JP2012503127A - 排気ターボチャージャを備えた内燃機関に用いられる新気供給装置および該新気供給装置を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気ターボチャージャ（２）を備えた内燃機関（１）に用いられる新気供給装置（７）であって、該新気供給装置（７）が、排気ターボチャージャ（２）から給気を流入させるための給気入口（６）を有しており；圧縮空気を流入させるための圧縮空気入口（８）を有しており；出口（９）を有しており、該出口（９）が、フラップエレメント（１６）を介して給気入口（６）に接続可能であり、閉鎖位置と任意の開放位置とを有する量調整装置（２０）を介して圧縮空気入口（８）に接続可能であり、フラップエレメント（１６）が、部分的に開放されているかまたは完全に開放されている場合に、量調整装置（２０）が閉鎖されており；フラップエレメント（１６）と量調整装置（２０）とを内燃機関（１）の運転状態に関連して制御するための制御装置（１５）を有している形式のものに関する。本発明によれば、量調整装置（２０）が、圧縮空気入口（８）を開閉するための少なくとも１つの弁（２１，２１’）と、流れ方向で見て後置された、出口（９）における圧力を調整するための比例弁（２３）とを有している。さらに、本発明は、このような新気供給装置（７）の出口（９）における圧力を調整するための方法に関する。

Description

本発明は、排気ターボチャージャを備えた内燃機関に用いられる新気供給装置であって、該新気供給装置が、排気ターボチャージャから給気を流入させるための給気入口を有しており；圧縮空気を流入させるための圧縮空気入口を有しており；出口を有しており、該出口が、調節装置、有利にはフラップエレメントを介して給気入口に接続可能であり、閉鎖位置と、有利には任意の開放位置とを有する量調整装置を介して圧縮空気入口に接続可能であり、前記調節装置、有利にはフラップエレメントが、部分的に開放されているかまたは完全に開放されている場合に、量調整装置が閉鎖されており；前記調節装置、有利にはフラップエレメントと、量調整装置とを内燃機関の運転状態に関連して制御するための制御装置を有している形式のものに関する。

さらに、本発明は、新気供給装置の出口における出口圧を調整するための方法に関する。

内燃機関、たとえばディーゼルエンジンは、しばしば排気ターボチャージャを備えている。これについて、図１には、内燃機関１の概略図が示してある。この内燃機関１の排気管路１０は排気ターボチャージャ２に接続されている。この排気ターボチャージャ２は、排気によって駆動されるタービン２を有している。このタービン２はコンプレッサ３に連結されている。このコンプレッサ３は吸入空気入口１１からの吸入空気を圧縮して、内燃機関１に対する吸気管路９’内の吸入圧を高める。これによって、たとえば内燃機関１を備えた車両の加速特性とエネルギ消費の低減とが達成される。

しかし、排気ターボチャージャ２は、内燃機関１の各運転状態で十分に空気を圧送することができず、したがって、十分な吸入圧を発生させることができない。たとえば、排気ターボチャージャ２を備えたディーゼルエンジンのようなピストン機関は、たとえば「ターボラグ」と呼ばれる加速時の運転状態を有している。この場合には、内燃機関１がアクセルペダル踏込み時に規定の遅れ時間後に初めて回転数増加を伴って反応する。この遅れ時間内では、排気ターボチャージャ２を駆動するための排気エネルギ、すなわち、十分な排気圧が提供されず、ひいては、相応の吸入圧を有する圧縮された吸入空気が提供されない。このターボラグを回避するために、解決提案が成されている。圧縮空気が、たとえばエアコンプレッサ１４によって容器１３に供給され、制御されて内燃機関１の吸気管路９’内に導入され、これによって、内燃機関１の高められた吸入空気要求時にこの吸入空気要求が満たされる。このことは、新気（新鮮ガス）供給装置７によって行われる。この新気供給装置７は、ターボチャージャ２のコンプレッサ３もしくは流れ方向で見て後置された給気冷却器５と、吸気管路９’との間に配置されている。

このような新気供給装置７は、図２に概略的に示してある。この新気供給装置７は、給気入口６で給気冷却器５に接続されていて、出口９で吸気管路９’に接続されている。給気入口６と出口９との間には、フラップエレメント１６が位置している。このフラップエレメント１６は、給気入口６から出口９への接続部を開閉するために、調節モータ１７によって調節可能である。さらに、容器１３と、量調整装置２０を介して出口９とに、圧縮空気入口８が接続されている。量調整装置２０と調節モータ１７とを制御するためには、制御装置１５が使用される。この制御装置１５は、ここでは、圧力センサ１８，１９にも接続されている。この圧力センサ１８，１９のうち、第１の圧力センサ１８は出口９の圧力（出口圧）を検知し、第２の圧力センサ１９は給気入口６の圧力（入口圧）を検知し、「キックダウン」時のトルク要求を規定する。この例では、量調整装置２０が圧縮空気を接続部の開放によって圧縮空気入口８から出口９に供給する。前もって、制御されたフラップエレメント１６が閉鎖され、これによって、圧縮空気が給気入口６を介して排気ターボチャージャ２のコンプレッサ３に吸入方向と逆方向で流れず、出口９を介して、調整されて吸気管路９’に流れる。圧縮空気供給の終了時には、フラップエレメント１６が再び開放され、量調整装置２０が閉鎖される。この時点では、入口圧が排気ターボチャージャ２のコンプレッサ３によって再び十分となっている。

これについて、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６７８５号明細書には、図説のための一例が記載されている。

