasaus­ laßventils und des Abgasschnüffelventils ver­ anschaulicht,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm für das Ansaugluftsperrventil, das Auspuffsperrventil und das Ansaugluft-Über­ druckventil beim Öffnen und Schießen,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel für die Steuerung des Ladedrucks, welche die Steuerein­ heit durchführt, veranschaulicht,

Fig. 6 eine Darstellung des Ziel-Ladedrucks,

Fig. 7 eine Schaltungsskizze der Steuereinheit, und

Fig. 8 ein Flußdiagramm eines weiteren Beispiels der Steuerung des Ladedrucks, die durch die Steuer­ einheit durchgeführt wird.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein mit zwei Kreiskolben ausgestatte­ ter Kreiskolbenmotor 201 ein Paar voneinander getrennte Auspuffleitungen 202 und 203, eine für jeden Zylinder. In der Auspuffleitung 202 befindet sich eine Turbine 205 eines Primärturboladers 204, und in der Auspuffleitung 203 befindet sich eine Turbine 207 eines Sekundärturboladers 206. Durch getrenntes Führen der Auspuffleitungen 202 und 203 für die jeweiligen Zylinder zu den Turbinen 205 und 207 des Primär- bzw. des Sekundärturboladers 204, 206 wird der dynamische Druck des Auspuffgases veranlaßt, wirksam auf die Turbinen 205 bzw. 207 der Primär- und Sekundärturbolader 204, 206 in demjenigen Arbeitsbereich des Motors 201 einzuwirken, in welchem beide Turbolader 204 und 206 arbeiten, wodurch die Aufladewirkung verbes­ sert wird. Die Auspuffleitungen 202 und 203 münden in eine gemeinsame Auspuffleitung 224.

Ein gemeinsamer Ansaugkanal 209 verzweigt sich in einen ersten Zweig-Ansaugkanal 210 und einen zweiten Zweig- Ansaugkanal 212, und zwar an einer Stelle stromab bezüg­ lich eines (nicht dargestellten) Luftreinigers, und in dem ersten und dem zweiten Zweig-Ansaugkanal 210 und 212 befinden sich Verdichter 211 und 213 des Primär- und des Sekundärturboladers 204 bzw. 206. Der erste und der zweite Zweig-Ansaugkanal 210 und 212 erstrecken sich im wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen an ihren stromaufwärtigen Endabschnitten, und sie sind in ihren stromabwärtigen Endabschnitten zu einem stromabwärtigen Abschnitt des gemeinsamen Ansaugkanals 209 zusammenge­ führt. In dem stromabwärtigen Abschnitt des gemeinsamen Ansaugkanals 209 befinden sich ein Zwischenkühler 214, ein Drosselventil 216 und ein Ausgleichbehälter 215, in der genannten Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite betrachtet. Ein Drosselklappensensor 258 zum Ermitteln der Drosselklappenöffnung ist an das Dros­ selventil 216 angeschlossen. Weiterhin verzweigt der stromabwärtige Abschnitt des gemeinsamen Ansaugkanals 209 in ein Paar diskreter Ansaugkanäle 217 und 218 am stromabwärtigen Endabschnitt. Die diskreten Ansaug­ kanäle 217 und 218 sind mit (nicht dargestellten) Ein­ laßöffnungen der jeweiligen Zylinder verbunden. Kraft­ stoffeinspritzventile 219 und 220 befinden sich in den diskreten Ansaugkanälen 217 und 218.

Im stromaufwärtigen Abschnitt des gemeinsamen Ansaug­ kanals 209 befindet sich ein Luftstrommesser 221, und der Ausgleichsbehälter 215 ist mit einem Drucksensor 257 ausgestattet, der den Ladedruck erfaßt.

Die Auspuffleitungen 202 und 203 stehen miteinander über eine Verbindungsleitung 222 relativ geringen Quer­ schnitts an einem Abschnitt stromauf bezüglich der Primär- und Sekundärturbolader 204 und 205 in Verbin­ dung. Ein Auspuffventil 223 befindet sich in der Aus­ puffleitung 203, in der sich die Turbine 207 des Sekun­ därturboladers 205 befindet. Das Sperrventil befindet sich an einem Abschnitt unmittelbar stromab bezüglich des Abschnitts, an dem die Verbindungsleitung 222 mündet. Eine Abgasauslaßleitung 225 erstreckt sich von einem Mittelabschnitt der Verbindungleitung 222 zu der gemein­ samen Auspuffleitung 224 und ist mit einem Abgasauslaß­ ventil 227 versehen, welches von einem Membran-Aktuator 226 betätigt wird. Eine Auspuffschnüffelleitung 228 verbindet den Abschnitt der Abgasauslaßleitung 225 stromauf des Abgasauslaßventils 227 mit dem Abschnitt der Auspuffleitung 203 stromab bezüglich des Auspuff­ sperrventils 223 und ist mit einem Auspuffschnüffel­ ventil 230 versehen, welches von einem Membran-Aktu­ ator 229 angetrieben wird.

