DE602004001149T2

DE602004001149T2 - Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE602004001149T2
Application number: DE602004001149T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Kawamura; Kenichi Fujimura; Hideharu Kadooka; Susumu Kubo; Motoyuki Hattori; Naoki Mishima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: CN1534175A; EP1462629B1; US6922995B2; US20040187852A1; EP1462629A1; DE602004001149D1; CN1289804C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Steuerung einer Vorverdichtervorrichtung, die einen elektrischen Vorverdichter verwendet, um Einlassluft einer Verbrennungsmaschine turbozuladen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
JP 2002-357127A, veröffentlicht durch das Japanische Patentamt im Jahr 2002, offenbart eine elektrische Vorverdichtervorrichtung zum Vorverdichten von Einlassluft einer Verbrennungsmaschine. Die Vorrichtung umfasst einen Vorverdichter, der in der Einlasspassage der Verbrennungsmaschine angeordnet ist und einen elektrischen Motor, der den Vorverdichter antreibt. Der Vorverdichter umfasst ein Roots-Gebläse oder einen Verdrängungskompressor.
Falls die Maschine unter großer Last arbeitet, verdichtet der Vorverdichter Einlassluft der Verbrennungsmaschine in Abhängigkeit von der Tätigkeit des elektrischen Motors. Falls die Maschine unter niedriger Last arbeitet, ist die Vorrichtung ausgebildet, natürliche Ansaugung von Einlassluft durch die Maschine durch den Vorverdichter hindurch zu erlauben. Unter diesen Umständen wird der Vorverdichter von dem Fluss an Einlassluft gedreht. Der Vorverdichter führt dadurch eine Energieerzeugung durch, indem er den elektrischen Motor als Generator antreibt. Die erzeugte Energie wird in einer Batterie gespeichert und wird verwendet, um den Vorverdichter anzutreiben oder für andere Verwendungen. Auf diese Weise wird ein Teil der elektrischen Energie, der zur Vorverdichtung verwendet wird, zurück erlangt, falls die Maschine unter niedriger Last arbeitet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß dem Stand der Technik wird der Vorverdichter durch die Durchflussenergie von Einlassluft, die in die Maschine gesaugt wird, drehend angetrieben. Die Einlassluftmenge der Maschine unter diesen Bedingungen variiert in Abhängigkeit von dem Drehungswiderstand des Vorverdichters. Im Stand der Technik wird die Einlassluftmenge auf eine Soll-Einlassluftmenge reduziert, indem die Energieerzeugungsmenge des elektrischen Motors variiert wird. Mit anderen Worten, der Stand der Technik benutzt den Vorverdichter anstelle einer Einlassdrosselklappe.
Diese Ausbildung zeigt bevorzugte Eigenschaften, falls die Maschine mit festen Betriebsparametern läuft. Falls jedoch die Betriebsbedingungen eines Motors, wie etwa eines Fahrzeugmotors, andauernde Änderungen vollziehen, macht es der Trägheitswiderstand des Vordichters schwierig, die Einlassluftmenge mit einer hohen Antwortcharakteristik einzustellen. Weiterhin ist es für die Stand der Technik-Ausbildung schwierig, die benötigte Einlassluftmenge und Energieerzeugungsmenge zusammen zu erreichen.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, die Antwortcharakteristik zu erhöhen zur Einstellung der Einlassluftmenge der Maschine mit einem elektrischen Vorverdichter, der eine Energieerzeugungsfunktion hat und von einem Luftfluss während der normalen Ansaugungen betrieben wird.
Es ist weiterhin eine Aufgabe dieser Erfindung, zusammen die benötigte Einlassluftmenge und die benötige Energieerzeugungsmenge in einer Verbrennungsmaschine zu erreichen, die mit einer solchen Vorverdichtereinrichtung versehen ist.
Um diese obigen Aufgaben zu lösen, stellt die Erfindung eine Vorverdichtereinrichtung zum Vorverdichten von Einlassluft in der Einlasspassage einer Verbrennungsmaschine, basierend auf einer benötigten Einlassluftflussrate der Maschine zur Verfügung.
