DE102016209698B4

DE102016209698B4 - Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016209698B4
Application number: DE102016209698.2A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Osakabe; Naomi Sawada
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: CN106246432B; CN106246432A; DE102016209698A1

Abstract

Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem (3), umfassend:einen Startergenerator (20), der so konfiguriert ist, dass er als ein Motor für ein Drehen und Antreiben einer Kurbelwelle (10) fungiert, wenn ein Verbrennungsmotor (1) gestartet wird, und als ein Generator für ein Erzeugen einer regenerativen elektromotorischen Kraft aus einer Drehung der Kurbelwelle (10) fungiert, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet wurde;eine Batterie (22), die so konfiguriert ist, dass sie einen elektrischen Strom für den Startergenerator (20) bereitstellt;einen Wechselrichter (23), der zwischen dem Startergenerator (20) und der Batterie (22) verschaltet ist; undeinen Kondensator (C), der durch die Batterie (22) oder den Startergenerator (20) geladen werden kann und an den Startergenerator (20) entladen werden kann, wobeider Wechselrichter (23) eine Anhebungsschaltung (32) aufweist, die in der Lage ist, eine Verbindung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in eine Parallelschaltung oder eine Reihenschaltung umzuschalten; unddie Anhebungsschaltung (32) so konfiguriert ist, dass sie den Startergenerator (20) antreibt, indem die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in die Parallelschaltung umgeschaltet wird, wenn der Verbrennungsmotor (1) gestartet wird, und dass sie den Startergenerator (20) antreibt, indem sie die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) unter einer vorgegebenen Voraussetzung in die Reihenschaltung umschaltet, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet wurde.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem eines Fahrzeugs und das Fahrzeug und bezieht sich spezieller auf ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem und ein Fahrzeug für ein unterstützendes Antreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Startergenerator.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
Aus der EP 1 245 452 A1 ist ein Fahrzeug-Bordnetzsystem bekannt, bei dem zwei Energiespeicher niederer Spannung vorgesehen sind, die einerseits einzeln oder in Parallelschaltung mit niederer Spannung zur Versorgung der Bordnetz-Verbraucher dienen und die andererseits zumindest bei einem Kaltstart des Starter-Generators in Serien-Schaltung die hohe Startleistung mit höherer Spannung und entsprechend reduzierter Stromstärke gewährleisten.
Aus der WO 02/ 046 608 A1 ist eine elektrische Betriebsschaltung für einen Anlasser zum Start eines Verbrennungsmotors mit einer Reihenschaltung aus einer Batterie und einem Kondensator bekannt, wobei der Anlasser so an die Reihenschaltung anschließbar ist, dass die an Anschlüssen des Anlassers anliegende Spannung die Summe aus der an der Batterie anliegenden Spannung und der am Kondensator anliegenden Spannung ist, wobei durch die Reihenschaltung der Kondensator nicht mehr mit der vollen Anlasserspannung belastet wird, wodurch kleinere und kompaktere Kondensatormodule verwendet werden können.
Aus der JP 2014- 227 066 A ist eine Stromversorgungseinrichtung eines Fahrzeugs bekannt, bestehend aus einer Batterie, die eine elektrische Speichervorrichtung zur Versorgung einer elektrischen Einrichtung im Fahrzeug ist, die einen elektrischen Lader umfasst, der von einem Elektromotor angetrieben wird, und einer Stromversorgungseinrichtung für ein Fahrzeug, die einen Kondensator umfasst, der in kurzer Zeit geladen und entladen werden kann, wobei der Kondensator und die Batterie in Parallel- und Reihenschaltung geschaltet werden können.
Aus der DE 10 2014 103 545 A1 ist ein Leistungsversorgungssystem in einem Fahrzeug bekannt, wobei eine drehende Maschine mit einer Ausgangswelle einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs verbunden ist und eine Leistungserzeugungsfunktion, eine Anlassfunktion der Verbrennungsmaschinen und eine Abgabeunterstützungsfunktion der Verbrennungsmaschinen aufweist und ein Verbindungsschalter dazu ausgestaltet ist, eine zweite Sekundärbatterie und eine parallelgeschaltete Verbindung von einer ersten Sekundärbatterie und einer drehenden Maschine elektrisch zu verbinden und zu trennen.
Herkömmlich wurde ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem für ein Starten eines Verbrennungsmotors durch Verwenden eines Startergenerators vorgeschlagen, der nicht nur eine Funktion eines Motors für ein Antreiben des Verbrennungsmotors sondern auch eine Funktion für ein Erzeugen einer elektrischen Leistung durch Verwenden einer Leistung des Verbrennungsmotors aufweist (siehe zum Beispiel JP 2007- 255 272 A ). Bei dem in der JP 2007- 255 272 A beschriebenen Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem wird der Verbrennungsmotor bis zu einer Drehzahl angetrieben, die für ein Starten des Motors erforderlich ist, indem die Antriebskraft des Startergenerators verwendet wird. Wenn dann die Drehzahl des Verbrennungsmotors bis zu der vorgegebenen Drehzahl erhöht ist, wird eine Kraftstoffeinspritzung gestartet und der Verbrennungsmotor wird gestartet.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Das in der JP 2007- 255 272 A beschriebene Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem ist jedoch so ausgelegt, dass der Startergenerator nur in der Lage ist, das Starten des Verbrennungsmotors zu unterstützen. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass der Verbrennungsmotor nur bei einer niedrigen Nenndrehzahl mit einer regenerativen elektromotorischen Kraft gedreht werden kann. Daher kann das Antreiben des Verbrennungsmotors in eine Rotation mit dem Startergenerator nur den Verbrennungsmotor starten und hat eine Fähigkeit, eine Unterstützung für den Motor bereitzustellen, nicht erreicht.
Die vorliegende Erfindung erfolgt im Hinblick auf derartige Probleme, und eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems und eines Fahrzeugs, die in der Lage sind, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, indem das Antreiben des Motors unterstützt wird.
LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
Ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet zusammengefasst Folgendes: einen Startergenerator, der so konfiguriert ist, dass er als ein Motor für ein Drehen und Antreiben einer Kurbelwelle fungiert, wenn ein Verbrennungsmotor gestartet wird, und als ein Generator für ein Erzeugen einer regenerativen elektromotorischen Kraft aus einer Drehung der Kurbelwelle fungiert, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde; eine Batterie, die so konfiguriert ist, dass sie einen elektrischen Strom für den Startergenerator bereitstellt; einen Wechselrichter, der zwischen dem Startergenerator und der Batterie verschaltet ist; sowie einen Kondensator, der von der Batterie oder dem Startergenerator geladen werden kann und an den Startergenerator entladen werden kann, wobei der Wechselrichter eine Boost-Schaltung bzw. Anhebungsschaltung aufweist, die in der Lage ist, eine Verbindung zwischen der Batterie und dem Kondensator in eine Parallelschaltung oder eine Reihenschaltung umzuschalten; und die Anhebungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie den Startergenerator antreibt, indem sie die Schaltung zwischen der Batterie und dem Kondensator in die Parallelschaltung umschaltet, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, und dass sie den Startergenerator antreibt, indem sie die Schaltung zwischen der Batterie und dem Kondensator unter einer vorgegebenen Bedingung in die Reihenschaltung umschaltet, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde.