Das Auspuffsperrventil 223 wird von einem Membran-Aktu­ ator 231 angetrieben. Ein Ansaugluft-Sperrventil 232 befindet sich in dem zweiten Zweig-Ansaugkanal 212 strom­ ab bezüglich des Verdichters 213 des Sekundärturbola­ ders 206. Das Ansaugluft-Sperrventil 232 ist ein Drossel­ klappenventil und wird von einem Membran-Aktuator 233 angetrieben. Weiterhin ist der Zweig-Ansaugkanal 212 mit einer Entlastungsleitung 234 ausgestattet, welche den Verdichter 213 umgeht. Ein Ansaugluft-Überdruck­ ventil 235 ist in der Entlastungsleitung 234 angeord­ net.

Der Aktuator 229, der das Auspuffschnüffelventil 230 antreibt, steht mit dem Zweig-Ansaugkanal 212 an dem Abschnitt stromab des Verdichters 211 des Primärturbo­ laders 204 über ein Rohr 236 in Verbindung. Das Rohr 236 steht mit dem Zweig-Ansaugkanal 210 in dem Bereich strom­ auf des Verdichters 211 über ein Rohr 255 in Verbindung, in dem sich ein Belastungs-solenoidventil (duty solenoid valve) 256 befindet. Durch Ändern des Belastungsverhält­ nisses des Solenoidventils 256 wird der von dem Zweig- Ansaugkanal 210 stromab des Verdichters 211 eingeleitete Druck geändert, und es wird der auf den Aktuator 229 aufgebrachte Druck geändert, wodurch der Öffnungsgrad des Auspuffschnüffelventils 230 geändert wird. Wenn der Aktuator 229 das Auspuffschnüffelventil 230 öffnet, wird eine kleine Menge Abgas über die Auspuffschnüffelleitung 228 der Turbine 207 des Sekundärturboladers 206 zuge­ führt, während das Auspuffsperrventil 223 sich noch im geschlossenen Zustand befindet. Folglich beginnt der Sekundärturbolader 206 sich zu drehen, bevor das Aus­ puffsperrventil 223 geöffnet wird.

Der Aktuator 233 zum Antreiben des Ansaugluft-Sperrven­ tils 232 besitzt eine Druckkammer, die mit dem Ausgang eines Dreiweige-Solenoidventils 238 über ein Rohr 237 verbunden ist. Der Aktuator 231 zum Antreiben des Aus­ puffsperrventils 223 besitzt eine Druckkammer, die mit dem Ausgang eines weiteren Dreiwege-Solenoidventils 240 über ein Rohr 239 verbunden ist. Weiterhin besitzt der zum Betätigen des Ansaugluft-Überdruckventils 235 die­ nende Aktuator 241 eine Druckkammer, die mit dem Ausgang des weiteren Dreiwege-Solenoidventils 243 über ein Rohr 242 verbunden ist. Das Ansaugluft-Überdruckventil 235 hält die Entlastungsleitung 234 bis zu einer vorbestimm­ ten Zeit vor dem Öffnen des Auspuffsperrventils 223 und des Ansaugluft-Sperrventils 232 geöffnet, wodurch der Druck stromauf des Ansaugluft-Sperrventils 232 daran gehindert wird, sich in den Pumpbereich zu erhöhen, wenn der Sekundärturbolader 206 von dem durch die Auspuff­ schnüffelleitung 228 strömenden Abgas vorgedreht wird.

Weiterhin ist der Aktuator 226 zum Antreiben des Abgas­ auslaßventils 227 über ein Rohr 244 mit dem Ausgang eines weiteren Dreiwege-Solenoidventils 245 verbunden.

Die Dreiwege-Solenoidventile 238, 240, 243 und 245, das Belastungs-Solenoidventil 256 und die Kraftstoffeinspritz­ ventile 219 und 220 werden von einer Steuereinheit 246 gesteuert, die einen Mikrocomputer enthält. Ausgangssig­ nale eines Motordrehzahlsensors und des Luftstrommessers 221 werden in die Steuereinheit 246 eingegeben. Weitere Signale, welche die Drosselklappenöffnung, den Ladedruck P1 stromab des Verdichters 211 des Primärturboladers 204 und dergleichen repräsentieren, werden in die Steuerein­ heit 246 eingegeben.