出口圧は圧縮空気の供給によって、過度に濃度増加させられた燃料空気混合物に基づく煙形成が生じ得ないように調整されている。これによって、要求よりも希薄な燃料混合物が、特に圧縮空気供給の開始時に形成され得る。したがって、要求よりも多くの空気が消費される。このことは、エアコンプレッサ１４の高められた出力と、付加的なＮＯ_Ｘ形成とに繋がり得る。

したがって、本発明の課題は、上記欠点が排除されているかもしくは著しく減少させられていて、更なる利点が提供されている改善された新気供給装置と、このような新気供給装置の出口圧を調整するための方法とを提供することである。

この課題を解決するために本発明に係る第１の新気供給装置では、量調整装置が、圧縮空気入口を開閉するための少なくとも１つの弁と、流れ方向で見て後置された、出口における出口圧を調整するための比例弁とを有しているようにした。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、少なくとも１つの弁と、比例弁とが、弁モジュールの弁ハウジング内に配置されている。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、少なくとも１つの弁が、制御装置によって制御弁を介して制御可能である。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、制御弁が、弁モジュールの弁ハウジング内に配置されている。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、比例弁が、弁ディスクを有しており、該弁ディスクが、少なくとも１つの弁と、出口に通じる出口開口との間の流路内に配置されていて、該流路を閉鎖するための前記閉鎖位置もしくは該流路を開放するための前記任意の開放位置を形成するために、ステッピングモータによって旋回可能である。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、比例弁が、安全ばねを有しており、該安全ばねが、弁ディスクに結合されていて、該弁ディスクに該弁ディスクの前記閉鎖位置の方向で所定の力を加えるようになっている。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、少なくとも１つの弁が、ダイヤフラム弁である。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、新気供給装置が、出口圧を検知するための少なくとも１つの圧力センサと、給気入口における入口圧を検知するための少なくとも１つの圧力センサとを有している。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、出口圧と、給気入口における入口圧とが、新気供給装置の外部に配置された測定装置によって検知可能である。

本発明に係る第１の新気供給装置の有利な態様によれば、出口圧と、給気入口における入口圧とが、運転パラメータにつき適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値によって算出可能である。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る第２の新気供給装置では、量調整装置が、圧縮空気入口を開閉しかつ出口における出口圧を調整するための少なくとも２つの弁を有しており、該少なくとも２つの弁が、それぞれ制御装置によって制御弁を介して別個に制御可能であるようにした。

本発明に係る第２の新気供給装置の有利な態様によれば、少なくとも２つの弁が、同じ大きさの流れ横断面を有している。

本発明に係る第２の新気供給装置の有利な態様によれば、少なくとも２つの弁が、異なる大きさの流れ横断面を有している。

本発明に係る第２の新気供給装置の有利な態様によれば、少なくとも２つの弁および／またはフラップエレメントが、電気的な手段、機械的な手段および／または別の手段によって前記閉鎖位置と前記開放位置との間で無段式に調整可能である。

本発明に係る第２の新気供給装置の有利な態様によれば、新気供給装置が、出口圧を検知するための少なくとも１つの圧力センサと、給気入口における入口圧を検知するための少なくとも１つの圧力センサとを有している。

本発明に係る第２の新気供給装置の有利な態様によれば、出口圧と、給気入口における入口圧とが、新気供給装置の外部に配置された測定装置によって検知可能である。

本発明に係る第２の新気供給装置の有利な態様によれば、出口圧と、給気入口における入口圧とが、運転パラメータにつき適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値によって算出可能である。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る第１の方法では、新気供給装置の給気入口における入口圧と、出口における出口圧と、内燃機関の運転状態の運転パラメータとを検出し；検出された１つまたはそれ以上の前記運転パラメータが、内燃機関の高められた加速を要求している場合に、出口と給気入口との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメントの閉鎖によって遮断し；出口と圧縮空気入口との接続部を、少なくとも１つの弁と比例弁との開放によって増圧段階の間に開放し、出口圧を、該出口圧と目標圧との比較によって、比例弁の調節により圧力調整段階の間に調整し；入口圧が、規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合に、出口と圧縮空気入口との前記接続部を、少なくとも１つの弁と比例弁との閉鎖によって閉鎖しかつ出口と給気入口との前記接続部を、前記調節装置、有利にはフラップエレメントの開放によって開放するようにした。

本発明に係る第１の方法の有利な態様によれば、目標圧を、検出された前記運転パラメータと圧力とから制御装置によって適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値につき検出する。

本発明に係る第１の方法の有利な態様によれば、比例弁の前記調節を制御装置によってルックアップテーブルに従って行う。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る第２の方法では、内燃機関の運転状態の運転パラメータを検出し；検出された１つまたはそれ以上の前記運転パラメータが、内燃機関の加速を要求している場合に、出口と給気入口との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメントの閉鎖によって遮断し；出口と圧縮空気入口との接続部を、少なくとも２つの弁の完全な開放によって増圧段階において開放し、出口圧を、該出口圧と目標圧との比較によって、少なくとも２つの弁の別個の開閉によりまたは開放位置と閉鎖位置との間での少なくとも２つの弁のうちの少なくとも１つ弁の調節により圧力調整段階の間に調整し；入口圧が、規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合に、出口と圧縮空気入口との前記接続部を、少なくとも２つの弁の閉鎖によって閉鎖しかつ出口と給気入口との前記接続部を、前記調節装置、有利にはフラップエレメントの開放によって開放するようにした。

本発明に係る第２の方法の有利な態様によれば、目標圧を、検出された前記運転パラメータから制御装置によって適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値につき検出する。