Gemäß dieser Konfiguration wird der Startergenerator angetrieben, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, während die Batterie und der Kondensator parallel geschaltet sind. Hierbei wird ein elektrischer Strom entsprechend der Kapazität der Batterie für den Startergenerator bereitgestellt, und andererseits wird der Kondensator mittels des elektrischen Stroms von der Batterie geladen. Dann wird der Startergenerator angetrieben, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde, während die Batterie und der Kondensator in Reihe geschaltet sind. Hierbei werden nicht nur die Kapazität der Batterie sondern auch der in den Kondensator geladene elektrische Strom für den Startergenerator bereitgestellt. Daher kann die Motordrehzahl auch nach dem Starten des Verbrennungsmotors durch Antreiben des Startergenerators erhöht werden. Da die für den Startergenerator bereitgestellte Spannung erhöht wird, kann die regenerative elektromotorische Kraft auch in einem Fall erzeugt werden, in dem ein Startergenerator mit einer hohen regenerativen elektromotorischen Kraft verwendet wird. Wie vorstehend beschrieben, kann das Unterstützen des Verbrennungsmotors mit dem Startergenerator realisiert werden, indem die Schaltung zwischen der Batterie und dem Kondensator umgeschaltet wird, und die regenerative elektromotorische Kraft von dem Startergenerator kann effizient erzeugt werden. Im Ergebnis kann die Kraftstoffeffizienz verbessert werden.
Bei dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anhebungsschaltung so konfiguriert sein, dass sie den Startergenerator antreibt, indem sie die Schaltung zwischen der Batterie und dem Kondensator in die Reihenschaltung umschaltet, wenn eine Gashebel-Beschleunigungs-Betätigung eines Fahrzeuginsassen einen vorgegebenen Wert überschreitet. Gemäß dieser Konfiguration sind die Batterie und der Kondensator in einem Fall, in dem ein plötzlicher Beschleunigungsvorgang durchgeführt wird, in Reihe geschaltet, so dass der Startergenerator angetrieben werden kann, während die Versorgungsspannung erhöht wird. Daher wird das Antreiben des Verbrennungsmotors durch den Startergenerator unterstützt, und der Fahrzeuginsasse kann eine Beschleunigung erfahren, die seiner/ihrer Forderung entspricht.
Bei dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anhebungsschaltung so konfiguriert sein, dass die Schaltung zwischen der Batterie und dem Kondensator in die Reihenschaltung umgeschaltet wird, wenn die Motordrehzahl eine vorgegebene Drehzahl überschreitet. Gemäß dieser Konfiguration kann die regenerative elektromotorische Kraft auch in einem Fall erzeugt werden, in dem eine regenerative elektromotorische Kraft in dem Startergenerator in einem Bereich erzeugt wird, in dem der Verbrennungsmotor eine hohe Drehzahl aufweist.
Bei dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anhebungsschaltung so konfiguriert sein, dass sie die Schaltung zwischen der Batterie und dem Kondensator in die Reihenschaltung umschaltet, wenn die Motordrehzahl die vorgegebene Drehzahl überschreitet, bei der die Unterstützung des Startergenerators beendet wird. Gemäß dieser Konfiguration kann die regenerative elektromotorische Kraft auch in einem Fall erzeugt werden, in dem eine hohe regenerative elektromotorische Kraft in dem Startergenerator in einem Bereich hoher Motordrehzahlen erzeugt wird, in dem die Unterstützung mit dem Startergenerator beendet wird und die Antriebskraft nur mittels des Verbrennungsmotors erzeugt wird.
Ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist zusammengefasst ein Fahrzeug, welches das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem beinhaltet, wobei das Fahrzeug beinhaltet: eine automatische Kupplung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungssteuerung startet, wenn eine Motordrehzahl gleich einer vorgegebenen Drehzahl oder höher als diese ist, wobei die Anhebungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie den Startergenerator antreibt, indem sie die Batterie und den Kondensator in die Reihenschaltung umschaltet, wenn sich die automatische Kupplung in einer Verbindungssteuerung befindet. Gemäß dieser Konfiguration können die Effekte, die durch das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gegeben sind, in dem Fahrzeug genossen werden. Darüber hinaus kann der Startergenerator im Anschluss an eine Verbindung der automatischen Kupplung, bei der ein hohes Antriebsmoment erforderlich ist, angetrieben werden, während die Versorgungsspannung erhöht wird. Daher kann der Verbrennungsmotor mit einer geeigneteren zeitlichen Abstimmung unterstützt werden. Da die Batterie und der Kondensator während der Verbindung der automatischen Kupplung in Reihe geschaltet sind, kann eine regenerative elektromotorische Kraft in einem Bereich hoher Drehzahlen des Verbrennungsmotors erzeugt werden. Des Weiteren kann eine Antriebsunterstützung des Verbrennungsmotors während einer Beschleunigung erreicht werden, und die Antriebsleistung wird verbessert.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wenn die Versorgungsspannung für den Startergenerator gemäß dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem der vorliegenden Erfindung vor und nach einem Starten des Verbrennungsmotors geändert wird, wird nicht nur das Antreiben des Verbrennungsmotors unterstützt, sondern es wird außerdem die regenerative elektromotorische Kraft erzeugt, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein funktionelles Blockschaubild, das ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht;
3A und 3B sind Schaubilder, die ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen;
4Aund 4B sind graphische Darstellungen, die eine Motordrehzahl, eine Kraftstoffeinspritzmenge sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeit veranschaulichen, wenn der Verbrennungsmotor mit dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gestartet wird;
5 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel für eine Verbrennungsmotor-Antriebssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht; und
6A und 6B sind Schaubilder, die eine Schaltungskonfiguration eines Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems gemäß einer Modifikation veranschaulichen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist anzumerken, dass das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf die folgende Konfiguration beschränkt ist und nach Bedarf verändert werden kann. Das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem kann auf jegliche Art von Fahrzeug angewendet werden. Das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem kann zum Beispiel auch auf ein Motorrad, ein automatisches Dreirad vom ATV-Typ oder ein vierrädriges Fahrzeug angewendet werden.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 eine schematische Konfiguration eines allgemein erhältlichen Verbrennungsmotors beschrieben. 1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor 1 zum Beispiel um einen direktwirkenden DOHC-Motor (Motor mit doppelter obenliegender Nockenwelle). Der Verbrennungsmotor 1 beinhaltet eine Kurbelwelle 10, einen Zylinder 11, einen Zylinderkopf 12 und dergleichen, die in einem Kurbelgehäuse bereitgestellt sind, das nicht dargestellt ist. Ein Kolben 13 ist in dem Zylinder 11 so aufgenommen, dass er sich nach oben und unten hin und her bewegen kann. Die Kurbelwelle 10 und der Kolben 13 sind mittels einer Pleuelstange 14 verbunden. Der Kolben 13 bewegt sich in dem Verbrennungsmotor 1 in der vertikalen Richtung hin und her, so dass die Kurbelwelle 10 über die Pleuelstange 14 gedreht wird.
Der Innenraum des Zylinderkopfs 12 bildet eine Verbrennungskammer 15. Ein Einlassventil 16 und ein Auslassventil 17 sind zusammen mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal in dem Zylinderkopf 12 bereitgestellt. Ein Paar von Nockenwellen 18 ist zusammen mit dem Einlassventil 16 und dem Auslassventil 17 bereitgestellt. Eine Steuerkette, die nicht dargestellt ist, ist bereitgestellt, um zwischen der Kurbelwelle 10 und dem Paar von Nockenwellen 18 eine Brücke zu bilden. Die Drehung der Kurbelwelle 10 wird über die Steuerkette auf das Paar von Nockenwellen 18 übertragen.
