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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät und -verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bzw.
9.
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Üblicherweise
hat eine Brennkraftmaschine für
ein Fahrzeug und dergleichen verschiedenen Arten von Elementen,
die durch einen Aktuator angetrieben werden. Eine variable Düse (Düsenklappen) eines
Turboladers mit variabler Düse
ist eines der vorstehend erwähnten
Elemente oder angetriebenen Elemente.
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Die
variable Düse
ist in einem Abgaskanal angeordnet, durch den das Abgas aus der
Brennkraftmaschine gegen ein Turbinenrad des Turboladers geblasen
wird. Die variable Düse
wird so betrieben, d. h. sie wird so geöffnet oder geschlossen, dass eine
Fläche
des Abgaskanals geändert
wird, durch den das Abgas hindurch strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit des durch
den Abgaskanal hindurch strömenden
Abgases wird variabel, um so die Drehzahl des Turboladers zu ändern. Dies
ermöglicht
eine Einstellung eines Verstärkungsdrucks
oder eines Einlassdrucks.
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Als
ein Aktuator zum Betreiben der variablen Düse kann ein Gleichstrommotor
(DC-Motor) verwendet werden. Der DC-Motor wird angetrieben, um die
variable Düse
auf der Grundlage einer vorbestimmten Referenzposition zu versetzen.
Die Öffnung
der variablen Düse
kann somit eingestellt werden, um so den Verstärkungsdruck der Brennkraftmaschine
zu ändern.
Die variable Düse
hat Stopper, die Grenzpunkte an der vollständig geschlossenen Seite und
an der vollständig
geöffneten
Seite jenes Bereichs definieren, in dem die variable Düse versetzt
wird, um so eine übermäßige Versetzung
der variablen Düse über die
Grenzpunkte hinaus zu verhindern.
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Die
Referenzposition, auf dessen Grundlage die variable Düse versetzt
wird, kann als der Punkt festgelegt werden, bei dem die variable
Düse vollständig geöffnet ist.
In diesem Fall wird die variable Düse unmittelbar nach dem Starten
der Brennkraftmaschine zu der Öffnungsseite
versetzt, bis sie an dem Stopper anschlägt. Die Position, an der die
variable Düse
an dem Stopper anschlägt,
nämlich
die vollständig
geöffnete
Position, wird als die Referenzposition festgelegt. Die variable
Düse kann
zu der vollständig
geöffneten
Seite während
des Betriebs der Kraftmaschine versetzt werden, wie z. B. beim Starten
der Kraftmaschine. Dies ist dadurch begründet, dass eine derartige Versetzung
keine übermäßige Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases verursachen kann, das gegen das Turbinenrad geblasen
wird, wodurch ein übermäßiger Anstieg
des Verstärkungsdrucks
der Kraftmaschine verhindert wird.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Referenzposition der variablen
Düse bei
jedem Start der Kraftmaschine bestimmt. Dies ermöglicht es, die variable Düse in angemessener
Weise hinsichtlich der Referenzposition beim Starten der Kraftmaschine zu
versetzen, auch wenn die variable Düse zum Zwecke einer Inspektion
oder dergleichen während
eines Stopps der Kraftmaschine manuell betätigt wird.
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Falls
sich die variable Düse
an dem Punkt nahe der vollständig
geschlossenen Position befindet, und falls die vollständig geöffnete Position
als die Referenzposition festgelegt ist, dann wurde sie von dem
Punkt versetzt, der von der Referenzposition weit entfernt ist.
Dementsprechend wird sich die variable Düse, die sich an der vollständig geschlossenen Position
befindet, nicht wahrscheinlich mit einer Genauigkeit versetzen.
Eine derartige Versetzung kann zum Einstellen des Verstärkungsdrucks
unerwünscht sein.
Wenn sich die variable Düse
an dem Punkt nahe der vollständig
geschlossenen Position befindet, dann kann das Schalten der variablen
Düse von der
Referenzposition einen starken Einfluss auf die Drehung des Turboladers
haben. Daher ist es wichtig, die variable Düse mit Genauigkeit zu versetzen.
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Gemäß dem Toyota
Technical Report (Nr. 11489) wurde die Technik zum Festlegen der
Referenzposition zum Versetzen der variablen Düse eingeführt. Die Technik zum Festlegen
der Referenzposition wird unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm beschrieben,
das in der 8 gezeigt ist. Das Zeitdiagramm
zeigt jeweils Änderungen
der Kraftmaschinendrehzahl (a), der Öffnung der variablen Düse (b) und
des Einlassdrucks (c) hinsichtlich einer Zeitachse.
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Gemäß der Technik
wird die Referenzposition während
eines Leerlaufs der Brennkraftmaschine festgelegt. Während des
Leerlaufbetriebs unmittelbar nach dem Starten der Kraftmaschine
wird die variable Düse
allmählich
zu der Schließseite
versetzt. Zusammen mit der Versetzung der variablen Düse wird die
Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases hoch, das gegen das Turbinenrad geblasen wird, so dass sich
allmählich
der Einlassdruck erhöht.
Die Referenzposition ist als jener Punkt bestimmt, bei dem sich
die variable Düse
befindet, wenn sich der Einlassdruck erhöht, so dass er einen vorbestimmten Wert
erreicht.
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Bei
der vorstehend erwähnten
Technik entspricht die Referenzposition dem Punkt, der näher an der
vollständig
geschlossenen Position ist. Falls sich die variable Düse an einem
Punkt nahe der vollständig
geschlossenen Position befindet, um die Öffnung einzustellen, dann kann
die Versetzung der variablen Düse
an einem Punkt nahe der Referenzposition durchgeführt werden.
Dies ermöglicht
eine genaue Versetzung der variablen Düse. Daher ist eine derartige
Versetzung zum Einstellen des Verstärkungsdrucks geeignet.
