DE69003773T2

DE69003773T2 - Aufladevorrichtung für Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE69003773T2
Application number: DE90114390T
Authority: DE
Inventors: Hidefumi Fujimoto; Noriyuki Iwata; Junsou Sasaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2010-07-27
Also published as: US5115788A; JPH0772495B2; JPH0361616A; DE69003773D1; EP0412369A1; EP0412369B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Für Verbrennungskraftmaschinen wird allgemein eine Vielzahl von Ladern eingesetzt. In den letzten Jahren haben Schraubenlader Beachtung gefunden, da sie eine Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades bzw. Füllungsgrades und die Möglichkeit der Verbesserung des adiabatischen Gesamtwirkungsgrades bieten. In einem Fall, in dem ein solcher Ladertyp im Lufteintrittssystem eines Motors angeordnet ist und zur Verdichtung der Ansaugluft dient, muß der Pumpverlust des Laders ausgeglichen oder verringert werden, da der Lader im Betrieb unter niedrigen oder Teillastbedingungen einen relativ hohen Pumpverlust verursacht.
Ein unter diesen Bedingungen arbeitender herkömmlicher Lader ist über eine elektromagnetische Kupplung mit der Antriebseinrichtung des Laders verbunden, und die Kupplung ist unter den Bedingungen ausgerückt, unter denen der Ladeeffekt nicht erforderlich ist, so daß der Lader nicht angetrieben ist. Diese Art von Lader weist jedoch im nichtangetriebenen Zustand einen relativ hohen Laufwiderstand auf und ist schwer im Leerlauf zu halten, wodurch ein Drehmomentstoß aufgrund des Einrückens der elektromagnetischen Kupplung entsteht, wenn die Kupplung aus dem ausgerückten in den eingerückten Zustand wechselt. Um einen solchen Drehmomentstoß zu vermeiden, muß das Einrücken der Kupplung in einem relativ niedrigen Motordrehzahlbereich erfolgenselbst wenn der Motor unter Teillastbedingungen nicht aufgeladen zu werden braucht. Daraus folgt, daß es wünschenswert ist, die Verdichtungswirkung des Laders vollständig oder größtenteils aufzuheben. Wenn die Verdichtungswirkung des Laders ganz oder deutlich aufgehoben werden kann, ließen sich Vorteile erzielen. So könnte beispielsweise der Drehmomentstoß aufgrund des Einrückens der elektromagnetischen Kupplung unterdrückt und deshalb die Drehzahl zum Einrücken der Kupplung unter Teillastbedingungen erhöht werden. Dies wird deshalb möglich, weil der Lader im nichtangetriebenen Zustand leer laufen kann und somit die erheblichen Unterschiede zwischen seiner Drehzahl und der Drehzahl der Antriebseinrichtung des Laders vermieden werden.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-170524 ist vorgeschlagen worden, eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die sowohl über einen Schraubenlader als auch über einen Turbolader verfügt, so zu konfigurieren, daß die Förderleistung des Schraubenladers zur Verringerung des Pumpverlustes unter Teillastbedingungen des Motors reduziert wird. Das bedeutet, daß bei dieser herkömmlichen Ladevorrichtung der Schraubenlader mit axial verschieblichen Steuerventilen ausgerüstet, und daß ihr Lufteintritt so ausgeführt ist, daß er durch die Steuerventile geöffnet wird, um die Förderleistung des Laders zu verringern.
Dieser Ladertyp könnte in der Lage sein, den Pumpverlust unter Teillastbedingungen in gewissem Umfang zu reduzieren, aber seine Verdichtungswirkung ist weiterhin gegeben, und da die Leerlaufdrehzahl des Laders im von der Antriebseinrichtung entkoppelten Zustand begrenzt ist, tritt der Drehmomentstoß bei einer Kopplung mit der Antriebseinrichtung des Laders ein, womit eine deutliche Änderung des Motordrehmoments verbunden ist.
Eine Aufladevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der Veröffentlichung US-A-4,527,534 bekannt. Dieser Lader wird durch die Kurbelwelle des Motors über eine Kupplung angetrieben und hat einen durch ein Ventil geregelten Bypass- bzw. Umgehungskanal. Dieses Ventil ist beim Einrücken der Kupplung auf einen niedrigen Maximaldruck eingestellt, wobei der Maximaldruck mit ansteigender Motorlast erhöht wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, die verhindert, daß der Motor einen Drehmomentstoß in Verbindung mit einer deutlichen Drehmomentänderung erleidet, wenn ein Lader mit seiner Antriebseinrichtung kraftschlüssig gekoppelt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, die sicherstellen kann, daß der Motor das gewünschte Drehmoment während einer Übergangsphase aufbringt, in der eine relativ schnelle Erhöhung der Motordrehzahl erfolgt und ein Lader mit seiner Antriebseinrichtung kraftschlüssig gekoppelt wird.
Des weiteren hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Aufladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, die den gewünschten Durchsatz an Ansaugluft für den betreffenden Motor in geeigneter Reaktion während einer Übergangsphase, in der eine relativ schnelle Erhöhung der Motordrehzahl erfolgt, der Lader jedoch in einem von seier Antriebseinrichtung entkoppelten Zustand gehalten wird, sicherstellen kann.