Ein Eingangsport des Dreiwege-Solenoidventils 238 des Ansaugluft-Sperrventils 232 ist über ein Rohr 247 an ein Unterdruck-Reservoir 248 angeschlossen, und der andere Eingang ist über ein Rohr 249 an einen Ausgang 270 eines Differenzdruck-Detektorventils 250 (welches später be­ schrieben wird) angeschlossen. Der Unterdruck stromab des Drosselventils 211 wird über ein Rückschlagventil 251 in das Unterdruck-Reservoir 248 eingeleitet. Ein Eingang des Dreiwege-Solenoidventils 240 für das Aus­ puffsperrventil 223 mündet ins Freie, der andere Ein­ gang ist über ein Rohr 252 und das Rohr 257 an das Unter­ druck-Reservoir 248 angeschlossen. Ein Eingang des Drei­ wege-Solenoidventils 243 für das Ansaugluft-Überdruck­ ventil 235 ist mit dem Unterdruck-Reservoir 248 verbun­ den, der andere Eingang führt ins Freie. Ein Eingang des Dreiwege-Solenoidventils 245 für das Abgasauslaßventil 227 führt ins Freie, der andere Eingang ist über ein Rohr 254 an das Rohr 246 angeschlossen. Durch die Bela­ stungssteuerung des Solenoidventils 256 lassen sich der Öffnungsgrad des Abgasauslaßventils 227 und des Auspuff­ schnüffelventils 230 ändern, und die beiden Ventile funk­ tionieren damit als Ladedruckreguliereinrichtung.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, besitzt das Differenzdruck- Detektorventil 250 ein Gehäuse 261, dessen Innenraum durch eine erste Membran 262 und eine zweite Membran 263 in eine erste, eine zweite und eine dritte Kammer 264, 265 und 266 unterteilt ist. Die erste Kammer 264 besitzt einen Eingang 267, und zwischen der Membran 262 und der inneren Stirnseite des Gehäuses 261 befindet sich eine Druckfeder 268. Die zweite oder Mittelkammer 265 besitzt einen zweiten Eingang 269. Die dritte Kammer 266 ist in der Mitte der Stirnwand des Gehäuses 261 mit einem Aus­ gang 270 versehen, weiterhin mit einer Öffnung, die in der Seitenwand des Gehäuses 261 ins Freie führt. Ein Ventil­ körper 272 ist an der ersten Membran 262 an einem Ende angebracht und erstreckt sich durch die zweite Membran 263 hindurch in Richtung auf den Ausgang 270.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der erste Eingang 267 mit einem Bereich stromab des Ansaugluft-Sperrventils 232 über ein Rohr 273 verbunden, und der Ladedruck P1 strom­ ab des Verdichters 211 des Primärturboladers 204 gelangt in die erste Kammer 264. Der zweite Eingang 269 ist mit einem stromaufwärtigen Bereich des Ansaugluft-Sperrven­ tils 232 über ein Rohr 274 verbunden, und der Druck P2 stromauf des Ansaugluft-Sperrventils 232 wird bei ge­ schlossenem Ansaugluft-Sperrventil 232 in die zweite Kammer 265 geleitet. Wenn die Differenz zwischen den Drücken P1 und P2 (P2-P1) nicht kleiner als ein vor­ bestimmter Wert wird, bewegt sich der Ventilkörper 272 von dem Ausgang 270 weg, um ihn zu öffnen. Der Ausgang 270 ist mit dem anderen Eingang des Dreiwege-Solenoid­ ventils 238 für das Ansaugluft-Sperrventil 232 über das Rohr 249 verbunden. Wenn also der Druck P2 stromauf­ wärts bezüglich des Ansaugluft-Sperrventils 232, das ist der Ladedruck des Sekundärturboladers 206, erhöht wird und sich dem Ladedruck P1 des Primärturboladers 204 annnähert und den Ladedruck P1 um einen vorbestimmten Wert übersteigt (die Druckdifferenz P2-P1 wird größer als ein vorbestimmter Wert), während das Dreiwege-Sole­ noidventil 238 eingeschaltet ist und das zu der Druckkam­ mer des Aktuators 233 für das Ansaugluft-Sperrventil 232 führende Rohr 237 mit dem Rohr 249 in Verbindung steht, welches zum Ausgang des Differenzdruck-Detektorventils 250 führt, so ist die Druckkammer des Aktuators 233 mit der Atmosphäre verbunden, und das Ansaugluft-Sperr­ ventil 232 wird geöffnet. Wenn andererseits das Drei­ wege-Solenoidventil 238 ausgeschaltet ist und das Rohr 237 mit dem Rohr 247, welches zu dem Unterdruck-Reser­ voir 248 führt, in Verbindung steht, gelangt Unter­ druck in die Druckkammer des Aktuators 233, und das Ansaugluft-Sperrventil 232 wird geschlossen.

Wenn das Dreiwege-Solenoidventil 240 ausgeschaltet wird und das zu der Druckkammer des Aktuators 231 führende Rohr 239 mit dem zu dem Unterdruck-Reservoir 248 füh­ renden Rohr 252 verbunden ist, gelangt Unterdruck an den Aktuator 231, und das Auspuffsperrventil 223 wird geschlossen. Wenn das Dreiwege-Solenoidventil 240 ein­ geschaltet wird und das Rohr 239 zur Atmosphäre hin geöffnet ist, wird das Auspuffsperrventil 223 geöffnet, und der Sekundärturbolader 206 beginnt zu arbeiten.

Wenn das Dreiwege-Solenoidventil 245 eingeschaltet ist, steht der Aktuator 226 für das Abgasauslaßventil 227 in Verbindung mit der stromabwärtigen Seite des Ver­ dichters 211 des Primärturboladers 204, und zwar über die Rohre 254 und 236, und wenn das Dreiwege-Solenoid­ ventil 245 ausgeschaltet wird, wird der Aktuator 226 zur Atmosphäre geöffnet.

Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel werden das Auspuffsperrventil 223, das Ansaugluft-Sperrventil 232 und das Ansaugluft-Überdruckventil 235 sämtlich mit Hysterese geöffnet und geschlossen, wie im folgenden noch deutlicher werden wird. Weiterhin wird zum Ver­ hindern eines Rückstroms der Ansaugluft zu dem Verdich­ ter 213 des Sekundärturboladers 206 im Fall des ge­ schlossen gehaltenen Auspuffsperrventils 223 und des geöffneten Ansaugluft-Sperrventils 232 beim Übergang des Motorzustands vom Bereich großer Ansaugluftmenge zum Bereich geringer Ansaugluftmenge das Ansaugluft- Sperrventil 232 zwangsweise veranlaßt, eine vorbe­ stimmte Zeitspanne (z.B. 2 Sekunden) nach dem Schließen des Auspuffsperrventils 223 zu schließen.