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Jedoch
reduziert eine Versetzung der variablen Düse zu der Schließseite den
Flächeninhalt
des Abgaskanals, durch den das Abgas hindurch strömt. Die
resultierende Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases wird erhöht,
das gegen das Turbinenrad geblasen wird, was zu der erhöhten Drehzahl
des Turboladers führt.
Daher kann eine Versetzung der variablen Düse unter einer Last einen nachteiligen
Einfluss auf die Kraftmaschine mit sich bringen. Es ist daher vorzuziehen,
die variable Düse
zu der Schließseite
zum Festlegen der Referenzposition während des Leerlaufbetriebs
zu versetzen, was den nachteiligen Einfluss der Versetzung auf die
Kraftmaschine minimieren kann.
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Es
ist vorzuziehen, die Referenzposition dadurch festzulegen, dass
die variable Düse
zu der Schließseite
während
des Leerlaufbetriebs insbesondere bei einem Zeitpunkt direkt nach
dem Start der Kraftmaschine versetzt wird, so dass die variable Düse hinsichtlich
der Referenzposition bei einer früheren Stufe direkt nach dem
Starten der Kraftmaschine versetzt werden kann.
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Falls
das Fahrzeug unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine gestartet
wird, dann wird ein Leerlaufbetrieb direkt nach dem Start der Kraftmaschine
nicht durchgeführt.
Es ist nicht vorzuziehen, die Referenzposition dadurch festzulegen,
dass die variable Düse
zu der Schließseite
bei einem Zeitpunkt außer
nach dem Start der Kraftmaschine versetzt wird. Infolgedessen wird
der Verstärkungsdruck dadurch
eingestellt, dass die variable Düse
ohne Festlegen der Referenzposition versetzt wird. Infolgedessen
kann die variable Düse
nicht mit Genauigkeit versetzt werden.
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US-4
385 602 offenbart ein gattungsgemäßes Steuergerät für eine Brennkraftmaschine
zum Steuern eines Aktuators, der ein angetriebenes Element innerhalb
eines Versetzungsbereichs versetzt, der durch einen Stopper begrenzt
ist, wobei das Steuergerät
eine Steuereinrichtung aufweist, die den Aktuator antreibt, bis
das angetriebene Element an den Stopper anschlägt, und die die Position des
angetriebenen Elements bestimmt, wenn es an den Stopper anschlägt, und
zwar als eine Referenzposition in einem Stoppzustand der Brennkraftmaschine.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine vorzusehen,
das das Startvermögen
der Brennkraftmaschine verbessert.
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Diese
Aufgabe wird durch das Steuergerät für eine Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch das Verfahren mit den
Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
Die Erfindung ist weiter gebildet, wie dies in den abhängigen Ansprüchen definiert
ist.
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Falls
der Aktuator so angetrieben wird, dass das angetriebene Element
an den Stopper während der
Fahrt der Kraftmaschine anliegt, um so die Referenz festzulegen,
kann der Betriebszustand der Kraftmaschine verschlechtert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird der Aktuator während
eines Stopps der Kraftmaschine angetrieben, um so die Referenzposition
bei dem nachfolgenden Start der Kraftmaschine festzulegen, so dass
das angetriebene Element ohne nachteiligen Einfluss auf den Betriebszustand
der Kraftmaschine versetzt wird. Da die Referenzposition zum Versetzen
des angetriebenen Elements bereits bei einem Zeitpunkt nach dem Start
der Kraftmaschine festgelegt wurde, kann dieses hinsichtlich der
Referenzposition genau versetzt werden.
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Das
angetriebene Element ist eine variable Düse, die geöffnet/geschlossen wird, um
so die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases variabel zu gestalten, das gegen das Turbinenrad des
Turboladers geblasen wird.
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Der
Aktuator zum Betreiben des vorstehend beschriebenen Ventilmechanismus
wie z. B. die variable Düse,
ein Drosselventil und ein EGR-Ventil kann einen Elektromotor aufweisen,
wie z. B. einen Gleichstrommotor (DC-Motor), ein Drehsolenoid und dergleichen.
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Wenn
sich das angetriebene Element von dem Stopper weiter weg als eine
vorbestimmte Anfangsposition befindet, dann legt die Steuervorrichtung
die vorbestimmte Anfangsposition als die Referenzposition fest.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird die Anfangsposition als die Referenzposition festgelegt, auch
wenn das angetriebene Element aus einem bestimmten Grund nach dem
nachfolgenden Starten der Kraftmaschine den Stopper nicht erreicht
hat. Das angetriebene Element kann somit bei einer früheren Stufe
direkt nach dem Starten der Kraftmaschine genau versetzt werden.
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Die
Steuervorrichtung überwacht
einen Betriebszustand des Aktuators, und sie bestimmt, ob ein Anschlagen
des angetriebenen Elements an den Stopper auf der Grundlage des überwachten
Betriebszustands des Aktuators abgeschlossen wurde.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
kann das Abschließen
des Anschlagens des angetriebenen Elements an den Stopper genau
erfasst werden. Falls der Elektromotor wie z. B. der DC-Motor, ein Momentenmotor
und ein Drehsolenoid als der Aktuator verwendet wird, dann wird
die Motorstromstärke überwacht,
um den Betriebszustand des Aktuators zu bestimmen.
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Die
Steuervorrichtung versetzt das angetriebene Element in einer Richtung,
die der Richtung des Anschlagens entgegengesetzt ist, und zwar bevor das
angetriebene Element an den Stopper anschlägt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird das angetriebene Element in einer Richtung versetzt, die jener
Richtung entgegengesetzt ist, in der das angetriebene Element an
den Stopper anschlägt,
so dass Ablagerungen beseitigt werden können, die an dem Versetzungspfad
des angetriebenen Elements haften. Es ist vorzuziehen, das angetriebene
Element in der entgegengesetzten Richtung innerhalb jenes Bereichs
zu versetzen, in dem das angetriebene Element zum Beseitigen der
Ablagerungen versetzt werden darf. Falls die entgegengesetzte Versetzung
des angetriebenen Elements während
eines Stopps der Kraftmaschine durchgeführt wird, können die Ablagerungen zumindest
einmal bei jedem Betrieb der Kraftmaschine beseitigt werden.