Die Vorrichtung umfasst einen Verdrängungsvorverdichter, der in einer Einlasspassage angeordnet ist, einen elektrischen Motor, der den Vorverdichter in Abhängigkeit von zugeführter elektrischer Energie antreibt, eine Umgehungspassage, die den Vorverdichter umgeht und einen stromauf liegenden Teil und einen stromab liegenden Teil der Einlasspassage verbindet, ein Umgehungsventil, welches die Umgehungspassage öffnet und schließt und eine programmierbare Steuerung. Der elektrische Motor funktioniert als Generator, wenn elektrische Rotationsenergie von dem Vorverdichter eingegeben wird.
Die programmierbare Steuerung ist programmiert, um die Ausstoßflussrate des Vorverdichters zu berechnen und die Öffnung des Umgehungsventils einzustellen, basierend auf der Ausstoßflussrate des Vorverdichters und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuerungsverfahren für eine Vorverdichtereinrichtung zum Vorverdichten von Einlassluft in einer Einlasspassage einer Verbrennungsmaschine, basierend auf einer benötigten Einlassluftflussrate der Maschine, wobei die Einrichtung umfasst einen Verdrängungsvorverdichter, der in der Einlasspassage angeordnet ist, einen elektrischen Motor, der den Vorverdichter in Abhängigkeit von der zugeführten elektrischen Energie antreibt, eine Umgehungspassage, die den Vorverdichter umgeht und einen stromauf liegenden Teil und einen stromab liegenden Teil der Einlasspassage verbindet und ein Umgehungsventil, welches die Umgehungspassage öffnet und schließt. Der elektrische Motor arbeitet als Generator, falls Rotationsenergie von dem Vorverdichter eingegeben wird.
Das Steuerungsverfahren umfasst die Bestimmung der Ausstoßflussrate des Vorverdichters und die Einstellung der Öffnung des Umgehungsventils, basierend auf der Ausstoßflussrate des Vorverdichters und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine.
Die Details und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden im Weiteren der Beschreibung ausgeführt und sind in den beigefügten Zeichnungen gezeigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm einer Vorverdichtereinrichtung gemäß dieser Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Steuern eines elektrischen Motors/Generators eines Umgehungsventils und einer Drosselklappe, ausgeführt von einer Steuerung gemäß dieser Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die Eigenschaften einer Karte der Öffnung des Umgehungsventils, die in der Steuerung gespeichert ist, zeigt.
4A–4D ist ein Zeitdiagramm, das die Ergebnisse der Steuerung des Umgehungsventils und der Drosselklappe, durchgeführt von der Steuerung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die Eigenschaften einer Karte der möglichen Energieerzeugungsmenge des elektrischen Motors/Generators, die in der Steuerung gespeichert ist, zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf 1 der Zeichnungen saugt eine Verbrennungsmaschine 8 eines Fahrzeugs, die mit einer Vorverdichtereinrichtung gemäß dieser Erfindung versehen ist, Luft aus einer Lufteinlasspassage 1 an.
Die Vorverdichtereinrichtung umfasst eine elektrische Vorverdichtereinheit 2, die Einlassluft in der Einlasspassage 1 vorverdichtet. Die elektrische Vorverdichtereinheit 2 umfasst einen Verdrängungskompressor 4, der in der Einlasspassage 1 angeordnet ist, einen elektrischen Motor/Generator 4a und einen Rotationsschaft 5, der den elektrischen Motor 4a und den Kompressor 4 verbindet. Ein Roots-Gebläse kann anstelle des Verdrängungskompressors 4 verwendet werden. Der Kompressor 4 und das Roots-Gebläse entsprechen dem Verdrängungsvorverdichter in den Ansprüchen. Der Motor/Generator 4a ist durch einen Wechselstromgenerator gegeben, bekannt als Drehstromgenerator.
Der elektrische Motor/Generator 4a ist mit einem Inverter versehen, um die Arbeitsweise in Abhängigkeit von einem Eingangssignal zu steuern. Die Vorverdichtereinrichtung umfasst weiterhin eine Einlassdrosselklappe 7, die in der Einlasspassage 1 zwischen dem Kompressor 4 und der Maschine 8 vorgesehen ist. Die Vorverdichtereinrichtung umfasst weiterhin eine Umgehungspassage 3, die ein Umgehungsventil 6 hat, durch das Einlassluft in die Einlasspassage 1 zu der Einlassdrosselklappe 7 geführt wird, ohne durch den Kompressor 4 hindurchzugehen.
Eine Steuerung 9 gibt Signale aus, um die Arbeitsweise des elektrischen Motors/Generators 4a zu steuern und die Öffnung des Umgehungsventils 6 und die Öffnung der Einlassdrosselklappe 7 zu steuern.