Die obigen sowie weitere Aufgaben und Vorteile lassen sich gemäß der vorliegenden Erfindung mittels einer Ladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine lösen bzw. erzielen, die folgendes umfaßt:
einen Lader, der eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung besitzt und so ausgeführt ist, daß die Ansaugluft für den Motor in einem Verdichterbereich zwischen den Öffnungen verdichtet wird;
eine Kupplungseinrichtung zur Kopplung und Entkopplung des Laders mit einer Antriebseinrichtung zum Antrieb des Laders;
eine Kanaleinrichtung, die der Ansaugluft die Umgehung des Laders gestattet, wobei die Kanaleinrichtung mit einer Ventileinrichtung zum Schließen der Kanaleinrichtung versehen ist;
eine Druckentlastungseinrichtung zur mindestens teilweisen Entlastung des Verdichterbereichs vom darin herrschenden Verdichtungsdruck; und
eine Steuereinrichtung, welche die Druckentlastungseinrichtung veranlaßt, die Verdichtung während des ausgerückten Zustands der Kupplungseinrichtung abzubauen, und welche die mit der Druckentlastungseinrichtung zusammenarbeitende Ventileinrichtung steuert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können die folgenden zusätzlichen Merkmale entweder einzeln oder in Kombination aufweisen:
(1) Die Steuereinrichtung veranlaßt die Ventileinrichtung, die Kanaleinrichtung während einer vorgegebenen Zeitspanne zu schließen, in der der Motor eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die Kupplungseinrichtung den Lader mit der Antriebseinrichtung koppelt.
(2) Die Steuereinrichtung veranlaßt die Ventileinrichtung, die Kanaleinrichtung während einer vorgegebenen Zeitspanne zu öffnen, in der der Motor eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die Kupplungseinrichtung den Lader im von der Antriebseinrichtung entkoppelten Zustand hält.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Obige und weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsform eines Laders gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine Ansicht eines Längsschnitts durch die Aufladevorrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 3 eine Ansicht eines Querschnitts durch die Aufladevorrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Lufteinlaßsystems eines Motors, der mit der Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.
Fig. 5 eine graphische Darstellung mit einer beispielhaften Abgrenzung der Betriebsbedingungen des Motors zur Steuerung des Öffnens und Schließens eines Verbindungskanals des Laders und der Funktion einer elektromagnetischen Kupplung des Laders.
Fig. 6 eine halbschematische vergrößerte Schnittansicht mit einer Anordnung des Verbindungskanals und eines dafür vorgesehenen Ventils im Lader.
Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Steuerungsart eines im Bypass- bzw. Umgehungskanal vorgesehenen Bypass- bzw. Umgehungs-Steuerventils.
Fig. 7A eine graphische Darstellung einer anderen Art der Steuerung des Bypass- bzw. Umgehungs-Steuerventils.
Fig. 8 ein Flußdiagramm, das einen Teil der Funktionsweise einer in Fig. 4 dargestellten Steuereinrichtung zeigt.
Fig. 9 ein Flußdiagramm, das den anderen Teil der Funktionsweise der Steuereinrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Anhand von Fig. 1 bis 3 ist ein Lader dargestellt, der eine Ladevorrichtung für eine Kfz-Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Der Lader 1 verfügt über ein Paar miteinander in Eingriff stehende Läufer 3, 4, welche in einem Gehäuse 2 angeordnet sind. Der Läufer 3 ist mit Schraubennuten 3a und der Läufer 4 mit Schraubennasen 4a versehen. Diese Läufer 3, 4 sind parallel zueinander angeordnet, und die Nuten 3a des Läufers 3 stehen mit den Nasen 4a des Läufers 4 wie in Fig. 3 gezeigt in Eingriff. Das Gehäuse 2 wird aus einem Zentralgehäuse 2a und Endgehäusen 2b, 2c gebildet, welche an den jeweiligen Enden des Zentralgehäuses 2a befestigt sind.
Wie aus Fig. 3 am besten zu ersehen ist, definieren die Läufer 3, 4 zusammen mit dem Gehäuse 2 eine Vielzahl von Verdichtungskammern 2d, welche einen Verdichterbereich bilden, und rotieren entsprechend der dargestellten Pfeile. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Endgehäuse 2b mit einer sich in axialer Richtung öffnenden Lufteintrittsöffnung 5 ausgebildet. Eine Lagerplatte 6 ist am Endgehäuse 2c befestigt, und eine Endplatte 7 ist an der Lagerplatte 6 befestigt. Die Läufer 3, 4 haben Wellen 3b bzw. 4b, die drehbar in Lagern 8 gelagert sind, welche im Endgehäuse 2b an einem Endabschnitt angeordnet sind, und die drehbar in Gleitlagern 9a, 9b gelagert sind, welche im Endgehäuse 2c angeordnet sind, sowie in Lagern 10, die in der Lagerplatte 6 des anderen Endabschnitts angeordnet sind. Die Wellen 3b, 4b der Läufer 3, 4 sind mit in Eingriff stehenden Zahnrädern 3c, 4c ausgeführt. Eine Welle 13 ist mittels Lager 11, 12 in der Endplatte 7 konzentrisch zur Welle 3b des Läufers 3 gelagert. Eine Riemenscheibe 14 ist auf der Welle 13 angeordnet, und diese Riemenscheibe 14 ist über eine auf der Welle 13 angeordnete elektromagnetische Kupplung 15 lösbar mit der Welle 13 verbunden. Die Welle 13 trägt ein Zahnrad 16, das mit einem Zahnrad 17 auf der Welle 4b des Läufers 4 kämmt. Das Zentralgehäuse 2a ist in seinem Endabschnitt in der Nähe des Endgehäuses 2c mit einer Auslaßöffnung 18 für die angesaugte Luft versehen.