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Die
Steuervorrichtung verzögert
oder stoppt die Versetzung des angetriebenen Elements zu dem Stopper,
direkt bevor das angetriebene Element an den Stopper anschlägt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
kann ein Stoß reduziert
werden, der durch das Anschlagen des angetriebenen Elements an den
Stopper verursacht wird, wodurch das Auftreten von Defekten wie z.
B. eine Verformung des Stoppers beschränkt wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Gesamtaufbaus eines Turboladers
mit variabler Düse,
der bei einer Kraftmaschine vorgesehen ist, und eines Steuergeräts zum Antreiben
und Steuern des variablen Düsensystems
des Turboladers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 zeigt
eine Draufsicht eines detaillierten Aufbaus des variablen Düsensystems;
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3 zeigt
eine Schnittansicht, bei der das variable Düsensystem in der 2 aus
einer Richtung eines Pfeils A-A betrachtet wird;
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Zustands, bei dem ein Öffnungs-/Schließhebel des variablen
Düsensystems
an einem Stopper anschlägt;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm von Prozeduren zum Anschlagen einer Düsenklappe
an einer Schließseite;
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6 zeigt
ein Zeitdiagramm von Änderungen
eines Betriebszustands eines Zündschalters,
einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Düsenklappenposition und einer
DC-Motorstromstärke bezüglich der verstrichenen
Zeit, wenn das Anschlagen durchgeführt wird, wenn die Kraftmaschine
gestoppt wird;
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7 zeigt
ein Flussdiagramm von Prozeduren zum Festlegen einer Referenzposition;
und
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8 zeigt
ein Zeitdiagramm eines Übergangs
einer Kraftmaschinendrehzahl, eines Öffnungswinkels der variablen
Düse und
eines Einlassdrucks bezüglich
der verstrichenen Zeit zum Darstellen eines herkömmlichen Verfahrens zum Bestimmen
der Referenzposition.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben,
das bei einer Onboard-Kraftmaschine
mit einem Turbolader verwendet wird, der eine variable Düse aufweist.
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Wie
dies in der 1 gezeigt ist, sind ein stromaufwärtiger Abschnitt
eines Einlasskanals 2 und ein stromabwärtiger Abschnitt eines Abgaskanals 3 einer
Kraftmaschine 1 jeweils mit einem Turbolader 4 verbunden.
Der Turbolader 4 hat ein Verdichterrad 5, das
Luft zu einer stromabwärtigen
Seite des Einlasskanals 2 schickt, und ein Turbinenrad 6,
das sich dann dreht, wenn das Abgas darauf geblasen wird, das durch
den Abgaskanal 3 hindurch tritt. Das Verdichterrad 5 dreht
sich zusammen mit dem Turbinenrad 6, um so die in die Kraftmaschine 1 eingelassene
Luftmenge zu vermehren. Dies ermöglicht
eine Erhöhung
der Abgabe der Kraftmaschine 1.
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Der
Turbolader 4 hat ein variables Düsensystem 7 in dem
Abgaskanal, durch den das Abgas gegen das Turbinenrad 6 geblasen
wird. Das variable Düsensystem 7 dient
als ein Ventilsystem, das geöffnet
und geschlossen wird, um so die Querschnittsfläche des Abgaskanals zu ändern, durch
die das Abgas hindurch strömt.
Die Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases, das gegen das Turbinenrad 6 geblasen wird, kann
nämlich
dadurch eingestellt werden, dass der Querschnittsflächeninhalt
des Abgaskanals geändert
wird. Die Drehzahl des Turboladers 4 ändert sich, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases ändert,
so dass ein Verstärkungsdruck
(Einlassdruck) der Kraftmaschine 1 eingestellt wird.
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Ein
Gleichstrommotor (DC-Motor) 9, der durch eine Steuervorrichtung 8 gesteuert
wird, dient als ein Aktuator zum Betreiben des variablen Düsensystems 7.
Düsenklappen
(variable Düsen) 10 des variablen
Düsensystems 7 werden
durch Antreiben des DC-Motors 9 betrieben. Wenn die Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
versetzt wird, dann wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases erhöht,
das gegen das Turbinenrad 6 geblasen wird, so dass die Drehzahl
des Turboladers 4 erhöht
wird, was den Verstärkungsdruck
der Kraftmaschine 1 erhöht. Wenn
die Düsenklappen 10 andererseits
zu der Öffnungsseite
versetzt werden, dann wird die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases
verringert, das gegen das Turbinenrad 6 geblasen wird,
so dass die Drehzahl des Turboladers 4 reduziert wird,
wodurch der Verstärkungsdruck
der Kraftmaschine 1 reduziert wird.
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Die
Steuervorrichtung 8, die den DC-Motor 9 antreibt
und steuert, nimmt Signale auf, die von einem Düsenpositionssensor 11 zum
Erfassen der Position der Düsenklappe 10 gesendet
werden, und sie beinhaltet eine Stromerfassungsschaltung 8a zum Erfassen einer
Stromstärke
des DC-Motors 9. Die Steuervorrichtung 8 ist mit
einer elektronischen Steuereinheit für die Kraftmaschine (Kraftmaschinen-ECU) 12 verbunden,
die einen Betrieb der Kraftmaschine 1 steuert, und sie
ist so strukturiert, dass sie einen Befehl aufnimmt, der von der
Kraftmaschinen-ECU 12 gesendet wird. Die Kraftmaschinen-ECU 12 nimmt
Signale auf, die von einem Kraftmaschinen-Drehzahlsensor 13 zum
Erfassen der Kraftmaschinendrehzahl gesendet werden, sowie Signale,
die von einem Zündschalter 14 gesendet
werden, der durch einen Fahrer des Fahrzeugs zum Starten oder zum
Stoppen der Kraftmaschine 1 betätigt wird.