Die Steuereinheit 246 steuert die Dreiwege-Solenoidven­ tile 238, 240, 243 und 245 zur selektiven Öffnung und Schließung des Ansaugluft-Sperrventils 232, des Auspuff­ sperrventils 223, des Ansaugluft-Überdruckventils 235 und des Abgasauslaßventils 227 nach Maßgabe der in Fig. 3 dargestellten Übersicht. Die Übersicht ist in Form einer Tabelle in der Steuereinheit 246 gespeichert.

Wenn der Betriebszustand des Motors übergeht von einem Bereich geringer Ansaugluftmenge in einen Bereich großer Ansaugluftmenge, wird das Ansaugluft-Überdruckventil 235 in dem Bereich geöffnet, in welchem die Motordrehzahl R niedrig ist oder der Massendurchsatz Q der Ansaugluft gering ist, und der Sekundärturbolader 206 wird durch Öffnen des Auspuffschnüffelventils 230 vorgedreht. Wenn die Motordrehzahl R auf den Wert R2 ansteigt oder der Massendurchsatz Q der Ansaugluft die Linie Q2-R2 erreicht, wird das Dreiwege-Solenoidventil 243 eingeschaltet und das Ansaugluft-Überdruckventil 235 geschlossen. Wenn die Motordrehzahl R auf den Wert R4 ansteigt oder der Masse­ fluß Q der Ansaugluft die Linie Q4-R4 erreicht, wird das Dreiwege-Solenoidventil 240 eingeschaltet, und das Auspuffsperrventil 223 wird geöffnet. Wenn weiterhin die Drehzahl R ansteigt auf den Wert R6 oder der Masse­ fluß Q der Ansaugluft die Linie Q6-R6 erreicht, wird das Dreiwege-Solenoidventil eingeschaltet und das Ansaugluft-Sperrventil 232 geöffnet, wodurch der Sekun­ därturbolader 206 zu arbeiten beginnt. Das heißt, wenn der Betriebszustand des Motors die Linie Q6-R6 über­ quert, arbeiten beide Primär- und Sekundärturbolader 204 und 206, um den Motor aufzuladen. Der Aktuator 233 zum Antreiben des Ansaugluft-Sperrventils 232 wird nicht nur von dem Dreiwege-Solenoidventil 238 beherrscht. Das heißt, da der Atmosphärendruck, welcher das Ansaugluft- Sperrventil 232 zum Öffnen veranlaßt, dem Aktuator 233 über das Differenzdruck-Detektorventil 250 zugeführt wird, öffnet das Ansaugluft-Sperrventil 232 tatsächlich eine gewisse Zeit, nachdem das Dreiwege-Solenoidventil 238 eingeschaltet ist. Dementsprechend wird die Linie Q6-R6 für den Übergang des Dreiwege-Solenoidventils 238 des Ansaugluft-Sperrventils 232 vom Auszustand in den Einzustand eingestellt, indem die aufgrund des Diffe­ renzdruck-Detektorventils 250 bewirkte Verzögerung in Rechnung gestellt wird, und als Ergebnis wird die Linie Q6-R6 in der Nähe der Linie Q4-R4 eingestellt, um das Dreiwege-Solenoidventil 240 für das Auspuffsperrventil 223 vom Auszustand in den Einzustand überzuführen. Die Q6-R6-Line kann mit der Linie Q4-R4 übereinstimmen.

Wenn der Betriebszustand des Motors von dem Bereich großer Ansaugluftmenge in den Bereich geringer Ansaug­ luftmenge übergeht, werden das Ansaugluft-Sperrventil 232, das Auspuffsperrventil 223 und das Ansaugluft-Über­ druckventil 235 eingeschaltet, wenn der Betriebszustand des Motors die Linie Q5-R5, die Linie Q3-R3 und die Linie Q1-R1 überschreitet, wie in Fig. 3 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Das heißt, wenn die Motordrehzahl R auf den Wert R3 abfällt oder der Masse­ strom Q der Ansaugluft auf die Linie Q3-R3 abnimmt, wird das Auspuffsperrventil 223 geschlossen. Wenn wei­ terhin der Betriebszustand des Motors in den Bereich geringer Ansaugluft übergeht und die Motordrehzahl R den Wert R5 erreicht, oder der Massefluß Q der Ansaug­ luft auf die Linie Q5-R5 abnimmt, wird das Ansaugluft­ sperrventil 232 geschlossen. Dann wird das Ansaugluft- Überdruckventil 235 eine gewisse Zeit nach dem Schlie­ ßen des Ansaugluft-Sperrventils 232 geöffnet. Durch Schließen des Ansaugluft-Sperrventils 232 nach einer Verzögerung bezüglich des Schließens des Auspuffsperr­ ventils 223 kann das Auftreten des Pumpens verhindert werden, wenn der Betriebszustand des Motors in den Bereich geringer Ansaugluftmenge übergeht.