Die Steuerung 9 umfasst einen Mikrocomputer, der mit einer zentralen Verarbeitungseinheit, einem Nur-Lesespeicher, einem Arbeitsspeicher und einem Eingangs/Ausgangsanschluss (I/O-Anschluss) versehen ist. Die Steuerung 9 kann eine Mehrzahl von Mikrocomputern umfassen.
Um das obige Kontrollverfahren auszuführen, werden der Steuerung Signale eingegeben von einem Rotationsgeschwindigkeitssensor 10, der eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsschafts 5 detektiert, eines Fahrpedal-Niederdrücksensors 13, der einen Niederdrückgrad eines Fahrpedals, das in einem Fahrzeug vorgesehen ist, ermittelt, von einem Maschinenrotationsgeschwindigkeitssensor 14, der eine Rotationsgeschwindigkeit der Maschine ermittelt, von einem Temperatursensor 15, der eine Temperatur in der Einlasspassage 1 stromauf von dem Kompressor 4 ermittelt und von einem Drucksensor 16, der einen Druck in der Einlasspassage 1 stromauf von dem Kompressor 4 ermittelt.
Da die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsschafts 5 gleich zu der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4 ist, dient der Rotationsgeschwindigkeitssensor 10 als Sensor zur Ermittlung der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4.
Die Steuerung 9 berechnet eine benötigte Einlassluftflussrate Qa für die Maschine 8, basierend auf den obigen Signalen, einschließlich dem Niederdrückgrad des Fahrpedals. Falls die benötigte Einlassluftflussrate Qa größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert, treibt die Steuerung 9 den Kompressor 4 an, indem der elektrische Motor/Generator 4a als elektrischer Motor betrieben wird, um Einlassluft der Maschine 8 vorzuverdichten. Unter diesen Umständen stellt die Steuerung 9 die Einlassluftdrosselklappe 7 in eine voll geöffnete Stellung und stellt das Umgehungsventil 6 in eine voll geschlossene Stellung und führt Energie zu dem elektrischen Motor/Generator 4a von einer Batterie, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, zu.
Falls die benötigte Einlassluftflussrate Qa nicht größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, führt die Steuerung 9 keine Batterieenergie zu dem elektrischen Motor/Generator 4a zu, so dass die Einlassluft nicht vorverdichtet wird, wobei ein Luftfluss in dem Kompressor 4 aufgrund der normalen Ansaugung von Einlassluft durch die Maschine zugelassen wird.
Falls ein negativer Einlassdruck in der Einlasspassage 1 aufgrund eines Einlasstakts der Maschine 8 erzeugt wird, fließt Luft aus der äußeren Umgebung in die Maschine 8 durch die Einlasspassage 1. Folglich wird der Kompressor 4 durch den Fluss an Einlassluft rotierend angetrieben. Das sich ergebende Rotationsdrehmoment wird zu dem elektrischen Motor/Generator durch den Rotationsschaft 5 übertragen. Elektrische Energie wird dadurch in dem elektrischen Motor/Generator 4a erzeugt und in der Batterie gespeichert. Die Steuerung 9 steuert die Öffnungen des Umgehungsventils 6 und der Einlassluftdrosselklappe 7 und die Energieerzeugungsmenge des elektrischen Motors/Generators 4a, um die benötigte Einlassluftflussrate Qa zu gewährleisten, während eine gewünschte Energieerzeugungsmenge beibehalten wird.
Bezug nehmend auf 2 wird eine Routine beschrieben zum Kontrollieren der Drosselklappe 7, des Umgehungsventils 6 und des elektrischen Motors/Generators 4a, die von der Steuerung 9 ausgeführt wird, um das obige Steuerungsverfahren durchzuführen. Diese Routine wird in Intervallen von 10 Millisekunden ausgeführt, während die Maschine 8 arbeitet.
Als erstes errechnet in einem Schritt S101 die Steuerung 9 die benötigte Einlassluftflussrate Qa für die Maschine 8, basierend auf der Maschinenrotationsgeschwindigkeit, die von einem Maschinenrotationsgeschwindigkeitssensor 14 ermittelt wird und auf dem Fahrpedal-Niederdrückgrad, der von einem Fahrpedal-Niederdrückgradsensor 13 ermittelt wird.