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Als
Nächstes
wird ein Aufbau des variablen Düsensystems 7 unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 im Einzelnen
beschrieben. Die 2 zeigt eine Vorderansicht des
variablen Düsensystems 7 bei
Betrachtung von der Seite des Verdichterrads 5 (obere Seite,
wie sie in der 1 gezeigt ist). Die 3 zeigt
eine seitliche Schnittansicht des variablen Düsensystems 7 bei Betrachtung
entlang einer Richtung der Linien A-A in der 2.
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Wie
dies in den 2 und 3 dargestellt ist,
hat das variable Düsensystem 7 eine
ringförmige Düsenrückplatte 21.
In der Düsenrückplatte 21 sind viele
Wellen 22 in gleichmäßigen Winkelintervallen hinsichtlich
der Mitte der Platte 21 angeordnet. Jede Welle 22,
die die Düsenrückplatte 21 in
deren Dickenrichtung durchdringt, ist drehbar gestützt. Ein Ende
(das untere Ende bei Betrachtung der 3) der jeweiligen
Welle 22 ist an der Düsenklappe 10 gesichert.
Das andere Ende (das obere Ende bei Betrachtung der 3)
der Welle 22 ist an einem Hebel 23 gesichert,
der sich senkrecht zu der Welle 22 zu dem Außenumfang
der Düsenrückplatte 21 erstreckt.
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Eine
ringartige Ringplatte 24 ist zwischen dem Hebel 23 und
der Düsenrückplatte 21 derart
eingefügt,
dass die ringartige Ringplatte 24 mit der Düsenrückplatte 21 überlagert
ist. Die Ringplatte 24 ist so strukturiert, dass sie sich
in einer Umfangsrichtung beim Antreiben des DC-Motors 9 dreht.
Die Ringplatte 24 hat viele Stifte 25, die in
gleichmäßigen Winkelintervallen
hinsichtlich ihrer Mitte angeordnet sind. Die Stifte 25 sind
so miteinander verbunden, dass sie hinsichtlich des entsprechenden
Hebels 23 schwenkbar sind.
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Wenn
sich die Ringplatte 24 um ihre Mittelachse beim Antreiben
des DC-Motors 9 dreht, dann zwingt jeder Stift 25 den
entsprechenden Hebel 23 zu einer Bewegung in einer Drehrichtung
der Ringplatte 24. Infolgedessen dient der Hebel 23 zum
Drehen der Welle 22, um so die entsprechenden Düsenklappen 10 synchron
mit der Welle 22 zu betreiben. Jeder Abstand zwischen angrenzenden
Düsenklappen 10,
d. h. die Abgasströmungsfläche des
Abgaskanals, durch den das Abgas gegen das Turbinenrad 6 geblasen
wird, wird dadurch geändert,
dass die Düsenklappen 10 geöffnet/geschlossen
werden. Die resultierende Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases ist somit variabel.
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Ein
Bereich, in dem der Abstand zwischen angrenzenden Düsenklappen
eingestellt wird, ist durch drei Stopper 26 definiert,
die in gleichmäßigen Winkelintervallen
hinsichtlich der Mitte angeordnet sind. Diese Stopper 26 sind
zwischen angrenzenden Hebeln 23 vorgesehen, wie dies in
der 4 gezeigt ist. Wenn die Düsenklappe 10 zu der
vollständig
geöffneten
Position versetzt ist, dann schlägt
einer der angrenzenden Hebel 23 (der untere Hebel 23,
wie er in der 4 gezeigt ist) an den Stopper
an, wie dies durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist. Wenn die
Düsenklappe 10 zu
der vollständig
geschlossenen Position versetzt ist, dann schlägt der andere der angrenzenden
Hebel 23 (der obere Hebel 23, wie er in der 4 gezeigt
ist) an den Stopper 26 an, wie dies durch eine gestrichelte
Linie gezeigt ist.
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Da
der Versetzungsbereich der Düsenklappe 10 durch
die Stopper 26 definiert ist, kann die Öffnung der Ventilklappe 10 während eines
normalen Betriebs der Kraftmaschine innerhalb des definierten Versetzungsbereichs
gesteuert werden. Die Öffnung der
Ventilklappe 10 wird durch die Steuervorrichtung 8 gesteuert,
die den DC-Motor 9 gemäß dem Öffnungsbefehlswert
antreibt, der von der Kraftmaschinen-ECU 12 gesendet wird.
Die Öffnungsbefehlswerte
sind in Bereichen von 0 bis 100% während eines normalen Betriebs
der Kraftmaschine. Wenn die Düsenklappe 10 zu
der Öffnungsseite
gesteuert wird, dann wird der Öffnungsbefehlswert
ungefähr
0%. Währenddessen
wird der Öffnungsbefehlswert
ungefähr
100%, wenn die Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
gesteuert wird.
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Auch
wenn der Öffnungsbefehlswert
auf 100% festgelegt ist, wird die Düsenklappe 10 zu der Schließseite versetzt,
aber der Hebel 23 schlägt
nicht an den Stopper 26 an. Während des normalen Kraftmaschinenbetriebs
wird nämlich
die Düsenklappe 10 zwischen
der vollständig
geöffneten
Position und der Position direkt vor der vollständig geschlossenen Position
als Reaktion auf den Öffnungsbefehlswert
versetzt, der in einem Bereich von 0 bis 100 ist. Wenn der Öffnungsbefehlswert
auf 100% gehalten wird, dann wird die Düsenklappe 10 an einer
Position direkt vor jener Stelle gehalten, an der die Düsenklappe 10 an
den Stopper 26 anschlägt,
d. h. die Position direkt vor der vollständig geschlossenen Position.