Bei dieser Ausführungsform wird das Dreiwege-Solenoid­ ventil 245 für das Abgasauslaßventil 227 nach Maßgabe der gleichen Linien, wie sie für das Dreiwege-Solenoid­ ventils 240 des Auspuffsperrventils 223 gelten, einge­ schaltet und ausgeschaltet. Wenn der Betriebszustand des Motors von einem Bereich geringer Ansaugluftmenge in einen Bereich großer Ansaugluftmenge übergeht, wird das Dreiwege-Solenoidventil 245 eingeschaltet, wenn die Motordrehzahl R auf den Wert R4 zunimmt oder der Masse­ strom Q der Ansaugluft zur Linie Q4-R4 zunimmt, und wenn der Betriebszustand des Motors von dem Bereich großer Ansaugluftmenge in den Bereich geringer Ansaugluft­ menge übergeht, wird das Dreiwege-Solenoidventil 245 ausgeschaltet, wenn die Motordrehzahl R auf den Wert R3 abnimmt oder der Massestrom Q der Ansaugluft auf die Linie Q3-R3 abnimmt.

In Fig. 3 handelt es sich bei dem Punkt, an dem die Linien geknickt sind, um eine sogenannte Belastungs­ frei- oder Straßenbelastungslinie.

Bei dieser Ausführungsform wird im Bereich geringer Ansaugluftmenge das Auspuffgas nicht zu dem Sekundär­ turbolader 206 geleitet und es arbeitet lediglich der Primärturbolader 204. Folglich läßt sich sehr rasch ein hoher Ladedruck erreichen. Im Bereich großer Ansaug­ luftmenge arbeiten sowohl der Primär- als auch der Sekundärturbolader 204 und 206, und man kann ausrei­ chende Ansaugluft-Massenströmung und einen geeigneten Ladedruck erreichen.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Motorzustand und dem Ein- und Ausschalten der Dreiwege-Solenoidven­ tile, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Hysterese des Öffnens und des Schließens des Auspuffsperrventils 223 vollständig enthalten in der Hysterese des Öffnens und des Schließens des Ansaugluft-Sperrventils 232. Auf­ grund des Differenzdruck-Detektorventils 250 wird das Ansaugluft-Sperrventil 232 tatsächlich geöffnet, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, nachdem eine Verzögerung von der Zeit an stattgefunden hat, zu der das Ansaugluft-Sperrventil 232 einschaltet, wenn der Motorzustand die Linie Q6-R6 erreicht. Folg­ lich wird die Linie Q6-R6 in der Nähe der Linie Q4-R4 eingestellt oder in Übereinstimmung mit der Linie Q4-R4 gebracht. Andererseits wird das Ansaugluft-Sperrventil 232 ohne eine solche Verzögerung nach dem Ausschalten des Dreiwege-Solenoidventils 238 geschlossen. Folglich sollten die Werte von Q5 und R5 den Bedingungen Q5 Q3 und R5 R3 entsprechen.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel für die Steuerung des Ladedrucks durch die Steuereinheit 246 veranschaulicht. Die Steuereinheit 246 liest zuerst die Motordrehzahl R, den Massestrom Q der Ansaugluft und der­ gleichen, um den Betriebszustand des Motors zu erfassen (Schritt S1). Dann im Schritt S2 stellt die Steuereinheit 246 einen Ziel-Ladedruck Tsp auf der Grundlage der im Schritt S1 ausgelesenen Daten abhängig von der in Fig. 6 dargestellten Kennlinie fest. Die Steuereinheit 246 liest den durch den Ladedrucksensor 257 erfaßten Ist-Ladedruck Sp und bestimmt einen Korrekturwert C auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Ist-Ladedruck und dem Ziel- oder Soll-Ladedruck (Schritte S3 und S4). Dann im Schritt S5 gibt die Steuereinheit 246 den Korrekturwert aus und steuert das Belastungsventil (DSV) 256. Auf diese Weise wird das Öffnen des Abgasauslaßventils 227 und des Aus­ puffschnüffelventils 230 derart gesteuert, daß sich der Ist-Ladedruck an den Ziel-Ladedruck annähert.

Wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist, wird der Ziel- Ladedruck im Bereich großer Ansaugluftmenge, in welchem sowohl der Primär- als auch der Sekundärturbolader arbei­ ten, niedriger eingestellt als im Bereich kleiner Ansaug­ luftmenge, wenn lediglich der Primärturbolader arbeitet. Wenn also der Betriebszustand des Motors übergeht vom Bereich geringer Ansaugluftmenge in den Bereich großer Ansaugluftmenge und der Sekundärturbolader 206 zu arbei­ ten beginnt, was zu einer Reduzierung des Abgasdrucks stromauf der Turbinen führt, wird der Ziel-Ladedruck abgesenkt, und es wird eine abrupte Zunahme des Motor­ drehmoments verhindert, wodurch ein Drehmomentstoß unter­ drückt wird.

Wenn weiterhin der Betriebszustand übergeht vom Bereich großer Ansaugluftmenge in den Bereich geringer Ansaugluft­ menge und der Sekundärturbolader 206 außer Betrieb gesetzt wird, was zu einer Zunahme des Abgasdrucks stromauf der Turbinen führt, wird der Ziel-Ladedruck erhöht und ein abrupter Drehmomentabfall das Motors verhindert, wodurch ein Drehmomentstoß unterdrückt wird.