Die Fig. 4 zeigt eine Ladevorrichtung, bei welcher der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Lader 1 verwendet wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Lufteinlaßöffnung 5 mit einem stromaufwärts befindlichen Ansaugluftkanal 19 verbunden, und die Ansauglauft-Auslaßöffnung 18 ist mit einem stromabwärts befindlichen Ansaugluftkanal 20 verbunden. Im stromaufwärts befindlichen Ansaugluftkanal 19 sind von stromauf her nacheinander ein Luftfilter 21, ein Luftdurchsatzmesser 22 und eine Drosselklappe 23 angeordnet. Der stromabwärts befindliche Ansaugluftkanal 20 ist mit einem Ladeluftkühler 24 ausgerüstet und in seinem stromabwärtigen Endabschnitt mit einem Ausgleichsbehälter 25 versehen.
Ein Motor 26 hat einen Zylinderblock 27 mit eingebrachten Zylinderbohrungen 27a und einem auf dem Zylinderblock 27 montierten Zylinderkopf 28. In jeder der Zylinderbohrungen 27 ist ein Kolben 29 in gleitender Berührung mit der Innenwand der Bohrung, d.h. mit einer Zylinderwandung 27a, vorgesehen. Der Ausgleichsbehälter 25 steht über einen Einlaßkrümmer 30 und ein oder mehrere Einlaßventile in Verbindung mit jedem der innerhalb der jeweiligen Zylinderbohrungen 27 definierten Brennräume 31.
Pleuelstangen 32 sind mit einem Ende an den Kolben 29 und mit dem anderen Ende an einem Pleuelzapfen (nicht dargestellt) einer Kurbelwelle 33 befestigt. Eine auf der Kurbelwelle 33 angebrachte Riemenscheibe 34 ist mit der Riemenscheibe 14 auf der Welle 13 des Laders 1 mittels eines Endlosriemens 35 kraftschlüssig verbunden. Bei dieser Anordnung treibt die Kurbelwelle 33 des Motors 26 die Läufer 3, 4 des Laders 1 an, so daß sie während des eingerückten Zustands der elektromagnetischen Kupplung 15 rotieren. Wenn die Läufer 3, 4 des Laders 1 angetrieben und in Rotation versetzt werden, ermöglicht die Rotation der Läufer 3, 4 den im Gehäuse 2 definierten Verdichtungskammern 2d eine Verdrängung in Umfangsrichtung, und dadurch nimmt das Volumen der Kammer 2d mit der Rotation der Läufer 3, 4 allmählich ab, so daß die darin befindliche Ansaugluft verdichtet wird. Der in Fig. 2 und 3 schraffiert dargestellte Bereich 36 ist ein Austrittsbereich der Druckluft, d.h. der aufgeladenen Luft, und dieser Austrittsbereich 36 steht mit der Ansaugluft-Auslaßöffnung 18 in Verbindung. Demgemäß wird im Normalbetrieb des Laders 1 die durch die Ansaugluft-Einlaßöffnung 5 in diesen eingeleitete Ansaugluft vor dem Erreichen des Austrittsbereichs 36 verdichtet und durch die Ansaugluft-Auslaßöffnung 18 zum stromabwärtigen Ansaugluftkanal 20 geleitet.