Dann ermittelt im Schritt S102 die Steuerung 9 ob oder ob nicht eine Vorverdichterfunktion benötigt wird, durch Vergleich der benötigten Einlassluftflussrate Qa mit einem vorbestimmten Schwellwert.
Falls die benötigte Einlassluftflussrate Qa größer ist als der Schwellwert bestimmt die Steuerung 9, dass ein Vorverdichtervorgang benötigt wird und führt das Verfahren in den Schritten S151–S153 aus.
Im Schritt S151 wird der Kompressor 4 durch Zuführen von Energie zu dem elektrischen Motor 4a betrieben. Dann wird im Schritt S152 die Drosselklappe 7 voll geöffnet. Im nächsten Schritt S153 wird das Umgehungsventil voll geschlossen. Als Ergebnis dieses Verfahrens wird Einlassluft entsprechend der benötigten Einlassluftflussrate Qa durch den Kompressor 4 vorverdichtet. Nach dem Verfahren in Schritt 153 beendet die Steuerung 9 die Routine.
Falls jedoch die benötigte Einlassluftflussrate Qa im Schritt S102 nicht größer ist als der Schwellwert bestimmt die Steuerung 9 dass ein Vorverdichten nicht benötigt wird.
In diesem Fall errechnet die Steuerung 9 die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 in einem Schritt S103, basierend auf dem Druck in der Einlasspassage 1 stromauf von dem Kompressor 4, der durch den Drucksensor 16 ermittelt wird, der Temperatur der Einlasspassage 1 stromauf von dem Kompressor 4, die mit dem Temperatursensor 15 detektiert wird, und der Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsschafts 5, die von dem Rotationsgeschwindigkeitssensor 10 ermittelt wird. Die errechnete Ausstoßflussrate Qs ist eine Massenflussrate. Der Verdrängungskompressor 4 stößt eine vorgegebene Menge an Luft bei jeder Rotation aus. Daher kann die Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4 und der Ausstoßflussrate Qs mit der folgenden Formel ausgedrückt werden. Qs = (Koeffizient)·(Druck der Einlasspassage 1 stromauf von dem Kompressor 4)·(Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4)/(Temperatur der Einlasspassage 1 stromauf von dem Kompressor 4).
Die Steuerung 9 berechnet den Unterschied Qb zwischen der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 und der benötigten Einlassluftflussrate Qa im nächsten Schritt S104 unter Verwendung der folgenden Formel: Ob = Qa – Qs.
Im nächsten Schritt S105 ermittelt die Steuerung 9 ob oder ob nicht der Unterschied Qb größer oder gleich Null ist. Falls Qb größer oder gleich Null ist, mit anderen Worten, falls die benötigte Einlassluftflussrate Qa größer oder gleich der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 ist, setzt die Steuerung 9 in einem Schritt S106 die Drosselklappe 7 auf ganz offen oder auf eine Öffnung, die größer ist als eine Öffnung, die der benötigen Einlassluftflussrate Qa entspricht.
In einem nächsten Schritt 107 verwendet die Steuerung den Unterschied Qb, um in einer Karte nachzuschauen, die Eigenschaften hat, die auf einer Kurve entsprechend Qb > 0 in 3 gezeigt sind und errechnet eine Soll-Öffnung des Umgehungsventils 6. Die Karte ist vorab in dem Speicher (Nur-Lesespeicher) der Steuerung 9 gespeichert. Diese Karte zeigt, dass sowie der Unterschied Qb sich vergrößert, mit anderen Worten, sowie die benötigte Einlassluftflussrate Qa größere Werte annimmt als die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4, wird die Soll-Öffnung des Umgehungsventils 6 vergrößert.
In einem Schritt S108 steuert die Steuerung 9 die Öffnung des Umgehungsventils 6 auf die Soll-Öffnung, die im Schritt 107 gesetzt wurde. Nach dem Verfahren in dem Schritt 108 beendet die Steuerung die Routine.
Wie oben gezeigt, falls die benötigte Einlassluftflussrate Qa größer oder gleich zu der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 ist, wird die Steuerung der Einlassluftflussrate in den Schritten S106–S108 durch das Umgehungsventil 6 gesteuert und nicht durch die Drosselklappe 7.