Fig. 7 zeigt eine Steuerschaltung zum Steuern der Ventile. Das Dreiwege-Solenoidventil 243 für das Ansaugluft-Über­ druckventil 235 wird vom Ausgangssignal eines ersten ODER-Glieds 221 gesteuert, in welchem die Ausgänge eines ersten und eines zweiten Komparators 111 und 112 ver­ knüpft werden. Der erste Komparator 111 vergleicht den Massestrom Q der Eingangsluft, dargestellt durch das Detektorsignal des Luftstrommessers 221, mit einem von einem ersten Addierer 131 gelieferten Bezugswert. In dem ersten Addierer 131 werden ein Voreinstellwert Q1, der einem Ansaugluft-Massestrom auf der Linie Q1-R1 in Fig. 3 entspricht, und ein Wert Q′1 (Q1 + Q′1 = Q2) über ein Gatter 141 eingegeben. Wenn das erste Gatter 141 öffnet, gibt der erste Addierer 131 einen Wert Q2 (Q1 + Q′1 = Q2) als Bezugswert an den ersten Komparator 111. Wenn anderer­ seits das erste Gatter 141 geschlossen wird, gibt der erste Addierer 131 den Wert Q1 als Bezugswert an den ersten Kom­ parator 111. Das erste Gatter 141 wird vom Ausgangssignal des ersten ODER-Glieds 121 geöffnet und geschlossen.

Der zweite Komparator 112 vergleicht die durch das Detek­ torsignal des Drehzahlsensors repräsentierte Motordrehzahl R mit einem Bezugswert, der von einem zweiten Addierer 132 ausgegeben wird. In den zweiten Addierer 131 wird ein Vor­ einstellwert R1 eingegeben, der einer Motordrehzahl auf der Linie Q1-R1 in Fig. 3 entspricht. Weiterhin wird ein Wert R′1 (R1 + R′2 = R2) über ein zweites Gatter 142 in den zweiten Addierer 132 eingegeben. Wenn das zweite Gatter 142 geöffnet ist, liefert der zweite Addierer 132 einen Wert R2 (R1 + R′1 = R2) als Bezugswert an den zwei­ ten Komparator 112. Wenn andererseits das zweite Gatter 142 geschlossen ist, gibt der zweite Addierer 132 den Wert R1 als Bezugswert an den zweiten Komparator 112. Das zweite Gatter 142 wird ebenfalls durch das Ausgangs­ signal des ersten ODER-Glieds 121 geöffnet und geschlos­ sen.

Der erste Komparator 111 und der zweite Komparator 112 vergleichen den Ansaugluft-Massestrom Q und die Motor­ drehzahl R mit den jeweiligen Bezugswerten, die von dem ersten Addierer 131 und dem zweiten Addierer 132 ausge­ geben werden, und das erste ODER-Glied 128 gibt ein EIN- Signal an das Dreiwege-Solenoidventil 243, um es einzu­ schalten und so das Ansaugluft-Überdruckventil 235 zu schließen, wenn der Ansaugluft-Massestrom Q oder die Motordrehzahl R nicht kleiner als der Bezugswert ist. Das erste und das zweite Gatter 141, 142 werden geschlos­ sen gehalten, während das Ausgangssignal des ersten ODER- Glieds 121 das EIN-Signal ist, und sie werden offen gehal­ ten, wenn das Ausgangssignal des ODER-Glieds 121 das AUS- Signal ist. Wenn also der Motorzustand übergeht vom Be­ reich geringer Ansaugluftmenge in den Bereich großer An­ saugluftmenge und das Ausgangssignal des ersten ODER- Glieds 121 das AUS-Signal ist, sind das erste und das zweite Gatter 141 und 142 offen, und die Werte Q2 und R3 werden als Bezugswerte in den ersten Komparator 111 und den zweiten Komparator 112 eingegeben. Wenn mithin der Betriebszustand die Linie Q2-R2 in Fig. 3 erreicht, wird das EIN-Signal ausgegeben, und das Ansaugluft-Überdruck­ ventil 235 wird geöffnet. Das EIN-Signal veranlaßt das erste und das zweite Gatter 141 und 142 zu schließen, und die Werte Q1 und R1 werden in die Komparatoren 111 und 112 als Bezugswerte eingegeben. Auf diese Weise wird die Linie Q1-R1 für den Übergang des Betriebszustands des Motors in umgekehrter Richtung mit einer Hysterese einge­ stellt, die den Werten Q′1 und R′1 entspricht. Das Dreiwege-Solenoidventil 240 für das Auspuffsperrventil 223 wird von einer ähnlichen Schaltung gesteuert. Ein drit­ ter Komparator 113 ist für den Ansaugluft-Massestrom Q und ein vierter Komparator 114 ist für die Drehzahl R vorgesehen und die Ausgangssignale der Komparatoren 113 und 114 sind über ein zweites ODER-Glied 122 mit dem Drei­ wege-Solenoidventil 240 verbunden. Der dritte Komparator 113 ist mit einem dritten Addierer 133, der vierte Kompa­ rator 114 ist mit einem vierten Addierer 134 versehen. Ein Voreinstellwert Q3 wird in den dritten Komparator 133 eingegeben, und ein Wert Q′3 (Q3 + Q′3 = Q4) wird über ein drittes Gatter 143 in den drittten Komparator 113 eingegeben. In ähnlicher Weise wird ein Voreinstell­ wert R3 in den vierten Komparator 134 eingegeben und ein Wert R′2 (R3 + R′3 = R4) wird über ein viertes Gat­ ter 144 in den vierten Komparator 114 eingegeben. Diese Schaltung arbeitet ähnlch wie die des Dreiwege-Solenoid­ ventils 243 für das Ansaugluft-Überdruckventil 235, und das Auspuffsperrventil 223 wird geöffnet, wenn der Motor- Betriebszustand die Linie Q4-R4 in den Bereichen großer Ansaugluftmenge passiert, und es wird geschlossen, wenn der Motorzustand über die Linie Q3-R3 in den Bereich gerin­ ger Ansaugluftmenge übergeht. Das Dreiwege-Solenoidventil 245 für das Abgasauslaßventil 227 wird von demselben Sig­ nal gesteuert.