Wenn das Paar von Nockenwelle 18 gedreht wird, werden das Einlassventil 16 und das Auslassventil 17 wechselseitig zu der Verbrennungskammer 15 bewegt. Wie vorstehend beschrieben, wird der Öffnungs-/Schließ-Zeitpunkt in jedem von dem Einlassventil 16 und dem Auslassventil 17 eingestellt. Eine Zündkerze 19a, die einen Teil der Zündvorrichtung 19 bildet, ist an einem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer 15 bereitgestellt. Die Zündvorrichtung 19 ist so konfiguriert, dass sie nicht nur die Zündkerze 19a, sondern auch eine Zündspule 19b, ein Hochspannungskabel 19c sowie eine Zündkerzen-Abdeckung 19d beinhaltet.
Die Zündspule 19b ist über das Hochspannungskabel 19c mit der Zündkerzen-Abdeckung 19d verbunden, und die Zündkerzen-Abdeckung 19d ist an der Zündkerze 19a angebracht. Die Zündspule 19b verstärkt eine Spannung, die von einer nicht dargestellten Batterie bereitgestellt wird, zum Beispiel um das Hundertfache. Ein von der Zündspule 19b verstärkter elektrischer Starkstrom wird der Zündkerze 19a über das Hochspannungskabel 19c zugeführt. Dementsprechend wird an dem Ende der Zündkerze 19a ein Funke erzeugt. Die Zündvorrichtung 19 zündet mit einer vorgegebenen zeitlichen Abstimmung auf der Basis eines Zündsignals, das von einem Steuergerät (ECU) 2 abgegeben wird, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 15 gezündet wird.
Die Kurbelwelle 10 ist mit einem Startergenerator 20 verbunden, der koaxial mit der Kurbelwelle 10 bereitgestellt ist. Der Startergenerator 20 ist über einen Wechselrichter 23 (siehe 2), der später beschrieben wird, mit einer Batterie 22 verbunden (siehe 2). Der Startergenerator 20 erbringt eine sogenannte „Antriebsleistung“, indem er eine Zufuhr eines elektrischen Stroms von der Batterie 22 erhält und die Kurbelwelle 10 dreht und antreibt. Der Startergenerator 20 führt eine sogenannte „Regeneration“ durch, um eine regenerative elektromotorische Kraft aus der Drehung der Kurbelwelle zu erzeugen, während der Verbrennungsmotor 1 angetrieben wird, und um die regenerative elektromotorische Kraft als eine elektrische Energie zu sammeln.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Startergenerator 20 sowohl die Funktion, bei welcher er als ein Startermotor für ein Starten des Verbrennungsmotors 1 dient, als auch die Funktion auf, bei welcher er als ein Generator für ein Erzeugen eines elektrischen Stroms durch Verwenden des Antreibens des Verbrennungsmotors 1 dient. Der Startergenerator 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient als ein Motor, um eine Antriebskraft zu liefern, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird oder während eines unterstützten Antreibens, und der Startergenerator 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Funktion einer Regeneration (Erzeugen eines elektrischen Stroms) auf, wenn der Motor in einem anderen Fall als dem vorstehenden angetrieben wird.
Von dem Steuergerät 2 werden verschiedene Arten von Betriebsweisen des Verbrennungsmotors 1 gesteuert. Das Steuergerät 2 wird von einem Prozessor, einem Speicher und dergleichen gebildet, die verschiedene Arten von Prozessabläufen in dem Verbrennungsmotor 1 ausführen. Der Speicher wird in Abhängigkeit von den Zwecken von einem Aufzeichnungsmedium gebildet, wie beispielsweise einem ROM (Festwertspeicher) und einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff). Der Speicher speichert ein Steuerprogramm und dergleichen, um jede Einheit des Verbrennungsmotors 1 zu steuern.
Das Steuergerät 2 bestimmt einen Zustand eines Fahrzeugs durch verschiedene Arten von Sensoren, die in dem Fahrzeug bereitgestellt sind, und führt eine Antriebssteuerung des Startergenerators 20 aus, wenn die Zündvorrichtung 19 zündet oder wenn der Verbrennungsmotor 1 gestartet wird.
Nebenbei ist bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem, das einen Startergenerator verwendet, lediglich eine Kapazität eines Startergenerators sichergestellt, die für ein Drehmoment ausreichend ist, das zum Starten eines Verbrennungsmotors erforderlich ist. Daher kann der herkömmliche Startergenerator lediglich die Motordrehzahl auf eine vorgegebene Drehzahl erhöhen und hat eine Fähigkeit, eine geeignete Unterstützung für den Verbrennungsmotor bereitzustellen, nicht erreicht. In einem hohen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors nach einem Starten des Verbrennungsmotors kann eine regenerative elektromotorische Kraft erzeugt werden, welche die Nennspannung des Startergenerators überschreitet, und daher liegt ein Problem dahingehend vor, dass der Startergenerator eine Regeneration nicht geeignet durchführen kann.
Daher beinhaltet das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht nur eine Batterie, um einen elektrischen Strom für den Startergenerator bereitzustellen, sondern auch einen Kondensator, der von der Batterie geladen werden kann und einen Strom an den Startergenerator abgeben kann. Gemäß diesem System wird das Verschaltungsverfahren zwischen der Batterie und dem Kondensator entsprechend dem Zustand des Fahrzeugs (einer Motordrehzahl, einem Gashebel-Betätigungs-Ausmaß und dergleichen) umgeschaltet, so dass nicht nur die Nennspannung der Batterie, sondern auch die Spannung des Kondensators an den Startergenerator angelegt werden kann. Daher kann der Startergenerator auch nach dem Starten des Verbrennungsmotors den Verbrennungsmotor bis in den hohen Drehzahlbereich antreiben und drehen. Auch in einem Fall, in dem in dem Startergenerator eine regenerative elektromotorische Kraft in dem hohen Drehzahlbereich erzeugt wird, kann die Regeneration geeignet durchgeführt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 eine Systemkonfiguration des Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 2 ist ein funktionelles Blockschaubild, das ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 2 dargestellt, ist das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem 3 so konfiguriert, dass es das Steuergerät 2, eine Kraftstoffeinspritz-Vorrichtung 21, eine Zündvorrichtung 19, eine Batterie 22, einen Wechselrichter 23, einen Startergenerator 20 sowie eine Kurbelwelle 10 beinhaltet. Das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem 3 ist so konfiguriert, dass es nicht nur einfach den Verbrennungsmotor 1 startet, sondern dass es den Verbrennungsmotor 1 auch stoppt (siehe 1), wenn das Fahrzeug stoppt und den Verbrennungsmotor 1 neu startet, indem der Startergenerator 20 angetrieben wird, wenn ein Gashebel (nicht dargestellt) betätigt wird.
Das Steuergerät 2 bildet eine Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Steuergerät 2 steuert die Kraftstoffeinspritz-Vorrichtung 21 (die Kraftstoffeinspritz-Menge) sowie die Zündvorrichtung 19 (den Zündzeitpunkt) gemäß verschiedenen Arten von Parametern, wie beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Einlassdruck sowie der Motordrehzahl. Die Kraftstoffeinspritz-Vorrichtung 21 wird zum Beispiel von einer Kraftstoffeinspritzdüse gebildet und ist so konfiguriert, dass sie den Kraftstoff mit einer optimalen Einspritzmenge, einem optimalen Einspritzzeitpunkt und einer optimalen zeitlichen Abstimmung bei Empfangen eines Befehls von dem Steuergerät einspritzt. Wie vorstehend beschrieben, zündet die Zündvorrichtung 19 mit einer optimalen zeitlichen Abstimmung bei Empfangen eines Befehls von dem Steuergerät 2.