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Die Öffnung der
Düsenklappe 10 wird
so gesteuert, dass sie zu einer vorbestimmten Referenzposition versetzt
wird. Es ist vorzuziehen, den Punkt nahe der vollständig geschlossenen
Position als die Referenzposition festzulegen, so dass die Düsenklappe 10 versetzt
wird, die sich nahe der vollständig geschlossenen
Position befindet.
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Verschiedene
Techniken zum Steuern der Ventilklappe 10 wurden vorgeschlagen,
um die Referenzposition festzulegen. Falls die Steuervorrichtung 8 einen
Backup-RAM als den nicht-flüchtigen
Speicher aufweist, dann kann die durch die vorstehend erwähnte Steuerung
bestimmte Referenzposition in dem Backup-RAM gespeichert werden.
Die Düsenklappe 10 wird
auf der Grundlage der Referenzposition gesteuert, die in dem Backup-RAM
gespeichert ist.
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Falls
die Steuervorrichtung 8 keinen Backup-RAM zum Zwecke einer
Kostenreduzierung aufweist, dann muss die Referenzposition bei jedem Kraftmaschinenbetrieb
bestimmt werden, da die Referenzposition beim Stoppen der Kraftmaschine
verloren wird.
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Da
bei diesem Ausführungsbeispiel
kein Backup-RAM verwendet wird, wird der Öffnungsbefehlswert auf jenen
Wert festgelegt, der die 100% überschreitet,
z. B. 110% während
eines Stopps der Kraftmaschine. Dann wird die Düsenklappe 10 zu der Schließseite versetzt,
bis der Hebel 23 an den Stopper 26 anschlägt. Die
Referenzposition wird während des
nachfolgenden Startens der Kraftmaschine auf der Grundlage der Position
der Düsenklappe 10 festgelegt,
wenn der Hebel 23 an den Stopper 26 anschlägt (das
Festlegen des Referenzwerts wird später beschrieben). Dies ermöglicht es,
die Referenzposition für
die Versetzung der Düsenklappe 10 zu
jenem Punkt festzulegen, der nahe der vollständig geschlossenen Position
ist. Infolgedessen kann die Düsenklappe 10 auf
der Grundlage der Referenzposition genau versetzt werden.
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Die
Prozedur zum Versetzen der Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
während
des Stopps der Kraftmaschine wird unter Bezugnahme auf das in der 5 gezeigte
Flussdiagramm beschrieben, bis der Hebel 23 an den Stopper 26 anschlägt. Die
Düsenanschlagsroutine
wird durch die Kraftmaschinen-ECU 12 ausgeführt, und
zwar als ein Interrupt in einem vorbestimmten Zeitintervall.
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Bei
der Routine des Flussdiagramms, das in der 5 gezeigt
ist, schreitet der Prozess zu einem Schritt S102 und zu nachfolgenden
Schritten, so dass die Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
versetzt wird, wenn bestimmt wird, dass der Zündschalter 14 ausgeschaltet
ist, d. h. wenn bei einem Schritt S101 JA erhalten wird. Bei dem
Schritt S102 wird bestimmt, ob das Anschlagen der Düsenklappe 10 an der
Schließseite
abgeschlossen ist. Falls die Stromstärke des DC-Motors 9,
der zum Versetzen der Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
angetrieben wird, zu einem vorbestimmten Wert x oder größer wird, dann
wird bestimmt, dass das Anschlagen abgeschlossen ist.
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Falls
bei dem Schritt S102 JA erhalten wird, schreitet der Prozess zu
einem Schritt S103, bei dem bestimmt wird, ob der Öffnungsbefehlswert
der Wert außer
110% ist. Falls bei dem Schritt S103 JA erhalten wird, schreitet
der Prozess zu einem Schritt S104 und zu nachfolgenden Schritten
S105 oder S106 vor dem Anschlagen der Düsenklappe 10 an der
Schließseite.
Falls bei dem Schritt S104 NEIN erhalten wird, d. h. wenn eine vorbestimmte
Zeitperiode nach dem Stopp der Kraftmaschine 1 nicht verstrichen
ist, wird der Öffnungsbefehlswert
bei einem Schritt S105 auf 0% festgelegt. Falls bei dem Schritt
S104 JA erhalten wird, d. h. wenn die vorbestimmte Zeitperiode a
verstrichen ist, wird der Öffnungsbefehlswert
bei dem Schritt S106 auf 100% festgelegt. Die vorbestimmte Zeitperiode
a wird auf eine Zeit festgelegt, die ausreicht, dass die Düsenklappe 10 nach
dem Stopp der Kraftmaschine 1 vollständig geöffnet wird.
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Dann
schreitet der Prozess zu einem Schritt S107, bei dem bestimmt wird,
ob eine vorbestimmte Zeitperiode b nach einem Zeitpunkt verstrichen
ist, bei dem der Öffnungsbefehlswert
auf 100% festgelegt wird. Falls bei dem Schritt S107 JA erhalten
wird, schreitet der Prozess zu einem Schritt S108, bei dem der Öffnungsbefehlswert
auf 110% festgelegt wird. Die vorbestimmte Zeitperiode b wird auf
eine Zeit festgelegt, die ausreicht, dass die Düsenklappe 10 zu einer
Position direkt vor der vollständig
geschlossenen Position nach einem Zeitpunkt versetzt wird, bei dem
der Öffnungsbefehlswert
auf 100% festgelegt wird. Falls des Weiteren nach dem Festlegen
des Öffnungsbefehlswerts
auf 110 bei dem Schritt S102 NEIN erhalten wird, d. h.
falls bestimmt wird, dass das Anschlagen der Düsenklappe 10 an der
Schließseite
abgeschlossen ist, schreitet der Prozess zu einem Schritt S109,
bei dem der Öffnungsbefehl
beendet wird.
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Das Ändern des
Betriebs der Düsenklappe 10 beim
Abgeben des Öffnungsbefehls
während
des Stopps der Kraftmaschine wird unter Bezugnahme auf ein Zeitdiagramm
in der 6 beschrieben. Jede Änderung des EIN/AUS-Zustands
des Zündschalters 14,
der Kraftmaschinendrehzahl, der Position der Düsenklappe 10 und der
Stromstärke
des DC-Motors 9 entlang der Zeitachse ist durch (a), (b),
(c) bzw. (d) dargestellt.