本発明に係る第２の方法の有利な態様によれば、目標圧を、新気供給装置の給気入口における入口圧と出口における出口圧との検出によってならびに検出された前記運転パラメータから、制御装置によって適切な前記アルゴリズムおよび／または記憶された前記テーブル値につき検出する。

本発明に係る第２の方法の有利な態様によれば、少なくとも２つの弁の別個の前記開閉または前記開放位置と前記閉鎖位置との間での少なくとも２つの弁のうちの少なくとも１つ弁の前記調節を制御装置によってルックアップテーブルに従って行う。

少なくとも１つの弁と、後置された比例弁とによって、有利には、圧縮空気供給を初期に迅速に実現することが可能となる。比例弁は調節によって出口圧の調整のために使用される。圧力過多は生じず、燃料空気混合物を、有利には、各運転状態に対して必要となる値に調整することができる。少なくとも１つの弁は、比例弁よりも高い圧力をシールするために設計されている。これによって、比例弁をより小さくすることができる。

択一的な態様では、排気ターボチャージャを備えた内燃機関に用いられる新気供給装置が、排気ターボチャージャから給気を流入させるための給気入口を有しており；圧縮空気を流入させるための圧縮空気入口を有しており；出口を有しており、この出口が、フラップエレメントを介して給気入口に接続可能であり、閉鎖位置と任意の開放位置とを有する量調整装置を介して圧縮空気入口に接続可能であり、調節装置、有利にはフラップエレメントが、部分的に開放されているかまたは完全に開放されている場合に、量調整装置が閉鎖されており；調節装置、有利にはフラップエレメントと、量調整装置とを内燃機関の運転状態に関連して制御するための制御装置を有している形式のものにおいて、量調整装置が、圧縮空気入口を開閉しかつ出口における出口圧を調整するための少なくとも２つの弁を有しており、この少なくとも２つの弁が、それぞれ制御装置によって制御弁を介して別個に制御可能である。

少なくとも２つの弁によって、有利には、出口圧の多段式の調整を行うことが可能となる。弁は制御弁を介して別個に制御可能である。弁は、同じ流れ横断面または異なる流れ横断面を有していてよい。これによって、必要となる出口圧の調整に対するフレキシブルな適合が可能となる。通電時間だけでなく、通電される弁の個数も変更することができる。

有利な態様では、少なくとも１つの弁と、比例弁とが、弁モジュールの弁ハウジング内に配置されていることが提案されている。少なくとも２つの弁による多段性の態様でも、このようなモジュール配置は有利である。なぜならば、このモジュール配置が、簡単な交換と、種々異なる使用例への適合とに対する可能性を提供するからである。

別の有利な態様では、比例弁が、弁ディスクを有しており、この弁ディスクが、少なくとも１つの弁と、出口に通じる出口開口との間の流路内に配置されていて、この流路を閉鎖するための閉鎖位置もしくは開放するための任意の開放位置を形成するために、ステッピングモータによって旋回可能である。さらに、比例弁が、安全ばねを有していてよく、この安全ばねが、弁ディスクに結合されていて、この弁ディスクにその閉鎖位置の方向で所定の力を加える。前置された弁によって、この前置された弁よりも少ない圧力に対する制限されたシール可能性しか有していない比例弁を、まず、出口圧の調整時の圧力調整のために使用することができる。これによって、構成スペースが節約される。ステッピングモータの故障時には、安全ばねが弁ディスクを閉鎖位置に戻す。

少なくとも１つの弁は、弁モジュール内への組込み目的のために好適であるダイヤフラム弁であってよい。

新気供給装置は、出口圧を検知するための少なくとも１つの圧力センサと、給気入口における入口圧を検知するための少なくとも１つの圧力センサとを有していてよい。これによって、各圧力値がその場で測定可能となり、別の運転パラメータから導き出されないようになっている。圧力センサは、有利な変化態様によれば、新気供給装置内に直接的に組み込まれていてよいものの、必ずしも組み込まれている必要はない。択一的な態様では、入口圧と出口圧とを検知するための適切な測定装置が新気供給装置の外部に配置されている。別の択一的な態様は、入口圧と出口圧とが、運転パラメータにつき適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値によって算出可能であることを提案している。運転パラメータは、たとえば中央コンピュータに基づく既存の値であってよい。アルゴリズムおよび／またはテーブル値は、制御装置、たとえばエンジン制御装置のソフトウェアの成分であってよい。

別の択一的な態様では、少なくとも２つの弁および／またはフラップエレメントが、電気的な手段、機械的な手段および／または別の手段によって閉鎖位置と開放位置との間で無段式に調整可能である。この態様では、弁がやはり同じ大きさの流れ横断面または異なる大きさの流れ横断面を有していてよい。これによって、出口圧を調整するための特に高い可変性が可能となる。これは、両弁だけでなく、フラップエレメントもそれぞれ無段式に調整可能である態様において特に有利である。なぜならば、種々異なる運転状態に対して大きな適合範囲が提供されているからである。

少なくとも１つの弁と、後置された比例弁とを備えた上述した新気供給装置の出口における出口圧を調整するための方法は、以下の方法ステップ：すなわち、
（Ｓ１） 新気供給装置の給気入口における入口圧と、出口における出口圧と、内燃機関の運転状態の運転パラメータとを検出し；
（Ｓ２） 検出された１つまたはそれ以上の運転パラメータが、内燃機関の高められた加速を要求している場合に、出口と給気入口との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメントの閉鎖によって遮断し；
（Ｓ３） 出口と圧縮空気入口との接続部を、少なくとも１つの弁と比例弁との開放によって増圧段階の間に開放し、出口圧を、この出口圧と目標圧との比較によって、比例弁の調節により圧力調整段階の間に調整し；
（Ｓ４） 入口圧が、規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合に、出口と圧縮空気入口との接続部を、少なくとも１つの弁と比例弁との閉鎖によって閉鎖しかつ出口と給気入口との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメントの開放によって開放する：
を有している。規定のかつパラメータ化可能な値は、たとえば出口圧に相当していてもよいし、予め規定可能であってもよい。