Falls in dem Schritt S105 die benötigte Einlassluftflussrate Qa niedriger als die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 ist, führt die Steuerung 9 das Verfahren in den Schritten S109–S111 durch. Der Fall, dass die Einlassluftflussrate Qa niedriger als die Ausstoßflussrate Qs ist, tritt auf, falls die Maschinenlast eine zeitliche Fluktuation durchläuft.
Im Schritt S109 steuert die Steuerung 9 die Öffnung der Drosselklappe 7 zu einer Öffnung, die der benötigten Einlassluftflussrate Qa entspricht.
Dann errechnet im Schritt 110 die Steuerung 9 die Soll-Öffnung des Umgehungsventils 6 durch Nachschauen in einer Karte, die Eigenschaften hat, die in einer Kurve gezeigt sind, entsprechend Qb < 0, wie in 3 gezeigt. Diese Karte ist in dem Speicher (Nur-Lesespeicher) der Steuerung 9 vorgespeichert. Diese Karte zeigt, dass sowie ein negativer Wert für Qb sich vergrößert, mit anderen Worten, sowie die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 größere Werte annimmt als die benötigte Einlassluftflussrate Qa, die Öffnung des Umgehungsventils 6 vergrößert wird.
Im nächsten Schritt 111 steuert die Steuerung 9 die Öffnung des Umgehungsventils 6 auf den Soll-Öffnungswert, der im Schritt 110 gesetzt wurde. Nach dem Verfahren in dem Schritt 111 beendet die Steuerung 9 die Routine.
Um das Verfahren in Bezug auf die Steuerung der Öffnung des Umgehungsventils 6 zusammenzufassen, falls der Unterschied Qb der benötigten Einlassluftflussrate Qa und der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 Null ist, ist das Umgehungsventil 6 vollständig geschlossen. Falls der Unterschied Qb zwischen der benötigten Einlassluftflussrate Qa und der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 sich vergrößert, wird die Öffnung des Umgehungsventils 6 vergrößert. Falls jedoch die benötigte Einlassluftflussrate Qa die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 übertrifft, in anderen Worten, während des Vorverdichtungsvorgangs, wenn die Einlassluftflussrate Qa größer als die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 ist, ist die Öffnung des Umgehungsventils 6 größer als die Öffnung des Umgehungsventils 6, während der normalen Luftansaugung in Bezug auf denselben Absolutwert |Qb|.
Bezug nehmend auf die 4A bis 4D wird die Variation der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4, der Öffnung der Drosselklappe 7 und der Öffnung des Umgehungsventils 6 relativ zu der Variation der Einlassluftflussrate der Maschine 8 gemäß der Ausführung dieser Steuerungsroutine beschrieben.
Hierbei ist die benötigte Einlassluftflussrate Qa der Maschine 8 fest. Die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4 wird durch den Inverter kontrolliert in Abhängigkeit von der benötigten Energieerzeugungsmenge. Zum Beispiel sogar für den Fall, dass der negative Einlassdruck der Maschine 8 konstant ist, wächst die Energieerzeugungslast des elektrischen Motors/Generators 4a, falls die benötigte Energieerzeugungsmenge groß ist.
Als Folge davon wird der Rotationswiderstand des elektrischen Motors/Generators 4a groß, was ein Absinken der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4 verursacht. Andererseits, falls die benötigte Energieerzeugungsmenge klein ist, ist der Rotationswiderstand des elektrischen Motors/Generators 4a auch klein und als Folge davon erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4. Dies ist die Folge davon, dass die Energieerzeugungslast des elektrischen Motors/Generators 4a klein ist.
Zu einem Zeitpunkt t0 ist die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4, wie in 4C gezeigt, klein und die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 ist kleiner als die benötigte Einlassluftflussrate Qa der Maschine 8. Unter diesen Umständen ist die Drosselklappe 7 im Schritt S109 voll geöffnet oder wird bei einer Öffnung beibehalten, die größer ist als die Öffnung entsprechend der benötigten Einlassluftflussrate Qa. Ein Mangel an Luft, falls vorhanden, wird durch die Umgehungspassage 3 ausgeglichen.
Im Schritt S107 wird die Soll-Öffnung des Umgehungsventils 6 zu dieser Zeit ermittelt durch Nachschauen in einer Karte, die Eigenschaften hat, die durch die Kurve entsprechend Qb ≥ 0 in 3 gezeigt sind. Die Soll-Öffnung wird nachgeschaut, basierend auf dem Unterschied Qb der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 unter der benötigten Einlassluftflussrate Qa.