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Wenn
der Zündschalter 14 aus
dem EIN-Zustand zum Stoppen der Kraftmaschine (bei einem Zeitpunkt
T1) ausgeschaltet wird, dann wird die Kraftmaschinendrehzahl allmählich reduziert.
Dabei wird der Öffnungsbefehlswert
auf 0% festgelegt, und somit wird die Düsenklappe 10 zu der
vollständig
geöffneten
Position versetzt. Die Versetzung der Düsenklappe 10 zu der
vollständig
geöffneten
Position kann Ablagerungen an dem Versetzungspfad nahe der vollständig geöffneten
Position in dem Turbolader 4 beseitigen.
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Wenn
die Düsenklappe 10 zu
der vollständig geöffneten
Position im Laufe der vorbestimmten Zeitperiode a nach der Betätigung des
Zündschalters
zu dem AUS-Zustand (bei einem Zeitpunkt T2) versetzt wird, dann
wird der Öffnungsbefehlswert
auf 100 festgelegt, damit die Düsenklappe 10 in
die Position direkt vor der vollständig geschlossenen Position
gebracht wird. Der Öffnungsbefehlswert
wird auf 100% gehalten, bis die vorbestimmte Zeit b nach jenem Zeitpunkt
verstreicht, bei dem der Öffnungsbefehlswert
auf 100% festgelegt wird. Dann wird bei einem Zeitpunkt, bei dem
die vorbestimmte Zeit b verstrichen ist (bei einem Zeitpunkt T3),
der Öffnungsbefehlswert
auf 110 festgelegt, um so die Düsenklappe 10 zu
versetzen, bis der Hebel 23 an den Stopper 26 anschlägt.
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Die
Düsenklappe 10 wird
an einer Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Position
gehalten, bevor sie an der Schließseite anschlägt. Die
Versetzung der Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
wird vorübergehend
gestoppt, um so den Stoß zu
reduzieren, der durch das Anschlagen des Hebels 23 an den
Stopper 26 verursacht wird.
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Des
Weiteren wird ein elektrischer Strom kontinuierlich in den DC-Motor 9 eingespeist,
auch nachdem die Düsenklappe 10 an
der Schließseite angeschlagen
ist. Die Stromstärke
des DC-Motors 9 wird größer als
ein vorbestimmter Wert x. Infolgedessen wird bestimmt, dass das
Anschlagen der Düsenklappe 10 an
der Schließseite
abgeschlossen ist. Dann wird der DC-Motor 9 gestoppt. Die
Position, bei der die Düsenklappe 10 an
der Schließseite
anschlägt,
wird als die vollständig
geschlossene Position bestimmt.
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Die
Prozedur zum Festlegen der Referenzposition für die Versetzung der Düsenklappe 10 wird unter
Bezugnahme auf das Flussdiagramm in der 7 beschrieben,
das die Routine zum Festlegen der Referenzposition darstellt. Diese
Routine wird durch die Steuervorrichtung 8 als ein Interrupt
in einem vorbestimmten Zeitintervall ausgeführt.
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Unter
Bezugnahme auf das Flussdiagramm in der 7 schreitet
der Prozess zu einem Schritt S202, falls der Kraftmaschinen-Startbefehl bei einem Zeitpunkt
abgegeben wird, bei dem der Zündschalter 14 eingeschaltet
wird, d. h. bei dem Schritt S201 wird JA erhalten. Bei dem Schritt
S202 wird bestimmt, ob die Ist-Position der Düsenklappe 10 zu diesem
Zeitpunkt näher
an der Öffnungsseite
ist als eine Anfangsposition, was später beschrieben wird.
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Die
Ist-Position der Düsenklappe 10 gemäß der vorstehenden
Beschreibung wird auf der Grundlage eines Erfassungssignals von
dem Düsenpositionssensor 11 beim
Starten der Kraftmaschine erhalten. Die Ist-Position wird nämlich normalerweise
als jene Position erhalten, bei der bestimmt wird, dass die Düsenklappe 10 an
der Schließseite
während
des Stopps der Kraftmaschine anschlägt. Die Anfangsposition wird
zu der Position als die maximale Schließseite mit einer Toleranz ΔA festgelegt,
um so eine Änderung
der Anschlagsposition in Abhängigkeit
des Produkts abzudecken, wie dies in der 6(c) gezeigt
ist. Die Anfangsposition wird nämlich
in dem Bereich von der Position, bei der die Düsenklappe direkt vor der vollständig geschlossenen
Position gehalten wird, und der vollständig geschlossenen Position
als die Anschlagsposition festgelegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Anfangsposition zu der maximal geöffneten Position mit einer
Toleranz festgelegt, um eine Änderung
in Abhängigkeit
von den Elementen abzudecken, um so eine überflüssige Erhöhung des Verstärkungsdrucks
bei einer riskanten Abgabefunktion während eines Betriebs der Kraftmaschine zu
verhindern, und um die Zuverlässigkeit
zu verbessern. Falls die Anfangsposition zu der maximalen Schließposition
mit einer Toleranz festgelegt wird, dann wird der Öffnungssteuerbereich
der Düsenklappe
zu der Schließseite
verschoben. Dies kann eine unerwünschte
Erhöhung
des Verstärkungsdrucks verursachen,
wodurch die Zuverlässigkeit
verschlechtert wird.
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Falls
die Düsenklappe 10 näher an der Öffnungsseite
als die Anfangsposition aus einem bestimmten Grund beim Starten
der Kraftmaschine ist, dann wird bei dem Schritt S202 JA erhalten.