目標圧は、検出された運転パラメータと圧力とから制御装置によって適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値につき検出することができる。このことは、制御装置で行われてもよいし、上位のエンジン制御装置で部分的に行われてもよい。比例弁の調節も制御装置によってルックアップテーブルに従って行うことができる。これによって、圧縮空気供給時の内燃機関の各運転状態において、その都度必要となる燃料空気混合物が正確に調整されることが確保される。これによって、高められたＮＯ_Ｘ形成が生じないようになっている。さらに、空気節約によって、エアコンプレッサの出力が高められず、したがって、燃料が節約される。なぜならば、エアコンプレッサが内燃機関に直接接続されているかまたは内燃機関により発生させられる、ジェネレータまたはバッテリからの電流によって間接的に運転されるからである。

少なくとも２つの弁を備えた上述した新気供給装置の出口における出口圧を調整するための択一的な方法は、以下の方法ステップ：すなわち、
（Ｓ１） 内燃機関の運転状態の運転パラメータを検出し；
（Ｓ２） 検出された１つまたはそれ以上の運転パラメータが、内燃機関の加速を要求している場合に、出口と給気入口との接続部を、調節装置（閉鎖装置）、有利にはフラップエレメントの閉鎖によって遮断し；
（Ｓ３） 出口と圧縮空気入口との接続部を、少なくとも２つの弁の完全な開放によって増圧段階において開放し、出口圧を、この出口圧と目標圧との比較によって、少なくとも２つの弁の別個の開閉によりまたは開放位置と閉鎖位置との間での少なくとも２つの弁のうちの少なくとも１つ弁の調節により圧力調整段階の間に調整し；
（Ｓ４） 入口圧が、規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合に、出口と圧縮空気入口との接続部を、少なくとも２つの弁の閉鎖によって閉鎖しかつ出口と給気入口との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメントの開放によって開放する：
を有している。規定のかつパラメータ化可能な値は、たとえば出口圧に相当していてもよいし、予め規定可能であってもよい。

圧縮空気供給は、各増速要求もしくは各トルク増加要求（「キックダウン」も含む）の際に行うことができる。しかし、圧縮空気供給を、予め規定された要求時にしか、たとえば、規定のギヤチェンジ時にしか使用しないことも可能である。

目標圧は、検出された運転パラメータもしくは使用可能な全ての運転パラメータから制御装置によって適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値につき検出することができる。これによって、新気供給装置に対する付加的な圧力センサが不要となる。運転パラメータは、このような値をすでに直接的にまたは間接的に有していてよい。当然ながら、付加的な圧力センサも可能である。

少なくとも２つの弁の別個の開閉または開放位置と閉鎖位置との間での少なくとも２つの弁のうちの少なくとも１つ弁の調節は、制御装置によってルックアップテーブルに従って行うことができる。たとえば、このためには、同じくテーブル値に記憶されている特別な切換ストラテジもしくは調整ストラテジが予め規定されていてよい。テーブル値は、制御装置にまたは／かつ外部に、たとえばエンジン制御装置に記憶されていてよい。

フラップエレメントの代わりに、別の形式の調節装置、たとえばスプールエレメントが使用されてもよい。

排気ターボチャージャと新気供給装置とを備えた内燃機関の概略図である。 従来の新気供給装置の概略的なブロック回路図である。 本発明に係る新気供給装置の第１の実施の形態の概略的なブロック回路図である。 出口圧のグラフである。 図３の第１の実施の形態における弁モジュールの斜視的な分解図である。 弁ディスクの角度位置に関連した比例弁の流れ横断面のグラフである。 図５に示したＺ−Ｚ線に沿った弁モジュールの概略的な横断面図である。 本発明に係る新気供給装置の第２の実施の形態の概略的なブロック回路図である。 出口圧と、通電された弁の相応の流れ横断面とのグラフである。

本発明の実施の形態を添付の図面につき詳しく説明する。

図面において、同じ機能を備えた同じ構成エレメントもしくは機能ユニットには、同じ符号が付してある。

図１および図２についてはすでに冒頭で説明してあり、以下では説明しないことにする。

図３には、本発明に係る新気（新鮮ガス）供給装置７の第１の実施の形態の概略的なブロック回路図が示してある。図２に示した従来の新気供給装置７と異なり、第１の実施の形態では、量調整装置２０が２つの弁２１，２１’を有している。両弁２１，２１’は、相応の制御弁２２と、流れ方向で見て後置された比例弁２３とを備えている。この比例弁２３はステッピングモータ２４によって調節可能である。２つの弁２１，２１’は並列に接続されている。また、弁２１，２１’は、有利には供給弁として形成されていて、制御装置１５によって電気的に制御可能である制御弁２２によって一緒に切り換えられる。圧縮空気入口８からの圧縮空気供給が不要な場合には、弁２１，２１’が圧縮空気入口８を閉鎖している。この状態では、比例弁２３が圧縮空気入口８の圧力で負荷されておらず、相応に形成されていてよい。比例弁２３について、引き続き以下でさらに詳しく説明する。