Das Steuergerät 2 speichert einen Schwellenwert der Motordrehzahl, der als ein Bestimmungskriterium dient, das verwendet wird, wenn die Antriebssteuerung des Startergenerators 20 durchgeführt wird. Das Steuergerät 2 führt eine Verbrennungseinspritzung und eine Zündsteuerung auf der Basis des Schwellenwerts durch. Der Wechselrichter 23, der später zu beschreiben ist, schaltet eine Anhebungsschaltung 32 auf der Basis des Schwellenwerts und steuert das Antreiben des Startergenerators 20.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Startergenerator 20 über den Wechselrichter 23 mit der Batterie 22 verbunden. Die Batterie 22 stellt nicht nur einen elektrischen Strom für das Steuergerät 2, den Wechselrichter 23 und den Startergenerator 20 bereit, sondern spielt auch die Rolle für ein Akkumulieren des elektrischen Stroms, der von dem Startergenerator 20 erzeugt wird. Der Wechselrichter 23 wandelt einen elektrischen Strom, der von der Batterie 22 bereitgestellt wird, von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom um und stellt den elektrischen Strom für den Startergenerator 20 bereit. Der Wechselrichter 23 wandelt einen elektrischen Strom, der von dem Startergenerator 20 bereitgestellt wird, von einem Wechselstrom in einen Gleichstrom um und stellt den elektrischen Strom für die Batterie 22 bereit. Der Wechselrichter 23 wird bei Empfangen eines Befehls von dem Steuergerät 2 angetrieben und gesteuert.
Der Wechselrichter 23 beinhaltet einen Schaltkreis 30 sowie die Anhebungsschaltung 32, welche die Ausgangsleistung des Startergenerators 20 steuert. Der Wechselrichter 23 steuert das Antreiben des Startergenerators 20 bei Empfang eines Befehls von dem Steuergerät 2 entsprechend der Motordrehzahl und dergleichen. Der Schaltkreis 30 und die Anhebungsschaltung 32 werden später beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, weist der Startergenerator 20 eine Funktion eines Startermotors für ein Starten des Verbrennungsmotors 1 auf. Bei Empfangen eines Befehls von dem Wechselrichter 23 dreht der Startergenerator 20 die Kurbelwelle 10 und treibt diese an.
Nunmehr bezugnehmend auf die 3A und 3B wird eine Schaltungskonfiguration des Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die 3A und3B sind Schaubilder, die ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen. 3 A veranschaulicht einen Zustand, wenn die Batterie und der Kondensator parallel geschaltet sind. 3B veranschaulicht einen Zustand, wenn die Batterie und der Kondensator in Reihe geschaltet sind. Es ist anzumerken, dass die Schaltungskonfiguration des Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems nicht auf die nachstehend gezeigte Konfiguration beschränkt ist und nach Bedarf verändert werden kann.
Das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass es in der Lage ist, die an den Startergenerator 20 angelegte Spannung entsprechend dem Zustand des Fahrzeugs zu ändern. Der Startergenerator 20 (siehe 1 oder 2) wird von einem Drei-Phasen-Wechselstrom-Motor gebildet. Wie in 3 dargestellt, ist bei der in dem Startergenerator 20 bereitgestellten Schaltung ein Ende einer Spule L von jeder Phase (drei Phasen) gemeinsam mit einem Neutralpunkt verbunden (Sternschaltung), und das andere Ende von jeder Spule L ist mit dem Schaltkreis 30 verbunden.
Der Schaltkreis 30 ist zum Beispiel mit einer Batterie B (22) verbunden, deren Nennspannung 12 V beträgt. Die Batterie B (22) ist über die Schalteinheit 27 mit dem Steuergerät 2 und der Fahrzeuglast 25 verbunden. Die Fahrzeuglast 25 bezieht sich auf eine elektrische Last des Fahrzeugs, und in diesem Fall beinhaltet die Fahrzeuglast 25 elektrische Komponenten, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind (Scheinwerfer, Rücklichter, Messgeräte und dergleichen).
Der Schaltkreis 30 beinhaltet sechs Schaltmittel 31, die in einer Brückenschaltung mit jeder Spule L verbunden sind. Die Schaltmittel 31 sind so konfiguriert, dass sie eine Schaltvorrichtung und eine Diode beinhalten, die parallel geschaltet sind. Die Schaltvorrichtung und die Diode werden von einem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und dergleichen gebildet. Der Schaltkreis 30 ist mit der Anhebungsschaltung 32 verbunden, welche die Spannung anhebt, die an den Startergenerator 20 angelegt wird. Die Anhebungsschaltung 32 ist so konfiguriert, dass sie drei Schaltmittel S1, S2 und S3, in denen eine Schaltvorrichtung und eine Diode parallel geschaltet sind, einen Kondensator C sowie einen Widerstand R beinhaltet. Der Kondensator C wird zum Beispiel von einem Lithium-Ionen-Kondensator gebildet und kann von der Batterie B (22) oder dem Startergenerator 20 geladen werden und kann einen Strom an den Startergenerator 20 abgeben.
Ein Ende des Schaltmittels S1 und ein Ende des Schaltmittels S2 sind mit der Plus-Seite der Batterie B (22) verbunden. Das andere Ende des Schaltmittels S1 ist mit einem Ende des Kondensators C verbunden. Das andere Ende des Schaltmittels S2 ist mit dem anderen Ende des Kondensators C verbunden. Das andere Ende des Kondensators C ist über das Schaltmittel S3 und den Widerstand R mit der Minus-Seite der Batterie B (22) verbunden.
Bei dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem 3, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, befinden sich die Schaltmittel S 1, S2, S3 in einem AUS-Zustand, wenn sich der Strom in einem AUS-Zustand befindet. Wie zum Beispiel in 3A dargestellt, werden die Schaltmittel S 1 und S3 so gesteuert, dass sie sich in einem EIN-Zustand befinden, und das Schaltmittel S2 wird so gesteuert, dass es sich in einem AUS-Zustand befindet, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird. Wie vorstehend beschrieben, sind der Kondensator C und die Batterie B (22) parallel geschaltet, und die Spannung (12 V) der Batterie B (22) wird über das Schaltmittel S1 an den Schaltkreis 30 angelegt. Daher kann der Startergenerator 20 mit einer Spannung von 12 V angetrieben werden. Da sich das Schaltmittel S3 in dem EIN-Zustand befindet, wird der Kondensator C über den Widerstand R durch die Batterie B (22) geladen. Es ist anzumerken, dass das Schaltmittel S3 auf AUS geschaltet werden kann, wenn es nicht notwendig ist, den Kondensator C zu laden.
Wie zum Beispiel in 3B dargestellt, wird dann in einem Fall, in dem die Ausgangsleistung des Startergenerators 20 zu erhöhen ist, das Schaltmittel S2 so gesteuert, dass es sich in dem EIN-Zustand befindet, und die Schaltmittel S1 und S3 werden so gesteuert, dass sie sich in dem AUS-Zustand befinden. Im Ergebnis sind der Kondensator C und die Batterie B (22) in Reihe geschaltet. Hierbei wird nicht nur die Spannung (12 V) der Batterie B (22), sondern auch eine Spannung (zum Beispiel 12 V) entsprechend der in dem Kondensator C geladenen elektrischen Ladung an den Schaltkreis 30 angelegt. Daher kann der Startergenerator 20 mit einer Spannung (zum Beispiel 24 V) angetrieben werden, die durch die Nennspannung der Batterie B (22) angehoben ist. Wie vorstehend beschrieben, kann bei der vorliegenden Ausführungsform eine angelegte Spannung für den Startergenerator 20 mittels Verwenden der in dem Kondensator C geladenen elektrischen Ladung angehoben werden.