In ähnlicher Weise wird das Dreiwege-Solenoidventil 238 für das Ansaugluft-Sperrventil 232 von einer Schaltung gesteuert, die einen fünften Komparator 115 und einen sechsten Komparator 116, ein drittes ODER-Glied 123, einen fünften Addierer 135 und einen sechsten Addierer 136, ein fünftes Gatter 145 und eine sechstes Gatter 146 enthält, und die Schaltung arbeitet ähnlich wie die Schaltungen für die Dreiwege-Solenoidventile 243 und 240. Durch diese Schaltung wird das Ansaugluft-Sperrven­ til 232 geöffnet, wenn der Motorzustand über die Linie Q6-R6 in den Bereich großer Ansaugluftmenge übergeht, es wird geschlossen, wenn der Motorzustand über die Linie Q5-R5 in den Bereich geringer Ansaugluftmenge übergeht, wobei Q6 = Q5 + Q′5 und R6 = R5 + R′5 gelten.

Im Fall der Schaltung zum Steuern des Ansaugluft-Sperrven­ tils 232 befindet sich ein siebtes Gatter 147 zwischen dem dritten ODER-Glied und dem Dreiwege-Solenoidventil 238. Ein Zeitsteuerglied 150 beginnt mit dem Aufwärts­ zählen dann, wenn das Ausgangssignal des zweiten ODER- Glieds 122 (für das Auspuffsperrventil 223) vom EIN-Sig­ nal zum AUS-Signal wechselt, und ein siebter Komparator 117 gibt ein EIN-Signal aus, wenn der Zählerstand des Zeit­ steuerglieds 150 einen voreingestellten Wert (z.B. einen Wert, welcher 2 Sekunden entspricht) überschreitet. Wenn der siebte Komparator 117 das EIN-Signal ausgibt, schließt das siebte Gatter 147, und das Ansaugluft-Sperrventil 232 wird geschlossen. Gleichzeitig werden die Bezugswerte für den Ansaugluft-Massestrom Q und die Motordrehzahl R auf die Werte Q6 und R6 geändert, und das Zeitsteuerglied 150 wird zurückgesetzt. Obschon das Ausgangssignal des siebten Komparators 117 in das AUS-Signal übergeht, wenn das siebte Gatter 147 einmal geschlossen ist, wird das Ansaugluft-Sperrventil 232 geschlossen gehalten, weil die Bezugswerte auf Q6 und R6 geändert wurden. Mit dieser Ausgestaltung wird ein Pumpen verhindert, wel­ ches möglicherweise auftritt, wenn das Dreiwege-Solenoid­ ventil 240 für das Ansaugluft-Sperrventil 232 für eine lange Zeit eingeschaltet bleibt, während das Dreiwege­ Solenoidventil 238 für das Auspuffsperrventil 223 während des Übergangs in den Bereich geringer Ansaugluftmenge ausgeschaltet ist.

Obschon gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 5 auf der Grund­ lage der Motordrehzahl R und des Ansaugluft-Massestroms Q festgestellt wird, ob der Motorzustand im Bereich geringer Ansaugluftmenge oder im Bereich großer Ansaugluftmenge ist, so kann diese auch abhängig davon festgestellt wer­ den, ob das Dreiwege-Solenoidventil 238 für das Ansaugluft- Sperrventil 232 oder das Dreiwege-Solenoidventil 240 für das Auspuffsperrventil 223 ein- oder ausgeschaltet ist, wie aus Fig. 8 hervorgeht. Das heißt: Die Steuereinheit 246 bestimmt zunächst im Schritt S10, ob das Dreiwege- Solenoidventil 238 für das Ansaugluftsperrventil (ALSV) 232 oder das Dreiwege-Solenoidventil 240 für das Auspuff­ sperrventil (ASV) 223 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. Wenn festgestellt wird, daß das Dreiwege-Solenoid­ ventil 238 oder 240 eingeschaltet ist, stellt die Steuer­ einheit 246 den Ziel-Ladedruck Tsp auf einen Voreinstell­ wert Tsp1 ein, welcher den Ziel-Ladedruck für den Bereich großer Ansaugluftmenge entspricht, wie in Fig. 6 darge­ stellt ist (Schritt S11). Ansonsten stellt die Steuer­ einheit 246 den Ziel-Ladedruck Tsp auf einen Wert Tsp2 ein, der nach Maßgabe der Ziel-Ladedruck-Motordrehzahl- Kennlinie für den Bereich geringer Ansaugluftmenge gemäß Fig. 6 bestimmt wird. Nachdem der Ziel-Ladedruck Tsp auf diese Weise im Schritt S11 oder S12 bestimmt ist, liest die Steuereinheit 246 den momentanen Ist-Ladedruck Sp, wie er von dem Ladedrucksensor 257 erfaßt wird, und bestimmt einen Korrekturwert C auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Ist-Ladedruck Sp und dem Ziel- Ladedruck Tsp (Schritte S13 und S14). Dann gibt im Schritt S15 die Steuereinheit 246 den Korrekturwert aus und steuert das Belastungs- oder Arbeitsverhältnis-Ven­ til (DSV) 256 an. Auf diese Weise wird die Öffnung des Abgasauslaßventils 227 und des Auspuffschnüffelventils 230 derart gesteuert, daß sich der Ist-Ladedruck dem Ziel-Ladedruck annähert.