機能については図４に示してある。この図４は、新気供給装置７の出口９における第１の出口圧２５と、時間ｔとの関係を示すグラフである。制御装置１５を介した、新気供給装置７に配置されたかまたは新気供給装置７の外部に配置された圧力センサ１８，１９または別の測定装置（図示せず）による給気入口６の入口圧２７の圧力値と出口９における出口圧２５の圧力値との監視によって検出されるトルク要求時には、まず、制御装置１５がフラップエレメント１６の調節モータ１７を制御して、給気入口６から出口９への接続部を閉鎖する。その際、比例弁２３がステッピングモータ２４を介して開放される。その後、制御弁２２が通電される。これによって、弁２１，２１’が開放し、したがって、開放された比例弁２３を介して圧縮空気入口８を出口９に接続する。給気入口６に対する、出口９に流入する圧縮空気の反作用は、閉鎖されたフラップエレメント１６によって阻止される。出口９における出口圧２５は、吹込み開始３０から出発して増圧段階３１の間に迅速に過圧２６（ここでは約２ｂａｒ）に増加する。この過圧２６は第１の圧力センサ１８によって制御装置１５に供給され、予め調整可能な目標圧２９（第１の実施の形態では約１．５ｂａｒ）と比較される。これによって、制御装置１５を介して比例弁２３がより小さな流れ横断面に調節されるので、続く圧力調整段階３２において、この調整ループによって出口圧２５が目標圧２９に調整される。この調整が行われないと、出口圧２５が過圧２６を完全に占め、再び減少し、これによって、燃料空気混合物の濃度減少（希薄化）と、エアコンプレッサ１４の高められた圧送出力とが結果的に生じてしまう。

トルク要求の開始時には、第１の実施の形態において第２の圧力センサ１９によって入口圧２７として検知される、排気ターボチャージャ２によって供給された給気圧がまだ極めて僅かである（「ターボラグ」）。その後、この給気圧は放物線状に増加する。なぜならば、排気ターボチャージャ２が加速し、より多くの給気を発生させるからである。

出口圧２５が、いわばコンスタントな値を成す目標圧２９に調整される圧力調整段階３２は、入口圧２７と出口圧２５とがほぼ合致するかまたは入口圧２７が規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合の吹込み終了３３まで経過する。この値は、たとえば出口圧に相当していてもよいし、予め規定可能であってもよい。

符号２８によって、出口圧２５の目標上昇の経過が示してある。

吹込み終了３３時には、弁２１，２１’と比例弁２３とが閉鎖される。その際、フラップエレメント１６が再び開放される。

弁２１，２１’と、ステッピングモータ２４を備えた比例弁２３と、制御弁２２とは、有利な実施の形態では、図５に斜視的な分解図で示した弁モジュール３４内に配置されている。この弁モジュール３４は、制御弁２２と、比例弁２３と、弁２１，２１’とを収容するための弁ハウジング３５を有している。弁２１，２１’は、この実施の形態では、ダイヤフラム３８と、支持リング３９と、ダイヤフラムばね３７とを備えた扁平なダイヤフラム弁として形成されている。このダイヤフラム弁は弁ハウジング３５内に配置されていて、ダイヤフラムカバー３６によって閉鎖されている。当然ながら、別の構成が使用されてもよい。

比例弁２３は可変の流れ横断面を有している。この流れ横断面（弁ディスク位置）は、（コンスタントな燃料空気混合物の目的による）内燃機関１の空気要求の機能において動的に調整される。比例弁２３は、ステッピングモータ２４が、そのシャフトに結合された弁ディスク４４を直接旋回させることによって調節される。吹込み終了３３が達成されると、比例弁２３は完全に閉鎖される。これによって、弁モジュール３４が吸気管路９’、すなわち、出口９から分離されている。比例弁２３の主なシール機能は、吸気管路９’の内容物が弁モジュール３４内に侵入することを阻止することにある。さらに、ステッピングモータ２４のシャフトもしくは弁ディスク４４に安全ばね４１が連結されている。これによって、弁ディスク４４が、たとえば電源故障時に閉鎖位置に戻される。弁ディスク４４は、上側のシール部材４３と下側のシール部材４５との間に旋回可能に配置されている。上側のシール部材４３は、開口を備えたシール部材支持プレート４２によって保持されている。シール部材４３，４５とシール部材支持プレート４２とは、この実施の形態では、弁ディスク４４と共に弁ハウジング３５の相応の切欠きの内部に位置している。この切欠きは弁カバー４０によって閉鎖されている。ステッピングモータ２４は弁カバー４０に外部から取り付けられている。モータシャフトは弁カバー４０を貫いて切欠き内に延びている。良好な支持特性、滑り特性およびシール特性を得るためには、シール部材４３，４５が、たとえばＰＴＦＥによってコーティングされている。

図６は、比例弁２３の流れ横断面と弁ディスク４４の角度位置との関係を示すグラフである。比例弁２３ひいては流れ横断面の調節は、弁ディスク４４の調節角に比例して閉鎖位置から開放位置にかつ逆に開放位置から閉鎖位置に無段式である。これと異なる関係も同じく可能である。

制御弁２２はその長手方向軸線で比例弁２３に並んで平行に弁ハウジング３５内に配置されている。弁２１，２１’はその長手方向軸線でほぼ直交するように一方の側から弁ハウジング３５内に挿入されている。これと異なる配置形態も可能である。弁２２，２１，２１’，２３は、弁ハウジング３５の内部で通路によって互いに相応に接続されている。弁ハウジング３５の下面（図７参照）が新気供給装置７に取付け可能である。