Die Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Steuerung des Einrückens und Ausrückens der elektromagnetischen Kupplung 15 und den Betriebsbedingungen des Motors. In Fig. 5 stellt Zone A einen Betriebsbereich des Motors dar, in dem die Öffnung der Drosselklappe 23, d.h. die Drosselklappenöffnung T, kleiner ist als ein vorgegebener Wert T&sub0;, und die Motordrehzahl N niedriger ist als ein vorgegebener Wert N&sub0;, d.h. der Motor 26 arbeitet unter Nullast- oder Teillastbedingungen. Wenn der Motor 26 innerhalb der Zone A arbeitet, ist die elektromagnetische Kupplung 15 ausgekuppelt oder ausgerückt, so daß die Läufer 3, 4 frei rotieren können. Es ist eine Einrichtung zur Aufhebung oder Druckentlastung der Verdichtungswirkung des Laders 1 unter den Betriebsbedingungen der Zone A vorgesehen, so daß der hier herrschende Laufwiderstand verringert wird. Diese Einrichtung umfaßt einen im Endgehäuse 2c eingeformten Verbindungskanal 37 sowie ein Ventil 38, was am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist. Gemäß Fig. 3 ist der Verbindungskanal 37 an einer Stelle vorgesehen, die ein Überströmen zwischen den beiden Verdichtungskammern 2d an einem Punkt stromauf des Austrittsbereichs 36 ermöglicht. Vorzugsweise kann der Verbindungskanal 37 so ausgeführt sein, daß die obige Überströmung bis unmittelbar vor dem Zeitpunkt aufrechterhalten bleibt, in dem die vordere Verdichtungskammer 2d den Austrittsbereich 36 erreicht.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist an einem Ende des Verbindungskanals 37 ein Ventilsitz 37a vorgesehen, der zum Läufer 3 weist, und das Ventil 38 ist gegen den Ventilsitz 38a anliegend von der Außenseite des Endgehäuses 2c her eingesetzt. Eine Ventilfeder 39 übt eine Vorspannung auf das Ventil 38 in Richtung des Ventilsitzes 37a aus, so daß das Ventil 38 geschlossen bleibt. Eine Magnetspule 40 ist zum Anziehen und dadurch zum Öffnen des Ventils 38 vorgesehen. Zur Steuerung der Magnetspule 40 und der elektromagnetischen Kupplung 15 ist eine Steuereinrichtung 41 gemäß Fig. 4 vorgesehen. Diese Steuereinrichtung 41 empfängt als Eingangssignale ein Motordrehzahlsignal N, ein Ansaugluftvolumensignal Q und ein Drosselklappen-Positionssignal, das die Drosselklappenöffnung T bzw. die Winkelgeschwindigkeit dθ/dt der Drosselklappe 23 angibt, und auf Basis dieser Signale erkennt die Steuereinrichtung 41, ob die aktuellen Betriebsbedingungen des Motors 26 innerhalb der in der Fig. 5 dargestellten Zone A liegen. Wenn die Steuereinrichtung 41 die aktuellen Betriebsbedingungen des Motors als in der Zone A liegend erkennt, steuert sie die elektromagnetische Kupplung 15 durch ein Kupplungssteuersignal an, um die Kupplung 15 auszurücken bzw. zu deaktivieren. Wenn die Steuereinrichtung 41 außerdem erkennt, daß die aktuelle Drosselklappenöffnung T nicht größer ist als ein vorgegebener Wert T&sub1;, so wird die Magnetspule 40 durch ein Verbindungskanal-Steuersignal erregt, um das Ventil 38 in seine offene Position zu verschieben, so daß der Verbindungskanal 37 freigegeben ist. Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, ist der Wert T&sub1; größer als der Wert T&sub0; eingestellt, um den Zeitpunkt des Einrückens der elektromagnetischen Kupplung 15 nicht mit dem Zeitpunkt der Umschaltung des Ventils 38 zusammenfallen zu lassen.
Mit der Freigabe des Verbindungskanals 37 können die beiden Verdichtungskammern 2d kommunizieren, und die in der gemäß Fig. 3 links vom Verbindungskanal 37 dargestellten vorauslaufenden Kammer 2d zu verdichtende Luft strömt in die andere, rechts vom Verbindungskanal 37 dargestellte, hintere Kammer 2d. Damit wird der Luftdruck in der ersten Kammer 2d verringert, um die Verdichtungswirkung zu reduzieren.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein Bypass- bzw. Umgehungskanal 42 vorgesehen, dessen eines Ende mit dem stromaufwärtigen Ansaugluftkanal 19 stromab von der Drosselklappe 23 und dessen anderes Ende mit dem stromabwärtigen Ansaugluftkanal 20 stromab von dem Ladeluftkühler 24 verbunden ist. Ein Bypass- bzw. Umgehungssteuerventil 43 ist im Bypasskanal 42 vorgesehen, und ein pneumatisches Stellelement 44 ist mit einem Ventilschaft des Steuerventils 43 zur Betätigung des Steuerventils 43 verbunden. Der Druck im stromaufwärtigen Ansaugluftkanal 19 stromab von der Drosselklappe 23 kann durch ein Rohr 45, in das ein elektromagnetisch betätigtes 3-Wege-Steuerventil 46 eingeschaltet ist, in das Stellelement 44 eingeleitet werden. Wenn das 3-Wege-Steuerventil 46 eine Position annimmt, in der das Ventil 46 das Stellelement 44 mit dem stromaufwärtigen Ansaugluftkanal 19 in Verbindung bringt, so wird der Druck im Kanal 19 in das Stellelement 44 eingeleitet. In dieser Situation und unter der Voraussetzung, daß der Druck unter einem vorgegebenen Wert liegt, gestattet das Stellelement 44 dem Bypass-Steuerventil 43, den Bypasskanal 42 zu öffnen. Das 3-Wege-Steuerventil 46 kann eine Position einnehmen, in der das Stellelement 44 mit Atmosphäre verbunden ist, und in der das Stellelement 44 das Bypass-Steuerventil 43 in seiner geschlossenen Position hält.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird der Ausgang der Steuereinrichtung 41, d.h. ein Bypasskanal-Steuersignal, auch an das 3-Wege-Steuerventil 46 geführt, so daß das Ventil 46 durch die Steuereinrichtung 41 hinsichtlich seiner Position gesteuert wird. Wie am besten aus Fig. 7 zu ersehen ist, werden unter einer Betriebsbedingung, in der die Drosselklappenöffnung T und die Motordrehzahl N (U/min) kleiner als die vorgegebenen Werte T&sub0; bzw. N&sub0; sind, das 3-Wege-Steuerventil 46 nach Atmosphäre geöffnet und das Bypass-Steuerventil 43 geschlossen. Andererseits veranlaßt das 3-Wege- Steuerventil 46 unter der Betriebsbedingung, in der die Drosselklappenöffnung T größer ist als der Wert T&sub0;, den stromaufwärtigen Ansaugluftkanal 19 mit dem Stellelement 44 zu kommunizieren, so daß die Öffnung des Bypass-Steuerventils 43 durch den im Ansaugluftkanal 19 herrschenden Druck der Ansaugluft beeinflußt wird.