In dem Intervall von der Zeit t0 und t1, bei der die Bedingung Qb ≥ 0 gegeben ist, wird das Verfahren in den Schritten S106–S108 wiederholt. Die Öffnung des Umgehungsventils 6 wird nach und nach verkleinert als Folge von Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4.
Zur Zeit t1, also zu der Zeit, bei der die Ausstoßluftflussrate Qs gleich wird mit der benötigten Einlassluftflussrate Qa der Maschine 8 oder in anderen Worten zu der Zeit, bei der Qb einen Wert Null annimmt, wird die Öffnung des Umgehungsventils Null.
In dem Intervall t1 bis t2 wird zur das Verfahren in den Schritten S109–S111 wiederholt, da die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 größer ist als die benötigte Einlassluftflussrate Qa der Maschine 8. Mit anderen Worten, die Öffnung der Drosselklappe 7 im Schritt S109 wird gemäß einer Öffnung eingestellt, die der benötigen Einlassluftflussrate Qa entspricht.
Im Schritt S110 wird die Soll-Öffnung des Umgehungsventils 6 durch Nachschauen in einer Karte bestimmt, die Eigenschaften hat, wie sie in der Kurve entsprechend Qb < 0 in 3 gezeigt sind. Die Öffnung wird auf Grundlage des Unterschieds Qb der benötigten Einlassluftflussrate Qa und der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 bestimmt. Im Schritt S111 wird die Öffnung des Umgehungsventils 6 auf die Soll-Öffnung eingestellt. Die Öffnung des Umgehungsventils 6 vergrößert sich sowie der Absolutwert der Differenz Qb sich erhöht.
In der Nähe der Zeit t2 verändert sich die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4 von einer Erhöhung zu einer Erniedrigung. Als Folge davon verringert sich die Öffnung des Umgehungsventils 6 sobald der Unterschied zwischen der benötigten Einlassluftflussrate Qa und der Ausstoßflussrate Qs des Kompressors sich erniedrigt.
Zur Zeit t3 entspricht die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 wieder der benötigten Einlassluftflussrate Qa der Maschine 8. An diesem Punkt ist das Umgehungsventil 6 vollständig geschlossen.
Nach der Zeit t3 übertrifft die benötigte Einlassluftflussrate Qa die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4. Die Drosselklappe 7 wird wieder voll geöffnet oder auf eine größere Öffnung geöffnet als die Öffnung entsprechend der benötigten Einlassluftflussrate Qa. Da der Unterschied Qb sich wiederum erhöht unter der Bedingung Qb ≥ 0, wird das Umgehungsventil 6, das vollständig geschlossen wurde, wieder geöffnet. Die Öffnung erhöht sich sowie die Zeit fortschreitet.
Als nächstes wird unter Bezug auf 5 die rückgewonnene Energie durch den elektrischen Motor/Generator 4a beschrieben.
Die Figur zeigt die Energieerzeugungseigenschaften des elektrischen Motors/Generators 4a. Gemäß dieser Figur erhöht sich bei einer Maschinenlast, die größer oder gleich einem festen Wert ist, das Energieerzeugungspotenzial des elektrischen Motors/Generators 4a, sowie die Rotationsgeschwindigkeit der Maschine 8 sich erhöht oder sowie die Last der Maschine 8 sich verringert.
Falls die Last der Maschine 8 niedrig ist, regelt die Vorrichtung aus dem Stand der Technik die Einlassluftflussrate durch Verringern der Öffnung der Drosselklappe. Falls sich jedoch die Öffnung der Drosselklappe verringert, verringert sich der Druck in einem Raum zwischen der Drosselklappe und der Maschine und führt zu Pumpverlust. Gemäß der Vorverdichtervorrichtung, wie oben beschrieben, ist die Drosselklappe voll geöffnet oder wird in einer Öffnung gehalten, die größer oder gleich der Öffnung entsprechend der benötigten Einlassluftflussrate Qa ist, solange die benötigte Einlassluftflussrate Qa größer als die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 ist.
Gemäß dieser Steuerung werden die Pumpverluste durch die Verkleinerung der Drosselklappenöffnungen nicht auftreten. Mit anderen Worten, die Energie, die bei der Vor richtung gemäß dem Stand der Technik verloren war, kann hier gemäß dieser Vorverdichtervorrichtung zurück gewonnen werden.