Der Prozess schreitet dann zu einem Schritt S204, bei dem die vorstehend
erwähnte
Anfangsposition als die Referenzposition festgelegt wird. Falls
bei dem Schritt S202 NEIN erhalten wird, schreitet der Prozess währenddessen
zu einem Schritt S203, bei dem die Ist-Position der Düsenklappe 10 (Anschlagsposition) als
die Referenzposition festgelegt wird.
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Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
können
die folgenden Wirkungen erhalten werden:
- (1)
Wenn die Düsenklappe 10 zu
der Schließseite während eines
Kraftmaschinenbetriebs versetzt wird, um die Referenzposition zu
bestimmen, wird die Drehzahl des Turboladers 4 übermäßig erhöht, und
dementsprechend wird der Verstärkungsdruck
der Kraftmaschine 1 übermäßig hoch. Bei
dem Ausführungsbeispiel
wird die Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
versetzt, um die Referenzposition während des Stopps der Kraftmaschine
zu bestimmen. Dies ermöglicht
eine Versetzung der Düsenklappe 10 zu
der Schließseite, bis
der Hebel 23 an den Stopper 26 anschlägt, ohne
dass irgendeiner der vorstehend beschriebenen Nachteile verursacht
wird. Die Position, die dort erhalten wird, wo die Düsenklappe 10 an
der Schließseite
anschlägt,
nämlich
die Anschlagsposition, wird als die Referenzposition beim Starten der
Kraftmaschine festgelegt. Da die Referenzposition unmittelbar nach
dem Starten der Kraftmaschine bestimmt werden kann, kann die Düsenklappe 10 auf
der Grundlage der Referenzposition genau versetzt werden.
- (2) Falls die Düsenklappe 10 näher an der Öffnungsseite
als die anfängliche
Position beim Starten der Kraftmaschine aus einem bestimmten Grund
ist, dann wird die Anfangsposition als die Referenzposition festgelegt.
Die Düsenklappe 10 kann
auf der Grundlage der Referenzposition bei der früheren Stufe
unmittelbar nach dem Starten der Kraftmaschine genau versetzt werden.
- (3) Wenn die Stromstärke
des DC-Motors 9, der zum Versetzen der Düsenklappe 10 angetrieben wird,
größer wird
als ein vorbestimmter Wert x, dann wird bestimmt, dass das Anschlagen
der Düsenklappe 10 an
der Schließseite
abgeschlossen ist. Daher kann eine derartige Bestimmung genau durchgeführt werden.
- (4) Um die Referenzposition durch Versetzen der Düsenklappe 10 zu
bestimmen, die an der Schließseite
anzuschlagen ist, kann ein Fall auftreten, bei dem die Düsenklappe 10 niemals
zu der Öffnungsseite
während
eines Betriebs der Kraftmaschine versetzt wird. In dem vorstehend genannten
Fall können
Ablagerungen an dem Versetzungspfad nahe der vollständig geöffneten Seite
in dem Abgaskanal des Turboladers 4 durch die Düsenklappe 10 während des
Betriebs der Kraftmaschine nicht beseitigt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
wird die Düsenklappe 10 im Gegensatz
dazu zu der vollständig
geöffneten
Position versetzt, bevor sie an der Schließseite während des Stopps der Kraftmaschine
anschlägt.
Da die Düsenklappe 10 zwangsweise
zu der vollständig
geöffneten
Position versetzt wird, besteht eine geringe Möglichkeit, dass die Ablagerungen
nicht beseitigt werden.
- (5) Die Versetzung der Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
wird vorübergehend
gestoppt, direkt bevor sie an der Schließseite während eines Stopps der Kraftmaschine
anschlägt.
Dies ermöglicht
es, den Stoß zu
reduzieren, der durch das Anschlagen des Hebels 23 an dem
Stopper 26 verursacht wird.
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Das
Ausführungsbeispiel
kann so abgewandelt werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
- (a) Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Versetzung
der Düsenklappe 10 zu
der Schließseite
vorübergehend
gestoppt, direkt bevor sie an der Schließseite während eines Stopps der Kraftmaschine
anschlägt.
Jedoch kann die Geschwindigkeit, mit der die Düsenklappe 10 versetzt
wird, reduziert werden, anstatt dass die Versetzung vorübergehend
gestoppt wird.
- (b) Beim Anschlagen der Düsenklappe 10 an
der Schließseite
besteht weder ein Bedarf eines vorübergehenden Stoppens der Versetzung
noch einer Verzögerung
der Versetzungsgeschwindigkeit.
- (c) Bei dem Ausführungsbeispiel
wird die Düsenklappe 10 zu
der vollständig
geöffneten
Position als die Grenze des Versetzungsbereichs während des
Stopps der Kraftmaschine versetzt. Jedoch muss die Düsenklappe 10 nicht
zu der vollständig geöffneten
Position versetzt werden. Die Düsenklappe 10 kann
zu der Öffnungsseite
versetzt werden, bis sie einen gewissen Punkt innerhalb des Versetzungsbereichs
erreicht. Falls die Düsenklappe 10 zu
der vollständig
geöffneten
Position versetzt wird, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel beschrieben
ist, dann können
die Ablagerungen an dem Versetzungspfad in dem Abgaskanal beseitigt
werden.
- (d) Die Düsenklappe 10 muss
nicht zu der vollständig
geöffneten
Position versetzt werden.
- (e) Der Aktuator außer
dem DC-Motor 9 kann zum Antreiben des variablen Düsensystems 7 verwendet
werden. Andere Arten von Elektromotoren wie z. B. der Momentenmotor
und der Drehsolenoid können
als der Aktuator verwendet werden.
- (f) Die Bestimmung hinsichtlich des Abschließens des Anschlagens der Düsenklappe 10 an
der Schließseite
kann auf der Grundlage der Position der Düsenklappe 10 durchgeführt werden,
die aus dem Erfassungssignal des Düsenpositionssensors 11 hergeleitet
wird.