Der Ziel-Ladedruck für den Bereich geringer Ansaugluft­ menge kann abhängig von verschiedenen Faktoren, die den Betriebszustand des Motors beeinflussen, korrigiert werden. Er kann beispielsweise gesenkt werden, wenn die Temperatur der Ansaugluft ansteigt, oder wenn die Frequenz des Motorklopfens ansteigt oder die Frequenz von Fehlzün­ dungen zunimmt. Weiter kann er erhöht werden, wenn die Oktanzahl des Kraftstoffs steigt.

Während sich das oben beschriebene Ausführungsbeispiel auf einen Kreiskolbenmotor bezieht, läßt sich die Erfin­ dung auch bei anderen Motoren anwenden, z.B. bei einem Hubkolbenmotor.

Claims (10)

1. Ladedrucksteuereinrichtung für einen Motor (201) mit einem Primärturbolader (204) und einem Sekundärturbolader (206), welche Verdichter (211, 213) aufweisen, die sich in paralleler Anord­ nung in Ansaugkanälen (209, 210, 212) des Motors (201) befinden, und Turbinen (205, 207) aufweisen, die sich in paralleler Anordnung in Auspuffleitun­ gen (202, 203) des Motors (201) befinden, wobei im Bereich geringer Ansaugluftmenge lediglich der Primärturbolader (204) arbeitet, während im Bereich großer Ansaugluftmenge sowohl der Primär- als auch der Sekundärturbolader (204, 206) zum Arbeiten veranlaßt werden, und wobei eine wenigstens von einem Ausgangssignal einer Ladedruck-Detektorein­ richtung (257) beaufschlagbare Ladedruck-Steuervor­ richtung (246) vorgesehen ist, welche Ansteuer­ signale zumindest für ein Zuschaltventil (Auspuff­ sperrventil 223) erzeugt, das in der einen Auspuff­ leitung (203) angeordnet ist und eine Beaufschla­ gung der Turbine (207) des Sekundärturboladers (206) mit Abgas ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ansaugkanal (212) zwischen dem Sekun­ därturbolader (206) und dem Motor (201) ein Ansaug­ luft-Sperrventil (232) vorgesehen ist, welches den Ansaugkanal (212) in einem Ansaugluft-Mengenbereich schließt, der kleiner ist als ein vorbestimmter Ansaugluft-Durchsatz, und den Ansaugkanal (212) in einem Ansaugluft-Mengenbereich öffnet, der größer ist als der vorbestimmte Ansaugluft-Durchsatz, daß der Ziel-Ladedruck (Tsp 1) im Bereich großer An­ saugluftmenge niedriger eingestellt wird als der Ziel-Ladedruck (Tsp 2) im Bereich geringer Ansaug­ luftmenge, wobei der Ziel-Ladedruck synchron mit dem Öffnen und dem Schließen des Ansaugluft-Sperr­ ventils (232) umgeschaltet wird zwischen jenem (Tsp 2) für den Bereich geringer Ansaugluftmenge und jenem (Tsp 1) für den Bereich großer Ansaugluftmen­ ge.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß synchron mit dem Umschalten des Ziel-Ladedrucks das Öffnen und das Schließen des Auspuffsperrventils (223) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Ladedruck (Tsp) als Funktion der Motordrehzahl eingestellt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Ladedruck (Tsp) bei einer vorbestimmten Motordrehzahl umgeschaltet wird zwischen jenem (Tsp 2) für den Bereich geringer Ansaugluftmenge und jenem (Tsp 1) für den Bereich großer Ansaugluftmenge.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ziel-Ladedruck (Tsp) für eine gegebene Motordrehzahl abhängig von der Motorbelastung geändert wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Lade­ druck (Tsp) nach Maßgabe eines den Betriebszustand des Motors beeinflussenden Faktors geändert wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Ladedruck (Tsp) ge­ senkt wird, wenn die Temperatur der Ansaugluft ansteigt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Ladedruck (Tsp) abgesenkt wird, wenn die Frequenz des Motor­ klopfens zunimmt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Lade­ druck (Tsp) abgesenkt wird, wenn die Frequenz von Fehlzündungen ansteigt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziel-Lade­ druck (Tsp) erhöht wird, wenn die Oktanzahl des Kraftstoffs zunimmt.