Da die in dem Kondensator C geladene elektrische Ladung verwendet wird, nimmt die an den Startergenerator 20 angelegte Spannung von 24 V graduell auf die Nennspannung der Batterie B (22) ab, und andererseits wird der Startergenerator 20 mit einer hohen Ausgangsleistung angetrieben. Dadurch wird die Motordrehzahl erhöht. In einem Fall, in dem die Motordrehzahl erhöht ist und sich das Fahrzeug zum Beispiel in einem konstanten Fahrzustand befindet, wird das Schaltmittel S2 so gesteuert, dass es sich in dem EIN-Zustand befindet, und die Schaltmittel S1 und S3 werden so gesteuert, dass sie sich in dem AUS-Zustand befinden, wie in der in 3B dargestellten Schaltung. In diesem Fall erzeugt der Startergenerator 20 eine regenerative elektromotorische Kraft aus der Drehung der Kurbelwelle 10. Die Batterie B (22) wird durch den Startergenerator 20 über den Kondensator C geladen. Wie vorstehend beschrieben, kann eine geeignete Regeneration auch in einem Fall durchgeführt werden, in dem die regenerative elektromotorische Kraft in dem Startergenerator 20 in dem hohen Drehzahlbereich erzeugt wird. Es ist anzumerken, dass eine redundante elektrische Ladung in dem Kondensator C akkumuliert wird, wenn die Batterie B (22) vollständig geladen ist.
In einem Fall zum Beispiel, in dem eine Gashebel-Betätigung durchgeführt wird, um das Fahrzeug erneut zu beschleunigen, sind der Kondensator C und die Batterie B (22) direkt verbunden, so dass der Startergenerator 20 angetrieben werden kann, während die angelegte Spannung für den Startergenerator 20 angehoben wird. Dementsprechend kann der Verbrennungsmotor während des Beschleunigens unterstützt werden. In einem Fall, in dem ein Bremsvorgang durchgeführt wird, um das Fahrzeug zu verlangsamen und zu stoppen und sich das Fahrzeug in einem Leerlauf-Zustand befindet, wird andererseits veranlasst, dass sich die Schaltmittel S1 und S3 in dem EIN-Zustand befinden, und es wird veranlasst, dass sich das Schaltmittel S2 in dem AUS-Zustand befindet, wie in 3A dargestellt. In diesem Fall werden 12 V, was die Nennspannung der Batterie B (22) ist, an den Startergenerator 20 angelegt. In dem Leerlauf-Zustand ist die Motordrehzahl ausreichend reduziert, und daher kann die Regeneration ohne Berücksichtigung der regenerativen elektromotorischen Kraft des Startergenerators 20 ausgeführt werden, und dementsprechend können der Kondensator C und die Batterie B (22) geladen werden. Wie vorstehend beschrieben, können das Unterstützen des Verbrennungsmotors während einer Beschleunigung und die Regeneration der Rotationsenergie mittels Umschalten der Schaltung zwischen der Batterie B (22) und dem Kondensator C entsprechend des Zustands des Fahrzeugs durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf die 4A und 4B wird nachfolgend der Prozess von dem Zeitpunkt an, wenn der Verbrennungsmotor aus dem Motor-Stopp-Zustand gestartet wird, bis zu dem Zeitpunkt beschrieben, wenn der Startergenerator den Verbrennungsmotor unterstützt, bis das Fahrzeug die Motordrehzahl erreicht, bei der das Fahrzeug fahren kann. Die 4A und 4B sind graphische Darstellungen, welche die Motordrehzahl, die Kraftstoffeinspritz-Menge sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Startens des Verbrennungsmotors in dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem veranschaulichen. In den 4A und 4B bezeichnet die horizontale Achse die Zeit, und die vertikale Achse bezeichnet die Motordrehzahl (die Drehzahl der Kurbelwelle), die Kraftstoffeinspritz-Menge oder die Fahrzeuggeschwindigkeit. 4A ist eine graphische Darstellung, die eine Motordrehzahl und dergleichen in einem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. 4B ist eine graphische Darstellung, die eine Motordrehzahl und dergleichen in dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht. In der graphischen Darstellung ist die Motordrehzahl mit einer durchgezogenen Linie gekennzeichnet, die Kraftstoffeinspritz-Menge ist mit einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie gekennzeichnet, und die Fahrzeuggeschwindigkeit ist mit einer gestrichelten Linie mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen gekennzeichnet. Bei der folgenden Erläuterung ist der Startergenerator 20 einfach als der Motor 20 bezeichnet.
In 4 ist ein Fall beschrieben, bei dem der Verbrennungsmotor aus dem Zustand gestartet wird, in dem der Verbrennungsmotor vollständig gestoppt ist, die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem kann so konfiguriert sein, dass der Verbrennungsmotor zum Beispiel aus dem Leerlaufstopp-Zustand neu gestartet wird. Das nachstehend gezeigte Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem wird so betrachtet, dass es auf ein Fahrzeug mit einer automatischen Kupplung angewendet wird, wie beispielsweise einer Fliehkraftkupplung. Wenn der Verbrennungsmotor in diesem Fall eine vorgegebene Drehzahl (zum Beispiel 3.500 U/min) erreicht, erreicht die automatische Kupplung einen eingekuppelten (verbundenen) Zustand, der es zulässt, dass das Fahrzeug beginnt, sich zu bewegen.
Wie in 4A bei dem Vergleichsbeispiel dargestellt, wird der Motor 20 angetrieben, wenn die Verbrennungsmotor-Antriebssteuerung gestartet wird, so dass die Kurbelwelle 10 gedreht und angetrieben wird (siehe 1) und die Motordrehzahl graduell erhöht wird. Nachdem ein Zeitraum T1 verstrichen ist, seit der Motor 20 gestartet wurde, um angetrieben zu werden, wird die Motordrehzahl höher als die vorgegebene Drehzahl (zum Beispiel 1.500 U/min), und an diesem Punkt werden die Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung gestartet, und andererseits wird danach das Antreiben mit dem Motor 20 gestoppt.
Die Motordrehzahl wird graduell erhöht, wenn ein Fahrzeuginsasse den Gashebel öffnet. Nachdem ein Zeitraum T2 verstrichen ist, seit der Motor 20 gestartet wurde, um angetrieben zu werden, wird die Motordrehzahl höher als 3.500 U/min An diesem Punkt erreicht die automatische Kupplung den eingekuppelten Zustand, und das Fahrzeug beginnt zu fahren. Während die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit) zunimmt, nehmen die Motordrehzahl und die Kraftstoffeinspritz-Menge zu. In einem Fall, in dem das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit weiter fährt, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert (zum Beispiel 50 km/h) erreicht hat, bleibt die Motordrehzahl bei einem konstanten Wert. Andererseits erreicht die Kraftstoffeinspritz-Menge einen Höchstwert (maximale Menge), bevor die Fahrzeuggeschwindigkeit 50 km/h erreicht. Nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem konstanten Wert bleibt, nimmt dann die Kraftstoffeinspritz-Menge graduell ab.