これについて、図７には、図５に示したＺ−Ｚ線に沿った弁モジュール３４の概略的な横断面図が示してある。圧縮空気の流路４７が、圧縮空気入口８から、弁２１，２１’の開放されたダイヤフラム３８と、接続通路と、比例弁２３の開放された弁ディスク４４とを通って出口接続部４６に延びている。この出口接続部４６は、図示しない形式で新気供給装置７の出口９に連通している。ダイヤフラムばね３７は、操作されていない場合に圧縮空気入口８から比例弁２３への貫通孔を閉鎖するように、ダイヤフラム３８にばね力を加える。

図８には、本発明に係る新気供給装置７の第２の実施の形態の概略的なブロック回路図が示してある。すでに図３で説明した既存の機能エレメントについては第２の実施の形態で再度説明しないことにする。この第２の実施の形態では、少なくとも２つの弁２１，２１’、有利には２つの高圧弁が、圧縮空気入口８と出口９との間に互いに並列に配置されている。弁２１，２１’は、それぞれ制御弁２２から制御装置１５によって互いに別個に制御可能である。ここに図示した第２の実施の形態では、弁２１，２１’が、図９の下方に概略的に示したように、互いに異なる流れ横断面Ａ_ｎ、つまり、Ａ１，Ａ２を有している。

図９には、第２の出口圧４８と、通電された弁２１，２１’の相応の流れ横断面Ａ_ｎとのグラフが示してある。図９の上側の部分には、出口９における第２の出口圧４８が時間ｔに関連して示してある。図９の下側の部分には、通電された弁２１，２１’の相応の流れ横断面Ａ_ｎが示してある。入口圧２７についてはすでに図４で説明してある。符号２８は、出口９における理想的な増圧の目標上昇を示している。目標圧２９は目標値（第２の実施の形態では１．５ｂａｒの範囲内）である。この目標値は、第２の出口圧４８の実際値に対する比較値として、弁２１，２１’の流れ横断面Ａ_ｎに対する調整量を検出するために使用され、したがって、第２の出口圧４８が目標値２９に調整される。増圧が行われた後の圧力調整段階３２（図４も参照）の経過において、目標値２９を中心とした圧力変動４９が生じることがある。しかし、図４に示したような過圧２６と、これに相俟った欠点とは回避することができる。

所望の流れ横断面を得るためには、少なくとも２つの弁２１，２１’が、互いに別個に個々にまたは同時に切り換えられる。少なくとも２つの弁２１，２１’は、第２の実施の形態では、それぞれ異なる流れ横断面Ａ１，Ａ２を有している。Ａ１はＡ２よりも大きく設定されている。吹込み開始３０時には、両流れ横断面Ａ１，Ａ２が開放されており、その後、Ａ２が断続的に閉鎖され、これによって、ここでは誇張して図示した圧力変動４９が生じる。その後、両流れ横断面Ａ１，Ａ２が吹込み終了３３時に閉鎖される。流れ横断面Ａ１，Ａ２は同じ大きさに設定されていてもよい。切換時間も変更されてよい。それぞれ異なる複数の流れ横断面Ａ_ｎと、それぞれ異なる切換時間とを備えたより多くの弁２１，２１’の場合には、より大きなバリエーション可能性と、より精密な調整段階と、第２の出口圧４８のより少ない圧力変動４９とが可能となる。

流れ横断面は全て、内燃機関の最大の空気消費、通常ではウェストゲート操作をアシストするために規定される。

第２の実施の形態における相応の制御弁２２を備えた少なくとも２つの弁２１，２１’の配置は、第１の実施の形態に類似して、同じく弁モジュール３４内で行われてもよい。

これらの多段式の弁２１，２１’の切換順序は規定のストラテジによって行われる。このストラテジでは、それぞれ異なる出口圧特性が大きなバリエーションで可能となる。このようなストラテジは、たとえば制御もしくは調整ストラテジから導き出すことができる。この制御もしくは調整ストラテジは、内燃機関１を有する車両のシステムにおいて使用可能な全ての電気的／機械的な信号／パラメータ／プログラムを使用する。その際、ルックアップテーブル、記憶された別の値／テーブルおよびこれに類するものが使用されてよい。このようなテーブルは、内燃機関１もしくは内燃機関１の制御装置等の調整段階もしくは高回転段階の際に形成されてもよいし、調整されてもよいし、変更されてもよいし、補填されてもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明は、添付の請求項の範囲内で変更可能である。

第１の実施の形態では、ただ１つの弁２１しか使用しないことも可能であるし、より多くの弁を使用することも可能である。

したがって、たとえば少なくとも２つの弁２１，２１’の少なくとも１つ、有利には、図８に示した第２の実施の形態の供給弁が、機械的な手段、電気的な手段または別の手段またはこれらの手段の組合せによって閉鎖位置と開放位置との間で十分に可変にまたは段階的に調整可能であってよく、これによって、流れ横断面も同じく十分に可変にまたは段階的に調節可能となる。これによって、出口圧４８のさらに多面的な調整と適合とが可能となる。

また、弁２１，２１’が、同じ大きさの流れ横断面または異なる大きさの流れ横断面を備えて多段式に形成されていることも可能である。

さらに、入口圧２７および出口圧２５，４８または両圧力の一方だけが運転パラメータにつき演算により検出可能となることが可能である。たとえば、この運転パラメータは、適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値を用いて制御装置１５により算出することができる。

さらに、フラップエレメント１６も電気的な手段、機械的な手段および／または別の手段によって閉鎖位置と開放位置との間で無段式に調整可能となることが可能である。この形態では、複数の例、つまり、２つの弁２１，２１’およびフラップエレメント１６またはフラップエレメント１６だけまたは２つの弁２１，２１’だけが無段式に調整可能となることが可能である。２つの弁２１，２１’およびフラップエレメント１６の無段式の調整可能性の例では、運転状態の幅広い多様性に対する極めて大きなバリエーション可能性と適合能とが可能となる。