Weiter ist bei dieser Vorverdichtervorrichtung der elektrische Motor/Generator 4a normalerweise fähig Energie zu erzeugen, mit Ausnahme für den Fall, dass ein Vorverdichten benötigt wird, so dass eine hohe Energierückgewinnungseffizienz erreicht wird.
Andererseits, unabhängig von der Vorverdichtung, wird, wenn die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4 von der benötigten Einlassluftflussrate Qa abweicht, das Umgehungsventil 6 so betrieben, dass der Unterschied kompensiert wird, so dass die benötigte Einlassluftflussrate Qa erreicht wird.
Also ist es mit dieser Vorverdichtervorrichtung möglich, sowohl die benötigte Energieerzeugungsmenge als auch die benötigte Einlassluftflussrate gleichzeitig zu erreichen und auch die Antwortcharakteristik für die Steuerung der Einlassluftflussrate zu erhöhen.
Der Inhalt von Tokugan 2003-087972, mit einem Anmeldetag vom 27. März 2003 in Japan, wird hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen.
Auch wenn diese Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Änderungen und Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden dem Fachmann einfallen, innerhalb des Bereichs der Ansprüche.
Zum Beispiel ist in dieser Ausführungsform die Ausstoßflussrate Qs des Kompressors 4, basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors 4, und dem Druck und der Temperatur der Einlasspassage 1 berechnet. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausstoßflussrate des Kompressors 4 ohne eine Erhöhung des Widerstands für den Fluss an Einlassluft zu bestimmen. Jedoch ist es natürlich auch möglich, die Ausstoßflussrate des Kompressors 4 durch zur Verfügung stellen von einem Luftflussmesser in dem Auslassanschluss des Kompressors 4 zu bestimmen.
Es ist auch möglich, die Einlassluftflussrate der Maschine 8 ohne Verwendung einer Drosselklappe 7 zu ändern, z.B. durch Änderung der Hubhöhe eines Lufteinlassventils der Maschine 8.
Die Ausführungsformen dieser Erfindung, für die ein Exklusivrecht oder Privileg beansprucht wird, sind wie folgt definiert:

Claims

Vorverdichtervorrichtung zum Vorverdichten von Einlassluft in der Einlasspassage (1) einer Verbrennungsmaschine (8) basierend auf der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) mit: einem Verdrängervorverdichter (4), der in der Einlasspassage (1) angeordnet ist; einem elektrischen Motor (4a) zum Antreiben des Vorverdichters (4) in Abhängigkeit von der zugeführten elektrischen Energie, wobei der elektrische Motor (4a) als Generator arbeitet, wenn von dem Vorverdichter (4) Rotationsenergie eingegeben wird; einer Umgehungspassage (3), die den Vorverdichter (4) umgeht und einen stromauf liegenden Teil und einen stromab liegenden Teil der Lufteinlasspassage (1) verbindet; ein Umgehungsventil (6), das die Umgehungspassage (3) öffnet und schließt; und eine programmierbare Steuerung (9), die programmiert ist, um: die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) zu bestimmen (S103); den Vorverdichter (4) anzutreiben, in dem elektrische Energie dem elektrischen Motor (4a) zugeführt wird, um Einlassluft in der Einlasspassage (1) vorzuverdichten, wenn die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist (S151) und den elektrischen Motor/Generator (4a) elektrische Energie erzeugen zu lassen, durch eine Rotationsenergieeingabe von dem Vorverdichter (4) der gemäß einem Luftfluss in der Einlasspassage (1) rotierend angetrieben wird, wenn die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) nicht größer als der Schwellwert ist (S106 bis S111); dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiterhin programmiert ist, um eine Öffnung des Umgehungsventils (6) einzustellen, basierend auf der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) (S107, S108, S110, S111), sodass das Umgehungsventil (6) öffnet, falls ein Unterschied zwischen der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) nicht Null ist.
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiterhin zum Einstellen der Öffnung des Umgehungsventils (6) programmiert ist, sodass das Umgehungsventil (6) öffnet, falls die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) größer als die benötigte Einlassflussrate der Maschine ist.
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiter zur Vergrößerung der Öffnung des Umgehungsventils (6) programmiert ist, sobald der Unterschied zwischen der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) sich vergrößert.
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiter zum Schließen des Umgehungsventils (6) programmiert ist, wenn die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) größer als der Schwellwert ist (S153).