- (g) Bei dem Ausführungsbeispiel
ist die Düsenklappe 10 des
Turboladers mit variabler Düse
beispielhaft als das angetriebene Element dargestellt, das durch
den Aktuator wie z. B. dem DC-Motor 9 versetzt
wird.
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Vorteilhafte
Punkte können
aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hergeleitet
werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
- (1)
Bei einem Steuergerät
eines Aktuators zum Versetzen einer variablen Düse einer Brennkraftmaschine
innerhalb eines Versetzungsbereichs, der durch einen Stopper definiert
ist, ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die den Aktuator antreibt,
bis die variable Düse
an den Stopper bei einem Stopp-Zustand der Brennkraftmaschine anschlägt, die
eine Position der variablen Düse
bestimmt, wenn sie an den Stopper anschlägt, und zwar als eine Referenzposition,
und die die variable Düse
auf der Grundlage der bestimmten Referenzposition beim Starten der
Kraftmaschine nach dem Stoppzustand der Brennkraftmaschine versetzt.
Falls
die variable Düse
zu der Schließseite
versetzt wird, bis sie an den Stopper während des Kraftmaschinenbetriebs
anschlägt,
wird der Flächeninhalt
des Abgaskanals reduziert, durch den das Abgas der Brennkraftmaschine
hindurch strömt.
Dementsprechend wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases erhöht,
das gegen das Turbinenrad bläst,
so dass die Drehzahl des Turboladers in unnötiger Weise erhöht wird.
Dies kann einen nachteiligen Einfluss auf den Betriebszustand der
Kraftmaschine verursachen. Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
kann die Referenzposition der Düse,
die bei dem nachfolgenden Starten der Kraftmaschine zu versetzen
ist, so bestimmt werden, dass kein nachteiliger Einfluss auf den
Betriebszustand der Kraftmaschine verursacht wird, da die variable Düse während des
Stopps der Kraftmaschine versetzt wird. Daher kann die variable
Düse unmittelbar
nach dem Starten der Kraftmaschine auf der Grundlage der Referenzposition
genau versetzt werden, die bereits bestimmt wurde.
- (2) Wenn sich das angetriebene Element (10) weiter
von dem Stopper weg als eine vorbestimmte Anfangsposition befindet,
legt die Steuereinrichtung die vorbestimmte Anfangsposition als
die Referenzposition fest.
Auch wenn die variable Düse, die
zu der Schließseite
versetzt wird, den Stopper bei dem nächsten Starten der Kraftmaschine
aus einem bestimmten Grund nicht erreicht hat, kann sie bei der
früheren Stufe
unmittelbar nach dem Starten der Kraftmaschine auf der Grundlage
der Anfangsposition als die Referenzposition genau versetzt werden.
- (3) Bei dem Ausführungsbeispiel
dient ein Elektromotor als der Aktuator. Die Steuervorrichtung bestimmt,
dass das Anschlagen der variablen Düse an den Stopper abgeschlossen
ist, wenn die Stromstärke
des Elektromotors größer wird
als ein vorbestimmter Wert.
Der vorstehend beschriebene Aufbau
ermöglicht es,
das Abschließen
des Anschlagens der variablen Düse
an den Stopper genau zu bestimmen.
- (4) Die Steuervorrichtung versetzt die variable Düse zu der Öffnungsseite
vor dem Anschlagen der variablen Düse an den Stopper.
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Um
die Referenzposition durch Versetzen der Düsenklappe 10 zu bestimmen,
die an der Schließseite
anschlagen soll, kann ein Fall auftreten, bei dem sich die Düsenklappe 10 niemals
zu der Öffnungsseite
während
eines Betriebs der Kraftmaschine versetzt. Bei dem vorstehend genannten
Fall können
Ablagerungen an dem Versetzungspfad nahe der vollständig geöffneten
Seite in dem Abgaskanal des Turboladers 4 durch die Düsenklappe 10 während des
Betriebs der Kraftmaschine nicht beseitigt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
wird im Gegensatz dazu die Düsenklappe 10 zu
der vollständig geöffneten
Position versetzt, bevor sie an der Schließseite während eines Stopps der Kraftmaschine
anschlägt.
Da die Düsenklappe 10 zwangsweise zu
der vollständig
geöffneten
Position versetzt wird, besteht eine geringe Möglichkeit, dass die Ablagerungen
nicht beseitigt werden.
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Es
ist vorzuziehen, die variable Düse
zu dem Punkt nahe der vollständig
geöffneten
Position zu versetzen, um die Ablagerungen zu beseitigen. In diesem
Fall können
die Ablagerungen an dem Versetzungspfad zumindest einmal während eines
Betriebszyklus der Kraftmaschine beseitigt werden.
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Die
Steuervorrichtung stoppt oder verzögert vorübergehend die Versetzung der
variablen Düse
zu dem Stopper an der Schließseite,
direkt bevor sie an den Stopper anschlägt.
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Der
vorstehend beschriebene Aufbau kann den Stoß reduzieren, der durch das
Anschlagen der variablen Düse
an den Stopper verursacht wird.
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Bei
einem Stopp-Zustand einer Kraftmaschine wird eine Düsenklappe 10 eines
variablen Düsensystems 7 eines
Turboladers 4 versetzt, bis sie an einen Stopper an einer
Schließseite
anschlägt.
Die Position, an der die Düsenklappe 10 an
den Stopper anschlägt,
wird als eine Referenzposition festgelegt, auf deren Grundlage die
Düsenklappe 10 beim
nachfolgenden Starten der Kraftmaschine versetzt wird.
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Bei
einem Stopp-Zustand einer Kraftmaschine wird eine Düsenklappe
(10) eines variablen Düsensystems
(7) eines Turboladers (4) versetzt, bis sie an
einen Stopper an einer Schließseite
anschlägt. Die
Position, an der die Düsenklappe
(10) an den Stopper anschlägt, wird als eine Referenzposition festgelegt,
auf deren Grundlage die Düsenklappe (10)
beim nachfolgenden Starten der Kraftmaschine versetzt wird.