Im Gegensatz zu dem Vergleichsbeispiel ist die vorliegende Ausführungsform derart konfiguriert, dass der Motor 20 angetrieben wird, wenn die Verbrennungsmotor-Antriebssteuerung gestartet wird und die Motordrehzahl graduell erhöht wird, wie in 4B veranschaulicht. Hierbei sind die Batterie B (22) und der Kondensator C in der Anhebungsschaltung 32 (siehe 3) parallel geschaltet. Der Motor 20 erhöht die Motordrehzahl graduell. Wenn die Motordrehzahl nach Verstreichen eines Zeitraums T3, seit der Motor 20 gestartet wurde, um angetrieben zu werden, höher als zum Beispiel 3.400 U/min wird, werden die Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung gestartet. Die Motordrehzahl wird durch die Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung graduell erhöht. Wenn dann die Motordrehzahl nach Verstreichen eines Zeitraums T4, seit der Motor 20 gestartet wurde, um angetrieben zu werden, höher als 3.500 U/min wird, erreicht die automatische Kupplung einen einkuppelten Zustand, so dass das Fahrzeug beginnt zu fahren.
Hierbei werden die Schaltmittel S1, S2, S3 in der Anhebungsschaltung 32 so umgeschaltet, dass die Batterie B (22) und der Kondensator C in Reihe geschaltet sind. Dementsprechend kann der Startergenerator 20 in dem Drehzahlbereich, in dem ein hohes Antriebs-Drehmoment erforderlich ist, und in einem Zustand angetrieben werden, in dem die Versorgungsspannung erhöht ist. Daher kann der Verbrennungsmotor mit einer geeigneteren zeitlichen Abstimmung unterstützt werden. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor auch in dem hohen Drehzahlbereich unterstützt werden, und die Verbrennungsmotor-Antriebsunterstützung kann während einer Beschleunigung erreicht werden, so dass die Antriebsleistung verbessert wird. Des Weiteren kann die Regeneration (die Erzeugung der regenerativen elektromotorischen Kraft) auch in einem Fall geeignet durchgeführt werden, in dem die regenerative elektromotorische Kraft in dem Motor 20 in dem hohen Drehzahlbereich erzeugt wird.
Während die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit) zunimmt, nehmen die Motordrehzahl und die Kraftstoffeinspritz-Menge zu. Wenn die Motordrehzahl zum Beispiel gleich 4.000 U/min oder höher wird, wird das Antreiben des Motors 20 beendet, und der Verbrennungsmotor 1 wechselt in eine Lade(Regenerations)-Steuerung. Danach wird die Motordrehzahl lediglich mit der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung erhöht. Ähnlich wie bei dem Vergleichsbeispiel bleibt die Motordrehzahl in einem Fall, in dem das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit weiter fährt, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert erreicht hat (zum Beispiel 50 km/h), bei einem konstanten Wert. Andererseits erreicht die Kraftstoffeinspritz-Menge einen Höchstwert (eine maximale Menge), bevor die Fahrzeuggeschwindigkeit 50 km/h erreicht. Nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem konstanten Wert bleibt, nimmt die Kraftstoffeinspritz-Menge dann graduell ab.
Wie vorstehend beschrieben, wird die angelegte Spannung, die an den Motor 20 angelegt wird, bei der vorliegenden Ausführungsform entsprechend der Motordrehzahl eingestellt, und in einer Zeitspanne, bevor das Fahrzeug beginnt zu fahren, wird die Antriebszeit des Motors 20 so stark wie möglich erhöht. Wenn die Motordrehzahl bei dem Vergleichsbeispiel 1.500 U/min überschreitet, wird die Kraftstoffeinspritzung und dergleichen gestartet. Wenn die Motordrehzahl bei der vorliegenden Ausführungsform 3.400 U/min überschreitet, wird die Kraftstoffeinspritzung gestartet. Spezifischer ist der Zeitraum T3, der benötigt wird, um die Kraftstoffeinspritzung zu starten, bei der vorliegenden Ausführungsform länger als der Zeitraum T1, der benötigt wird, um die Kraftstoffeinspritzung bei dem Vergleichsbeispiel zu starten. Daher kann die Kraftstoffeinspritz-Menge für ein Starten des Fahrzeugs, damit es fährt, reduziert werden, und die Kraftstoffeffizienz kann verbessert werden.
In einem niedrigen Drehbereich kann die Fahrzeuggeschwindigkeit in einer kürzeren Zeit auf die Motordrehzahl erhöht werden, die für das Fahrzeug geeignet ist, indem der Motor 20 angetrieben wird, anstatt die Motordrehzahl mit der Kraftstoffeinspritzung und dergleichen zu erhöhen. Daher kann der Zeitraum T4, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform für ein Starten des Fahrzeugs benötigt wird, damit es fährt, d.h. der Zeitraum, der benötigt wird, um die Kupplungs-Verbindung herzustellen, im Vergleich zu dem Zeitraum T2 reduziert werden, der gemäß dem Vergleichsbeispiel für ein Starten des Fahrzeugs benötigt wird, damit es fährt.
Die Anhebungsschaltung wird während der Kupplungs-Verbindungssteuerung von 3.400 U/min, bei denen die Kupplungs-Verbindungssteuerung gestartet wird, auf 3.500 U/min geschaltet, bei denen die Kupplungs-Verbindungssteuerung beendet wird, so dass der Zeitpunkt, bei dem die Anhebungsschaltung geschaltet wird, mit dem Starten des Verbrennungsmotors, dem Start der Zündung, dem Start der Kraftstoffeinspritzung und der Verbindungssteuerung der Kupplung überlappt. Daher kann die Drehmoment-Änderung abgefangen werden, die von der Änderung der Anhebungsschaltung verursacht wird, und es liegt ein Effekt vor, bei dem eine Anhebung erzielt wird, ohne dass sich ein Gefühl des Unbehagens für den Fahrer ergibt.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nachfolgend die Verbrennungsmotor-Antriebssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 5 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel für die Verbrennungsmotor-Antriebssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Bei der folgenden Erläuterung bezeichnet eine Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh ein Gashebel-Betätigungs-Ausmaß pro Zeiteinheit. Es wird angenommen, dass die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate mittels des Steuergeräts 2 auf der Basis zum Beispiel einer Ausgabe eines Gashebel-Öffnungsgrad-Sensors (nicht dargestellt) und dergleichen berechnet wird. Es wird angenommen, dass ein vorgegebener Wert (Th1), mit dem ΔTh zu vergleichen ist, im Voraus in dem Steuergerät 2 zu speichern ist. Es wird angenommen, dass die Motordrehzahl N mittels des Steuergeräts 2 auf der Basis einer Ausgabe eines Kurbelwinkel-Sensors (nicht dargestellt) und dergleichen berechnet wird.
Wie in 5 dargestellt, wird angenommen, dass der Verbrennungsmotor nach dem Starten der Steuerung zu starten ist (Schritt ST1: Ja), und dementsprechend werden die Schaltmittel S1, S2, S3 in der Anhebungsschaltung 32 (siehe 3) so umgeschaltet, dass die Batterie B (22) und der Kondensator C parallel geschaltet sind (Schritt ST2). Dementsprechend kann der Motor 20 mit 12 V angetrieben werden, was die Nennspannung der Batterie B (22) ist. Nachdem die Batterie B (22) und der Kondensator C parallel geschaltet sind oder in einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor bereits gestartet wurde (Schritt ST1: Nein), berechnet das Steuergerät 2 (siehe 1 oder 2) nachfolgend die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh, und es erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh größer als Th1 ist oder nicht (Schritt ST3).