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiter zum Vergrößern der Öffnung des Umgehungsventils (6) programmiert ist, sobald ein Unterschied zwischen der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) sich vergrößert, falls die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) nicht größer ist als der Schwellwert (S107, S110).
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiter zum Öffnen des Umgehungsventils (6) in einem größeren Maße programmiert ist, für den Fall, dass die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) nicht größer als die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) ist, als in dem Fall, in dem die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) größer ist als die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) (S107, S110).
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter eine Drosselklappe (7) in der Einlasspassage (1) stromab von dem Vorverdichter (4) umfasst und die Umgehungspassage (3) so ausgebildet ist, dass sie von der Einlasspassage (1) stromauf von dem Vorverdichter (4) abzweigt und in die Einlasspassage (1) stromauf von der Drosselklappe (7) einmündet.
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in Anspruch 7 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiter zur Öffnung der Drosselklappe (7) programmiert ist, größer als eine Öffnung entsprechend der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8), wenn die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) nicht kleiner als die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) ist (S106).
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in Anspruch 7 oder 8 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) weiter dazu programmiert ist, die Drosselklappe (7) auf eine Öffnung einzustellen, die der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) entspricht, falls die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) kleiner als die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) ist (S109).
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin umfasst einen Sensor (10), der eine Rotationsgeschwindigkeit des Vorverdichters (4) ermittelt, einen Sensor (16), der einen Druck der Einlasspassage (1) stromauf von dem Vorverdichter (4) ermittelt und einen Sensor (15), der eine Temperatur der Einlasspassage (1) stromauf von dem Vorverdichter (4) ermittelt und die Steuerung (9) weiter programmiert ist, die Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) basierend auf der Temperatur und dem Druck der Einlasspassage (1) stromauf von dem Vorverdichter (4) und der Rotationsgeschwindigkeit des Vorverdichters (4) zu ermitteln (S103).
Die Vorverdichtervorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 definiert, dadurch gekennzeichnet, die Vorrichtung zur Verwendung mit einer Maschine (8) eines Fahrzeugs mit einem Fahrpedal ausgebildet ist, wobei weiterhin ein Sensor (13) vorgesehen ist, der einen Niederdrückgrad des Fahrpedals enmittelt und wobei die Steuerung (9) weiterhin programmiert ist, um die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) ausgehend von dem Niederdrückgrad des Fahrpedals zu errechnen (S101).
Ein Steuerungsverfahren für eine Vorverdichtereinrichtung zum Vorverdichten von Einlassluft in einer Einlasspassage (1) einer Verbrennungsmaschine (8) basierend auf der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8), wobei die Vorrichtung umfasst: einen Verdrängervorverdichter (4), der in der Einlasspassage (1) angeordnet ist; einen elektrischen Motor (4a), der den Vorverdichter (4) in Abhängigkeit von der zugeführten elektrischen Energie antreibt, wobei der elektrische Motor (4a) als Generator arbeitet, wenn Rotationsenergie von dem Vorverdichter (4) eingegeben wird; eine Umgehungspassage (3), die den Vorverdichter (4) umgeht und die einen stromauf liegenden Teil und einen stromab liegenden Teil einer Einlasspassage (1) verbindet, und ein Umgehungsventil (6), welches die Umgehungspassage (3) öffnet und schließt, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) (S103); Antreiben des Vorverdichters (4) durch Zuführen von elektrischer Energie zu dem elektrischen Motor (4) um Einlassluft in der Einlasspassage (1) vorzuverdichten, falls die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist (S151) und Veranlassen des elektrischen Motors/Generators (4a) elektrische Energie zu erzeugen mit einer Rotationsenergie, die von dem Vorverdichter (4) eingegeben wird, der gemäß einem Luftfluss in der Einlasspassage (3) rotierend angetrieben wird, falls die benötigte Einlassluftflussrate der Maschine (8) nicht größer als der Schwellwert ist (S106, 111); gekennzeichnet durch Einstellen der Öffnung des Umgehungsventils (6) ausgehend von der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) und der benötigten Einlassluftflussrate der Maschine (8) (S107, S110, S111), sodass das Umgehungsventil (6) öffnet, falls ein Unterschied zwischen der Ausstoßflussrate des Vorverdichters (4) und der benötigten Einlassflussrate der Maschine (8) nicht Null ist.