Die Fig. 8 zeigt die Schritte zur Steuerung der elektromagnetischen Kupplung 15, des 3-Wege-Steuerventils 46 und der Magnetspule 40.
Im ersten Schritt liest die Steuereinrichtung 41 die aktuelle Motordrehzahl N und die Drosselklappenöffnung T der Drosselklappe 32. Danach bestimmt die Steuereinrichtung 41 auf der Basis der gelesenen Informationen, ob der Motor 26 im Motorbetriebsbereich für das Einrücken der elektromagnetischen Kupplung 15, nämlich außerhalb der Zone A gemäß Fig. 5 arbeitet. Wenn der Motor 26 außerhalb der Zone A arbeitet, wird die elektromagnetische Kupplung 15 zum Einrükken stromlos gemacht sowie ein Flag F&sub0; auf "1" gesetzt. Wenn der Motor 26 innerhalb der Zone A arbeitet, wird die elektromagnetische Kupplung 15 zum Ausrücken erregt sowie das Flag F&sub0; auf "0" gesetzt.
Danach wird der Zustand des Flag F&sub0; zur Steuerung des 3-WegeSteuerventils 46 abgefragt, und so lange das Flag F&sub0; auf "1" gesetzt ist, bleibt das Ventil erregt, um diejenige Position einzunehmen, welche bewirkt, daß der stromaufwärtige Ansaugluftkanal 19 und das Stellelement 44 kommunizieren. Im Ergebnis wird die Öffnung des Bypass-Steuerventils 43 durch den Druck der Ansaugluft im Ansaugluftkanal 19 beeinflußt. Wenn umgekehrt das Flag F&sub0; auf "0" liegt, wird das 3-Wege-Steuerventil 46 stromlos gemacht, um geschlossen zu bleiben. Danach bestimmt die Steuereinrichtung 41 auf Basis der Drosselklappenöffnung T, ob der Motor 26 im Motorbetriebsbereich B arbeitet, um den Verbindungskanal 37 im Lader 1 zu öffnen, d.h. ob die Drosselklappenöffnung T nicht größer ist als der vorgegebene Wert T&sub1;. Vorausgesetzt, der Motor 26 arbeitet in der Zone B, d.h. die Öffnung T ist nicht größer als der Wert T&sub1;, wird die Magnetspule 40 erregt, um den Verbindungskanal 37 zu öffnen. Wenn dagegen der Motor 26 außerhalb der Zone B arbeitet, d.h. wenn die Öffnung T größer ist als der Wert T&sub1;, wird die Spule 40 stromlos gemacht, um den Verbindungskanal 37 zu schließen.
Unter dieser Steuerung durchströmt die Ansaugluft den Lader 1 während des Motorbetriebs ohne Antrieb des Laders 1, so daß der Durchsatz der Ansaugluft durch den Lader 1 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Bypasskanal gleichzeitig geöffnet wäre, erhöht wird. Des weiteren ist die Verdichtungswirkung des Laders 1 aufgehoben, so daß der Widerstand bezüglich der Drehung im Leerlauf deutlich verringert wird. Der Lader 1 wird somit im wesentlichen frei durch die ihn durchströmende Ansaugluft in Rotation versetzt, und wenn die elektromagnetische Kupplung 15 wieder eingerückt wird, sind die Unterschiede zwischen der Drehzahl des Laders 1 und der der Kurbelwelle 33 des Motors 26 verringert worden. Dadurch kann bei einem erneuten Einrücken der elektromagnetischen Kupplung 15 der Motor 26 daran gehindert werden, einen sog. Drehmomentstoß zu verursachen, wie er bei einer raschen Verringerung des Motordrehmoments auftritt.