１ 内燃機関
２ 排気ターボチャージャ
３ コンプレッサ
４ 排気タービン
５ 給気冷却器
６ 給気入口
７ 新気供給装置
８ 圧縮空気入口
９ 出口
９’ 吸気管路
１０ 排気管路
１１ 吸入空気入口
１２ 排気出口
１３ 容器
１４ エアコンプレッサ
１５ 制御装置
１６ フラップエレメント
１７ 調節モータ
１８ 第１の圧力センサ
１９ 第２の圧力センサ
２０ 量調整装置
２１，２１’ 弁
２２ 制御弁
２３ 比例弁
２４ ステッピングモータ
２５ 第１の出口圧
２６ 過圧
２７ 入口圧
２８ 目標上昇
２９ 目標圧
３０ 吹込み開始
３１ 増圧段階
３２ 圧力調整段階
３３ 吹込み終了
３４ 弁モジュール
３５ 弁ハウジング
３６ ダイヤフラムカバー
３７ ダイヤフラムばね
３８ ダイヤフラム
３９ 支持リング
４０ 弁カバー
４１ 安全ばね
４２ シール部材支持プレート
４３ 上側のシール部材
４４ 弁ディスク
４５ 下側のシール部材
４６ 出口接続部
４７ 流路
４８ 第２の出口圧
４９ 圧力変動
Ａ_ｎ 流れ横断面
ｐ 圧力
ｔ 時間

Claims (24)