In einem Fall, in dem die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh größer als Th1 ist (Schritt ST3: Ja), wird angenommen, dass ein plötzlicher Beschleunigungsvorgang durchgeführt wurde. Dementsprechend werden die Schaltmittel S1, S2, S3 in der Anhebungsschaltung 32 so umgeschaltet, dass die Batterie B (22) und der Kondensator C in Reihe geschaltet sind (Schritt ST4). Daher kann der Motor 20 mit 24 V angetrieben werden, was durch Addieren der Spannung des Kondensators C zu der Nennspannung der Batterie B (22) erreicht wird.
In einem Fall, in dem die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh nicht größer als Th1 ist (Schritt ST3: Nein), erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob die Motordrehzahl N höher als die vorgegebene Drehzahl ist (in diesem Fall 3.400 U/min) oder nicht (Schritt ST5). In einem Fall, in dem die Motordrehzahl N höher als 3.400 U/min ist (Schritt ST5: Ja), wird angenommen, dass die Motordrehzahl N in dem hohen Drehzahlbereich liegt. Dementsprechend werden die Schaltmittel S1, S2, S3 in der Anhebungsschaltung 32 so umgeschaltet, dass die Batterie B (22) und der Kondensator C in Reihe geschaltet sind (Schritt ST4). In einem Fall, in dem die Motordrehzahl N niedriger als 3.400 U/min ist (Schritt ST5: Nein), wird angenommen, dass die Motordrehzahl N in dem niedrigen Drehbereich liegt, und Schritt ST2 wird danach erneut durchgeführt. Wie vorstehend beschrieben, kann daher der Motor 20 in dem verstärkten Zustand angetrieben werden, und die regenerative elektromotorische Kraft kann erzeugt werden.
Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, wird der Startergenerator 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angetrieben, wie vorstehend beschrieben, während die Batterie B (22) und der Kondensator C parallel geschaltet sind. Hierbei wird der elektrische Strom entsprechend der Kapazität der Batterie B (22) für den Startergenerator 20 bereitgestellt, und andererseits wird der Kondensator C durch den elektrischen Strom von der Batterie B (22) geladen. Nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde, wird dann der Startergenerator 20 angetrieben, während die Batterie B (22) und der Kondensator C in Reihe geschaltet sind. Hierbei wird nicht nur die Kapazität der Batterie B (22), sondern auch der in dem Kondensator C geladene elektrische Strom für den Startergenerator 20 bereitgestellt. Daher kann die Motordrehzahl durch Antreiben des Startergenerators 20 auch nach einem Starten des Verbrennungsmotors erhöht werden. Da die für den Startergenerator 20 bereitgestellte Spannung erhöht wird, kann die regenerative elektromotorische Kraft auch in einem Fall erzeugt werden, bei dem der Startergenerator 20 verwendet wird, dessen regenerative elektromotorische Kraft groß ist. Indem die Schaltung zwischen der Batterie B (22) und dem Kondensator C umgeschaltet wird, wie vorstehend beschrieben, kann das Unterstützen des Verbrennungsmotors mittels des Startergenerators 20 realisiert werden, und die regenerative elektromotorische Kraft von dem Startergenerator 20 kann effizient erzeugt werden. Im Ergebnis kann die Kraftstoffeffizienz realisiert werden. Die zeitliche Abstimmung des Umschaltens der Anhebungsschaltung ist mit der zeitlichen Abstimmung des Startens des Verbrennungsmotors und der Kupplungs-Verbindungssteuerung synchronisiert, so dass die Drehmoment-Änderung, die durch die Änderung der Anhebungsschaltung verursacht wird, abgefangen werden kann, und es liegt ein Effekt vor, bei dem eine Anhebung erreicht wird, ohne dass sich ein Gefühl des Unbehagens für den Fahrer ergibt.
Wenn die Gashebel-Beschleunigungs-Betätigung, die von dem Fahrzeuginsassen durchgeführt wird, größer als ein vorgegebener Wert ist, treibt der Wechselrichter 23 den Startergenerator 20 bei der vorliegenden Ausführungsform an, wenn die Batterie B (22) und der Kondensator C in Reihe geschaltet werden. In diesem Fall werden die Batterie B (22) und der Kondensator C in einem Fall, in dem ein plötzlicher Beschleunigungsvorgang durchgeführt wird, in Reihe geschaltet, so dass der Startergenerator 20 angetrieben werden kann, während die Versorgungsspannung erhöht wird. Daher wird das Antreiben des Verbrennungsmotors durch den Startergenerator 20 unterstützt, und ein Fahrzeuginsasse kann eine Beschleunigung erfahren, die seiner/ihrer Forderung genügt.
Wenn die Motordrehzahl des Weiteren höher als die vorgegebene Drehzahl wird, bei der das Unterstützen mit dem Startergenerator 20 beendet wird, kann der Wechselrichter 23 die Batterie B (22) und den Kondensator C in Reihe schalten. In diesem Fall kann die regenerative elektromotorische Kraft auch in einem Fall erzeugt werden, in dem eine regenerative elektromotorische Kraft in dem Startergenerator 20 in einem Bereich höherer Drehzahlen als der vorgegebenen Drehzahl erzeugt wird, bei der das Unterstützen mit dem Startergenerator 20 beendet wird.
Unter Bezugnahme auf die 6A und 6B wird nachfolgend ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem gemäß einer Modifikation beschrieben. Die 6A und 6B sind Schaubilder, die eine Schaltungskonfiguration eines Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystems gemäß der Modifikation veranschaulichen. In den 6A und 6B unterscheidet sich die Konfiguration von jener der vorliegenden Ausführungsform dahingehend, dass sich die Anordnung einer Anhebungsschaltung und einer Batterie unterscheidet. Es ist anzumerken, dass die gleichen Komponenten wie jene der vorliegenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und ein Teil der Erläuterung weggelassen werden kann.
Wie in den 6A und 6B dargestellt, ist ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem 4 gemäß der Modifikation so konfiguriert, dass es nicht nur einen Schaltkreis 40, sondern auch eine Anhebungsschaltung 41 und eine Batterie B (22) beinhaltet. Die Minus-Seite der Batterie B (22) ist mit dem Schaltkreis 40 verbunden, und andererseits ist die Plus-Seite der Batterie B (22) über die Anhebungsschaltung 41 mit dem Schaltkreis 40 verbunden. Die Anhebungsschaltung ist über eine Schalteinheit 27 mit einem Steuergerät 2 und einer Fahrzeuglast 25 verbunden.
Der Schaltkreis 40 beinhaltet sechs Schaltmittel 31, die in einer Brückenschaltung mit dem Startergenerator 20 verbunden sind. Die Anhebungsschaltung 41 ist so konfiguriert, dass sie drei Schaltmittel S1, S2, S3, die hergestellt werden, indem eine Schaltvorrichtung und eine Diode parallel geschaltet werden, einen Kondensator C (Kondensator) sowie einen Widerstand R beinhaltet. Ein Ende des Schaltmittels S1 und ein Ende des Schaltmittels S2 sind mit der Plus-Seite der Batterie B (22) verbunden. Das andere Ende des Schaltmittels S1 ist mit einem Ende des Kondensators C verbunden. Das andere Ende des Schaltmittels S2 ist mit dem anderen Ende des Kondensators C verbunden. Das andere Ende des Kondensators C ist über das Schaltmittel S3 und den Widerstand R mit der Minus-Seite der Batterie B (22) verbunden.