Die Fig. 9 zeigt eine Art der Steuerung während der Beschleunigung. Im ersten Schritt fragt die Steuereinrichtung 41 die Position des Flag F&sub0; ab und liest die Winkelgeschwindigkeit dθ/dt der Drosselklappe 23 aus, die dem Niederdrücken eines Gaspedals (nicht dargestellt) durch einen Fahrer entspricht. Danach bestimmt die Steuereinrichtung 41, ob die Geschwindigkeit dθ/dt größer ist als ein vorgegebener Wert C oder nicht. Wenn die Geschwindigkeit dθ/dt größer ist als der Wert C, fragt die Steuereinrichtung 41 außerdem die Position des Flag F&sub0; ab. Wenn das Flag F&sub0; auf "1" steht, setzt die Steuereinrichtung Flag F&sub1; auf "1" und startet einen Zeitgeber TM so, daß er beim Zählwert Δ TM&sub1; abläuft. Des weiteren macht die Steuereinrichtung 41 das 3-Wege-Steuerventil 46 stromlos, um das Bypass-Steuerventil 43 in seiner geschlossenen Position zu halten, bis die eingestellte Zeitspanne Δ TM&sub1; abläuft. Eine solche Art der Steuerung erfolgt in einem Fall, in dem die Drosselklappenöffnung T einer sehr raschen Abweichung nach oben aus der Zone A mit Ausrücken der elektromagnetischen Kupplung 15 und in die Zone B mit Einrücken der elektromagnetischen Kupplung 15 (durch einen Pfeil D in Fig. 5 dargestellt) entspricht, bedingt durch das rasche Niederdrücken des Gaspedals. In diesem Fall bestimmt die Steuereinrichtung 41 wie oben beschrieben die Situation des Motors 26 auf Basis der Drosselklappenöffnung T nach dem Niederdrücken des Gaspedals und der Winkelgeschwindigkeit dθ/dt entsprechend dem Weg des Gaspedals während dieser Maßnahme und übernimmt die Steuerung des Bypass-Steuerventils 43, um das Ventil 43 während der voreingestellten Zeit Δ TM&sub1; in seiner geschlossenen Position zu halten. Eine solche Steuerung gestattet die Erhöhung des Durchsatzes von Ansaugluft durch den Lader 1 bei einer raschen Beschleunigung, so daß das Ausgangsdrehmoment des Motors 26 erhöht werden kann.
Wenn das Flag F&sub0; nicht auf "1" gesetzt ist, erregt die Steuereinrichtung 41 das 3-Wege-Steuerventil 46, so daß das Ventil 46 den stromaufwärtigen Ansaugluftkanal 19 mit dem Stellelement 44 zur Öffnung des Bypass-Steuerventils 43 verbindet, nachdem ein Flag F&sub2; auf "1" gesetzt und der Zeitgeber TM so gestartet ist, daß er beim Zählwert Δ TM&sub2; abläuft. Eine solche Art der Steuerung erfolgt in dem Fall, in dem eine Beschleunigung in dem Ausmaß vorgenommen wird, daß die Drosselklappenöffnung T die Zone A zum Ausrücken der elektromagnetischen Kupplung 15 nicht überschreitet und deshalb die Drosselklappenöffnung T innerhalb der Zone A bleibt. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird das Bypass-Steuerventil nach der voreingestellten Zeit ΔTM&sub2; zwangsweise selbst dann geöffnet, wenn die Öffnung T in der Zone A liegt. Mittels einer solchen Steuerung kann der Strom der Ansaugluft für die Beschleunigung durch den Bypasskanal 42 zum Motor 26 geführt werden, was eine Verzögerung der Beschleunigung des Motors 26 verhindern kann.
Nach dem Niederdrücken des Gaspedals wird die Winkelgeschwindigkeit dθ/dt im allgemeinen niedriger als der Wert C. In dieser Situation bestimmt die Steuereinrichtung 41 die Position des Flag F&sub1; und, falls das Flag F&sub1; auf "1" steht und der Zählwert des Zeitgebers TM die voreingestellte Zeit Δ TM&sub1; überschritten hat, macht die Steuereinrichtung 41 das 3-Wege-Ventil 46 stromlos, so daß das Bypass-Steuerventil 43 geschlossen wird. Außerdem initialisiert die Steuereinrichtung 41 das Flag F&sub1; auf "0". Wenn das Flag F&sub1; auf "0" steht, bestimmt die Steuereinrichtung 41 die Position des Flag F&sub2; und erregt das 3-Wege-Steuerventil 46, vorausgesetzt, das Flag F&sub2; steht auf "1", so daß das Bypass-Steuerventil 43 geöffnet wird, bis der Zählwert des Zeitgebers TM die voreingestellte Zeit Δ TM&sub2; überschritten hat. Außerdem initialisiert die Steuereinrichtung 41 das Flag F&sub2; auf "0" und beendet damit seine Steuerung hinsichtlich der Steuerventile 43, 46.
Wie oben unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Aufladevorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine 26 bereitgestellt werden, die folgendes umfaßt: den Lader 1 mit der Einlaßöffnung 5 und der Auslaßöffnung 18, der so ausgeführt ist, daß er die Ansaugluft für den Motor 26 in den Verdichtungskammern 2d zwischen den Öffnungen verdichtet, die elektromagnetische Kupplung 15 zum Koppeln und Entkoppeln des Laders 1 mit der Kurbelwelle 33 des Motors 26, den Ansaugluft-Bypasskanal 42, der die Ansaugluft den Lader 1 umgehend führt, ein darin vorgesehenes Bypass-Steuerventil 43 zum Schließen des Kanals 42, den Verbindungskanal 37, der eine Überströmung der beiden Verdichtungskammern 2d ermöglicht, um den in den Verdichtungskammern 2d herrschenden Verdichtungsdruck abzubauen, und die Steuereinrichtung 41, die den Verbindungskanal 37 veranlaßt, den Verdichtungsdruck während des ausgerückten Zustands der elektromagnetischen Kupplung 15 abzubauen, und das Bypass- Steuerventil 43 veranlaßt, den Ansaugluft-Bypasskanal 42 in Zusammenwirken mit dem Abbau des Verdichtungsdrucks durch den Verbindungskanal 37 zu schließen.