1. 排気ターボチャージャ（２）を備えた内燃機関（１）に用いられる新気供給装置（７）であって、該新気供給装置（７）が、
   ａ） 排気ターボチャージャ（２）から給気を流入させるための給気入口（６）を有しており；
   ｂ） 圧縮空気を流入させるための圧縮空気入口（８）を有しており；
   ｃ） 出口（９）を有しており、該出口（９）が、調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）を介して給気入口（６）に接続可能であり、閉鎖位置と、有利には任意の開放位置とを有する量調整装置（２０）を介して圧縮空気入口（８）に接続可能であり、フラップエレメント（１６）が、部分的に開放されているかまたは完全に開放されている場合に、量調整装置（２０）が閉鎖されており；
   ｄ） 前記調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）と、量調整装置（２０）とを内燃機関（１）の運転状態に関連して制御するための制御装置（１５）を有している形式のものにおいて、
   ｅ） 量調整装置（２０）が、圧縮空気入口（８）を開閉するための少なくとも１つの弁（２１，２１’）と、流れ方向で見て後置された、出口（９）における出口圧（２４，４８）を調整するための比例弁（２３）とを有していることを特徴とする、排気ターボチャージャを備えた内燃機関に用いられる新気供給装置。
2. 少なくとも１つの弁（２１，２１’）と、比例弁（２３）とが、弁モジュール（３４）の弁ハウジング（３５）内に配置されている、請求項１記載の新気供給装置。
3. 少なくとも１つの弁（２１，２１’）が、制御装置（１５）によって制御弁（２２）を介して制御可能である、請求項１または２記載の新気供給装置。
4. 制御弁（２２）が、弁モジュール（３４）の弁ハウジング（３５）内に配置されている、請求項３記載の新気供給装置。
5. 比例弁（２３）が、弁ディスク（４４）を有しており、該弁ディスク（４４）が、少なくとも１つの弁（２１，２１’）と、出口（９）に通じる出口開口（４６）との間の流路（４７）内に配置されていて、該流路（４７）を閉鎖するための前記閉鎖位置もしくは該流路（４７）を開放するための前記任意の開放位置を形成するために、ステッピングモータ（２３）によって旋回可能である、請求項４記載の新気供給装置。
6. 比例弁（２３）が、安全ばね（４１）を有しており、該安全ばね（４１）が、弁ディスク（４４）に結合されていて、該弁ディスク（４４）に該弁ディスク（４４）の前記閉鎖位置の方向で所定の力を加えるようになっている、請求項５記載の新気供給装置。
7. 少なくとも１つの弁（２１，２１’）が、ダイヤフラム弁である、請求項１から６までのいずれか１項記載の新気供給装置。
8. 新気供給装置（７）が、出口圧（２５，４８）を検知するための少なくとも１つの圧力センサ（１８）と、給気入口（６）における入口圧（２７）を検知するための少なくとも１つの圧力センサ（１９）とを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の新気供給装置。
9. 出口圧（２５，４８）と、給気入口（６）における入口圧（２７）とが、新気供給装置（７）の外部に配置された測定装置によって検知可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の新気供給装置。
10. 出口圧（２５，４８）と、給気入口（６）における入口圧（２７）とが、運転パラメータにつき適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値によって算出可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の新気供給装置。
11. 排気ターボチャージャ（２）を備えた内燃機関（１）に用いられる新気供給装置（７）であって、該新気供給装置（７）が、
    ａ） 排気ターボチャージャ（２）から給気を流入させるための給気入口（６）を有しており；
    ｂ） 圧縮空気を流入させるための圧縮空気入口（８）を有しており；
    ｃ） 出口（９）を有しており、該出口（９）が、調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）を介して給気入口（６）に接続可能であり、閉鎖位置と任意の開放位置とを有する量調整装置（２０）を介して圧縮空気入口（８）に接続可能であり、前記調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）が、部分的に開放されているかまたは完全に開放されている場合に、量調整装置（２０）が閉鎖されており；
    ｄ） フラップエレメント（１６）と量調整装置（２０）とを内燃機関（１）の運転状態に関連して制御するための制御装置（１５）を有している形式のものにおいて、
    ｅ） 量調整装置（２０）が、圧縮空気入口（８）を開閉しかつ出口（９）における出口圧（２５，４８）を調整するための少なくとも２つの弁（２１，２１’）を有しており、該少なくとも２つの弁（２１，２１’）が、それぞれ制御装置（１５）によって制御弁（２２）を介して別個に制御可能であることを特徴とする、排気ターボチャージャを備えた内燃機関に用いられる新気供給装置。
12. 少なくとも２つの弁（２１，２１’）が、同じ大きさの流れ横断面（Ａｎ）を有している、請求項１１記載の新気供給装置。
13. 少なくとも２つの弁（２１，２１’）が、異なる大きさの流れ横断面（Ａｎ）を有している、請求項１１記載の新気供給装置。
14. 少なくとも２つの弁（２１，２１’）および／またはフラップエレメント（１６）が、電気的な手段、機械的な手段および／または別の手段によって前記閉鎖位置と前記開放位置との間で無段式に調整可能である、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の新気供給装置。
15. 新気供給装置（７）が、出口圧（２５，４８）を検知するための少なくとも１つの圧力センサ（１８）と、給気入口（６）における入口圧（２７）を検知するための少なくとも１つの圧力センサ（１９）とを有している、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の新気供給装置。
16. 出口圧（２５，４８）と、給気入口（６）における入口圧（２７）とが、新気供給装置（７）の外部に配置された測定装置によって検知可能である、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の新気供給装置。
17. 出口圧（２５，４８）と、給気入口（６）における入口圧（２７）とが、運転パラメータにつき適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値によって算出可能である、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の新気供給装置。
18. 請求項１から７までのいずれか１項記載の新気供給装置（７）の出口（９）における出口圧（２５，４８）を調整するための方法において、
    （Ｓ１） 新気供給装置（７）の給気入口（６）における入口圧（２７）と、出口（９）における出口圧（２５，４８）と、内燃機関（１）の運転状態の運転パラメータとを検出し；
    （Ｓ２） 検出された１つまたはそれ以上の前記運転パラメータが、内燃機関（１）の高められた加速を要求している場合に、出口（９）と給気入口（６）との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）の閉鎖によって遮断し；
    （Ｓ３） 出口（９）と圧縮空気入口（８）との接続部を、少なくとも１つの弁（２１，２１’）と比例弁（２３）との開放によって増圧段階（３１）の間に開放し、出口圧（２５，４８）を、該出口圧（２５，４８）と目標圧（２９）との比較によって、比例弁（２３）の調節により圧力調整段階（３２）の間に調整し；
    （Ｓ４） 入口圧（２７）が、規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合に、出口（９）と圧縮空気入口（８）との前記接続部を、少なくとも１つの弁（２１，２１’）と比例弁（２３）との閉鎖によって閉鎖しかつ出口（９）と給気入口（６）との前記接続部を、前記調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）の開放によって開放することを特徴とする、新気供給装置の出口における出口圧を調整するための方法。
19. 目標圧（２９）を、検出された前記運転パラメータと圧力とから制御装置（１５）によって適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値につき検出する、請求項１８記載の方法。
20. 比例弁（２３）の前記調節を制御装置（１５）によってルックアップテーブルに従って行う、請求項１８または１９記載の方法。
21. 請求項８から１２までのいずれか１項記載の新気供給装置（７）の出口（９）における出口圧（２５，４８）を調整するための方法において、
    （Ｓ１） 内燃機関（１）の運転状態の運転パラメータを検出し；
    （Ｓ２） 検出された１つまたはそれ以上の前記運転パラメータが、内燃機関（１）の加速を要求している場合に、出口（９）と給気入口（６）との接続部を、調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）の閉鎖によって遮断し；
    （Ｓ３） 出口（９）と圧縮空気入口（８）との接続部を、少なくとも２つの弁（２１，２１’）の完全な開放によって増圧段階（３１）において開放し、出口圧（２５，４８）を、該出口圧（２５，４８）と目標圧（２９）との比較によって、少なくとも２つの弁（２１，２１’）の別個の開閉によりまたは開放位置と閉鎖位置との間での少なくとも２つの弁（２１，２１’）のうちの少なくとも１つ弁の調節により圧力調整段階（３２）の間に調整し；
    （Ｓ４） 入口圧（２７）が、規定のかつパラメータ化可能な値に到達した場合に、出口（９）と圧縮空気入口（８）との前記接続部を、少なくとも２つの弁（２１，２１’）の閉鎖によって閉鎖しかつ出口（９）と給気入口（６）との前記接続部を、前記調節装置、有利にはフラップエレメント（１６）の開放によって開放することを特徴とする、新気供給装置の出口における出口圧を調整するための方法。
22. 目標圧（２９）を、検出された前記運転パラメータから制御装置（１５）によって適切なアルゴリズムおよび／または記憶されたテーブル値につき検出する、請求項２１記載の方法。
23. 目標圧（２９）を、新気供給装置（７）の給気入口（６）における入口圧（２７）と出口（９）における出口圧（２５，４８）との検出によってならびに検出された前記運転パラメータから、制御装置（１５）によって適切な前記アルゴリズムおよび／または記憶された前記テーブル値につき検出する、請求項２１記載の方法。
24. 少なくとも２つの弁（２１，２１’）の別個の前記開閉または前記開放位置と前記閉鎖位置との間での少なくとも２つの弁（２１，２１’）のうちの少なくとも１つ弁の前記調節を制御装置（１５）によってルックアップテーブルに従って行う、請求項２１から２３までのいずれか１項記載の方法。

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