Wenn der Verbrennungsmotor in dem Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem 4 gestartet wird, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wie zum Beispiel in 6A dargestellt, werden die Schaltmittel S1 und S3 so gesteuert, dass sie sich in dem EIN-Zustand befinden, und das Schaltmittel S2 wird so gesteuert, dass es sich in dem AUS-Zustand befindet. Wie vorstehend beschrieben, sind der Kondensator C und die Batterie B parallel geschaltet. Die Spannung (12 V) der Batterie B (22) wird über den Schaltkreis 40 an den Startergenerator 20 angelegt. Daher kann der Startergenerator 20 mit einer Spannung von 12 V angetrieben werden. Da sich das Schaltmittel S3 in dem EIN-Zustand befindet, wird der Kondensator C über den Widerstand R durch die Batterie B (22) geladen.
Wie zum Beispiel in 6B dargestellt, wird das Schaltmittel S2 in einem Fall, in dem die Ausgangsleistung des Startergenerators 20 zu erhöhen ist, so gesteuert, dass es sich in dem EIN-Zustand befindet, und die Schaltmittel S1 und S3 werden so gesteuert, dass sie sich in dem AUS-Zustand befinden. Daher sind der Kondensator C und die Batterie B (22) in Reihe geschaltet. Hierbei wird nicht nur die Spannung (12 V) der Batterie B (22), sondern auch eine Spannung (zum Beispiel 12 V) entsprechend einer in dem Kondensator C geladenen elektrischen Ladung an den Wechselrichter 23 angelegt. Daher kann der Startergenerator 20 mit einer Spannung (zum Beispiel 24 V) angetrieben werden, die durch die Nennspannung der Batterie B (22) angehoben ist. Wie vorstehend beschrieben, kann die angelegte Spannung, die an den Startergenerator 20 angelegt wird, bei der Modifikation durch Verwenden der in dem Kondensator C geladenen elektrischen Ladung angehoben werden.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf jede vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und durch Anwendung verschiedener Modifikationen ausgeführt werden kann. Bei der vorstehenden Ausführungsform sind die Abmessung, die Form und dergleichen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, nicht auf diese beschränkt und können nach Bedarf innerhalb des Bereichs modifiziert werden, in dem die Effekte der vorliegenden Erfindung erreicht werden können. Darüber hinaus kann die Ausführungsform ausgeführt werden, wenn Änderungen nach Bedarf angewendet werden, ohne von dem Bereich des Gegenstands der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der Verbrennungsmotor 1 ist zum Beispiel bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen so konfiguriert, dass er von dem Startergenerator 20 gestartet wird, der integral den Startermotor und den Generator aufweist; die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Startermotor und der Generator können separat bereitgestellt sein, und der Verbrennungsmotor 1 kann von dem Startermotor gestartet werden.
Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen sind die Schaltmittel S1, S2, S3 von einem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) gebildet. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Schaltmittel S1, S2, S3 können in irgendeiner Weise konfiguriert sein, solange die Schaltung zwischen der Batterie B (22) und dem Kondensator C umgeschaltet werden kann.
Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist ein Kriterium für ein Umschalten der Anhebungsschaltungen 32 und 41 zum Beispiel eine Motordrehzahl von 3.400 U/min Die Ausführungsform ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt, solange sie sich in der Kupplungs-Verbindungssteuerung befindet. Die zeitliche Abstimmung des Umschaltens der Anhebungsschaltung 32 kann nach Bedarf geändert werden. Als Kriterium für ein Umschalten kann zum Beispiel eine Motordrehzahl, bei der das Unterstützen des Verbrennungsmotors mit dem Startergenerator 20 beendet wird, eine Motordrehzahl in einem Leerlauf-Zustand (zum Beispiel 1.000 bis 1.500 U/min), eine Motordrehzahl, bei der sich die automatische Kupplung in einem ausgekuppelten Zustand befindet, oder eine Motordrehzahl im Hinblick auf Charakteristika für die regenerative elektromotorische Kraft des Startergenerators 20 eingeführt werden. Auch in dem vorstehenden Fall wird die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh in einer bevorzugten Weise verwendet, wenn die Gashebel-Öffnungsgrad-Änderungsrate ΔTh größer als ein vorgegebener Wert ist, und die Reihenschaltung zwischen der Batterie B (22) und dem Kondensator C in den Anhebungsschaltungen 32, 41 wird aufrechterhalten.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Erfindung wirkungsvoll für ein Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem und ein Fahrzeug, die einen Effekt aufweisen, bei dem die Kraftstoffeffizienz verbessert wird, indem das Antreiben eines Verbrennungsmotors unterstützt wird und spezieller das Starten des Verbrennungsmotors durch Verwenden eines Startergenerators unterstützt wird.

Claims

Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem (3), umfassend: einen Startergenerator (20), der so konfiguriert ist, dass er als ein Motor für ein Drehen und Antreiben einer Kurbelwelle (10) fungiert, wenn ein Verbrennungsmotor (1) gestartet wird, und als ein Generator für ein Erzeugen einer regenerativen elektromotorischen Kraft aus einer Drehung der Kurbelwelle (10) fungiert, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet wurde; eine Batterie (22), die so konfiguriert ist, dass sie einen elektrischen Strom für den Startergenerator (20) bereitstellt; einen Wechselrichter (23), der zwischen dem Startergenerator (20) und der Batterie (22) verschaltet ist; und einen Kondensator (C), der durch die Batterie (22) oder den Startergenerator (20) geladen werden kann und an den Startergenerator (20) entladen werden kann, wobei der Wechselrichter (23) eine Anhebungsschaltung (32) aufweist, die in der Lage ist, eine Verbindung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in eine Parallelschaltung oder eine Reihenschaltung umzuschalten; und die Anhebungsschaltung (32) so konfiguriert ist, dass sie den Startergenerator (20) antreibt, indem die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in die Parallelschaltung umgeschaltet wird, wenn der Verbrennungsmotor (1) gestartet wird, und dass sie den Startergenerator (20) antreibt, indem sie die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) unter einer vorgegebenen Voraussetzung in die Reihenschaltung umschaltet, nachdem der Verbrennungsmotor (1) gestartet wurde.
Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem (3) nach Anspruch 1, wobei die Anhebungsschaltung (32) so konfiguriert ist, dass sie den Startergenerator (20) antreibt, indem die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in die Reihenschaltung umgeschaltet wird, wenn eine Gashebel-Beschleunigungs-Betätigung eines Fahrzeuginsassen einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anhebungsschaltung (32) so konfiguriert ist, dass sie die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in die Reihenschaltung umschaltet, wenn die Motordrehzahl eine vorgegebene Drehzahl überschreitet.
Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem (3) nach Anspruch 3, wobei die Anhebungsschaltung (32) so konfiguriert ist, dass sie die Schaltung zwischen der Batterie (22) und dem Kondensator (C) in die Reihenschaltung umschaltet, wenn die Motordrehzahl eine vorgegebene Drehzahl überschreitet, bei der die Unterstützung des Startergenerators (20) beendet wird.
Fahrzeug, welches das Verbrennungsmotor-Antriebssteuersystem (3) nach Anspruch 1 oder 2 beinhaltet, umfassend: eine automatische Kupplung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungssteuerung startet, wenn eine Motordrehzahl gleich einer vorgegebenen Drehzahl oder höher als diese ist, wobei die Anhebungsschaltung (32) so konfiguriert ist, dass sie den Startergenerator (20) antreibt, indem sie die Batterie (22) und den Kondensator (C) in die Reihenschaltung umschaltet, wenn sich die automatische Kupplung in einer Verbindungssteuerung befindet.