Bei dieser Anordnung wird der Verdichtungsdruck unter den Betriebsbedingungen des Motors 26 abgebaut, bei denen der Lader 1 durch die elektromagnetische Kupplung 15 von der Kurbelwelle 33 des Motors 26 getrennt ist. Daraus folgt, daß der Lader 1 unter diesen Bedingungen leicht im Leerlauf zu betreiben ist. Außerdem ist das Bypass-Steuerventil 43 während einer bestimmten Zeit oder über diejenige Zeit geschlossen, während der der Lader 1 von der Kurbelwelle 33 in Zusammenhang mit dem Abbau des Verdichtungsdrucks entkoppelt ist, so daß während dieser Zeit die gesamte Ansaugluft über den Lader 1 zum Motor 26 geliefert wird, weshalb der Durchsatz der Ansaugluft für den Leerlauf des Laders 1 erhöht werden kann. Damit können die Unterschiede zwischen der Drehzahl des Laders 1 und der des Motors 26 verringert werden, was wiederum verhindert, daß der Motor 26 eine deutliche Drehmomentänderung, d.h. den Drehmomentstoß, bei Einrücken der elektromagnetischen Kupplung 15 hervorruft.
Weiterhin wird gemäß der obigen Ausführungsform das Bypass- Steuerventil 43 betätigt, um den Ansaugluft-Bypasskanal 42 für eine vorgegebene Zeitspanne zu schließen, wenn der Motor 26 eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die elektromagnetische Kupplung 15 den Lader 1 mit der Kurbelwelle 33 koppelt. Es ist deshalb unter solchen Bedingungen möglich, den Durchsatz der Ansaugluft durch den Lader 1 zu erhöhen, so daß der Lader 1 die gewünschte Aufladung für den Motor 26 zur Entwicklung des erforderlichen Drehmoments erzielt.
Schließlich wird außerdem das Bypass-Steuerventil 43 betätigt, um den Ansaugluft-Bypasskanal 42 für eine vorgegebene Zeitspanne zu öffnen, wenn der Motor 26 eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die elektromagnetische Kupplung 15 den Lader 1 von der Kurbelwelle 33 entkoppelt hält. Damit wird es möglich, die zur Beschleunigung erforderliche Ansaugluft durch den Bypasskanal 42 zum Motor 26 zu liefern, wodurch die gewünschte Beschleunigung des Motors 26 gewährleistet ist.
Die Fig. 7A zeigt eine Alternative zur Steuerung des Bypass-Steuerventils 43. Bei dieser speziellen Anwendung ist das Bypass-Steuerventil 43 während einer bestimmten Zeit der Drosselklappenöffnung T, unmittelbar bevor die Drosselklappenöffnung T den Wert T&sub0; erreicht, geschlossen, oder anders ausgedrückt, so lange die Drosselklappenöffnung T den vorgegebenen Wert T&sub2; überschreitet und noch unter dem Wert T&sub0; bleibt. Bei dieser Anordnung ist der Durchsatz der durch den Bypasskanal 42 strömenden Ansaugluft höher als derjenige der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform unter den Teillastbedingungen des Motors 26, und es ist deshalb möglich, die zum Leerlauf des Laders 1 zu leistende Arbeit auf ein Minimum zu senken, um die Unterschiede zwischen dessen Drehzahl und derjenigen der Kurbelwelle 33 zu verringern.
In den obigen Ausführungsformen ist für die Aufladevorrichtung ein Schraubenlader vorgesehen, es ist jedoch auch möglich, ein Roots-Gebläse zu verwenden.

Claims

1. Aufladevorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die über die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird und folgendes umfaßt:

einen Lader (1), der eine Einlaßöffnung (5) und eine Auslaßöffnung (18) besitzt und so ausgeführt ist, daß die Ansaugluft für den Motor in einem Verdichterbereich zwischen den Öffnungen verdichtet wird;

eine Kupplungseinrichtung (15) zur Kopplung und Entkopplung des Laders (1) mit einer Antriebseinrichtung zum Antrieb des Laders;

eine Kanaleinrichtung (42), die der Ansaugluft die Umgehung des Laders (1) gestattet, wobei die Kanaleinrichtung mit einer Ventileinrichtung (43) zum Schließen der Kanaleinrichtung (42) versehen ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Druckentlastungseinrichtung (37) zur mindestens teilweisen Entlastung des Verdichterbereichs vom darin herrschenden Verdichtungsdruck; und

eine Steuereinrichtung, welche die Druckentlastungseinrichtung (37) veranlaßt, die Verdichtung während des ausgerückten Zustands der Kupplungseinrichtung abzubauen, und welche die mit der Druckentlastungseinrichtung (37) zusammenarbeitende Ventileinrichtung (43) steuert, vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) die Ventileinrichtung (43) veranlaßt, die Kanaleinrichtung (42) zu schließen, während sie die Druckentlastungseinrichtung (37) veranlaßt, den im Verdichterbereich herrschenden Verdichtungsdruck abzubauen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) der Ventileinrichtung (43) gestattet, die Kanaleinrichtung (42) während einer Zeitspanne zu schließen, bevor die Kupplungseinrichtung (15) bewirkt, daß der Lader (1) mit der Antriebseinrichtung gekoppelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) der Ventileinrichtung (43) gestattet, die Kanaleinrichtung (42) zu schließen, vorausgesetzt, die Motordrehzahl ist kleiner als eine vorgegebene Motordrehzahl, bzw. der Ventileinrichtung (43) gestattet, die Kanaleinrichtung (42) zu öffnen, vorausgesetzt, die Motordrehzahl ist größer als die vorgegebene Motordrehzahl.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) die Ventileinrichtung (43) veranlaßt, die Kanaleinrichtung (42) für eine vorgegebene Zeitspanne zu schließen, wenn der Motor (26) eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die Kupplungseinrichtung (15) den Lader (1) mit der Antriebseinrichtung koppelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) die Ventileinrichtung (43) veranlaßt, die Kanaleinrichtung (42) für eine vorgegebene Zeitspanne zu öffnen, wenn der Motor (26) eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die Kupplungseinrichtung (15) den Lader (1) im entkoppelten Zustand von der Antriebseinrichtung hält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) die Ventileinrichtung (43) veranlaßt, die Kanaleinrichtung (42) für eine vorgegebene Zeitspanne zu schließen, wenn der Motor (26) eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die Kupplungseinrichtung (15) den Lader (1) mit der Antriebseinrichtung koppelt, und daß die Steuereinrichtung (41) die Ventileinrichtung (43) veranlaßt, die Kanaleinrichtung (42) für eine vorgegebene Zeitspanne zu öffnen, wenn der Motor (26) eine Erhöhung der Motordrehzahl vornimmt und die Kupplungseinrichtung (15) den Lader (1) im entkoppelten Zustand von der Antriebseinrichtung hält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (15) so ausgeführt ist, daß der Lader (1) auf der Basis der Drosselklappenöffnung und der Drehzahl des Motors (26) von der Antriebseinrichtung getrennt wird, und daß die Steuereinrichtung (41) die Druckentlastungseinrichtung (37) veranlaßt, die Verdichtung in Abhängigkeit von der Drosselklappenöffnung abzubauen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) die Druckentlastungseinrichtung (37) veranlaßt, die Verdichtung abzubauen, wenn die Drosselklappenöffnung größer ist als ein vorgegebener Wert, wobei der vorgegebene Wert größer eingestellt ist als eine vorgegebene Drosselklappenöffnung, bei der die Kupplungseinrichtung (15) die Entkopplung des Laders (1) von der Antriebseinrichtung veranlaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader (1) einen Schraubenlader mit miteinander in Eingriff stehenden Schraubenläufern auf parallelen Achsen umfaßt, die in einem Gehäuse (2) eingebaut sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterbereich eine Vielzahl von voneinander getrennten Verdichtungskammern (2d) umfaßt, und daß die Druckentlastungseinrichtung (37) eine Verbindung der beiden Verdichtungskammern (2d) ermöglicht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungseinrichtung (37) eine Verbindungskanaleinrichtung umfaßt, die den Verdichtungskammern (2d) eine Verbindung gestattet, wenn die Verdichtungskammern (2d) nicht mit der Auslaßöffnung (18) des Laders (1) in Verbindung stehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanaleinrichtung (37) über einen Kanal verfügt, der so angeordnet ist, daß die Verdichtungskammern (2d) miteinander kommunizieren können, und über eine Ventileinrichtung (37a, 38) zum Öffnen und Sperren des Kanals.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung über ein im Kanal (37) angeordnetes federbelastetes Ventil (38) und eine Magnetspule (40) zum Verschieben des Ventils (38) zur Öffnung des Kanals (37) verfügt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (37) in einem Endgehäuse des Laders (1) eingeformt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanaleinrichtung einen Bypass- bzw. Umgehungskanal (42) umfaßt, der an seinen Enden mit einem Lufteinlaßkanal verbunden ist, der mit der Auslaßöffnung (18) bzw. der Einlaßöffnung (5) des Laders (1) kommuniziert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Ventil (43) und ein damit zur Betätigung verbundenes pneumatisches Stellelement (44) umfaßt, wobei das Stellelement (44) mit dem Lufteinlaßkanal (19) über einen Kanal (45) und eine Einrichtung (46) zum Schließen des Kanals in Verbindung steht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (44) so ausgeführt ist, daß es das Ventil (43) unter dem Einfluß des im Lufteinlaßkanal (19) herrschenden Drucks umschaltet bzw. verschiebt.