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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren
für eine
Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. 9.
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Turbolader
erhöhen
die einer Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge, um eine hohe
Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine zu erreichen. Da bei einem
Turbolader jedoch die Abgasenergie der Brennkraftmaschine verwendet
wird, kann der Ladedruck im Niederdrehzahlbereich, in dem die Abgasenergie
gering ist, nicht schnell erreicht werden, wodurch sich die Leistungscharakteristik
der Brennkraftmaschine im Niederdrehzahlbereich im Vergleich zur
Leistungscharakteristik im Hochdrehzahlbereich verschlechtert. Deshalb
wurde ein Turbolader mit einem Elektromotor entwickelt, wobei der Elektromotor
in den Verbund aus Turbine und Verdichter verbaut ist, und die Turbine
und der Verdichter unter Verwendung des Elektromotors zwangsmäßig so angetrieben
werden, dass ein gewünschter
Ladedruck erreicht wird.
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Der
Elektromotor kann als Generator fungieren, der die ihm zugeführte Energie
in elektrische Energie umwandelt. Wenn der Elektromotor, beispielsweise
während
der Verzögerung
des Kraftfahrzeugs, keine Antriebskraft liefern muss, erzeugt der
in den Turbolader eingebaute Elektromotor unter Verwendung des Abgases
der Brennkraftmaschine elektrische Leistung, um so die Abgasenergie
als elektrische Energie zurückzugewinnen
(siehe die JP 11-324688 A).
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Wenn
der Elektromotor elektrische Leistung erzeugt, wird Abgasenergie
zurückgewonnen,
was die Temperatur einer stromabwärts des Turboladers vorgesehenen
Abgasreinigungsvorrichtung beeinflusst. Der in einem herkömmlichen
Turbolader eingebaute Elektromotor wird jedoch ohne Berücksichtigung
der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung gesteuert. Deshalb
kann sich die Reinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung
verschlechtern.
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Aus
der
DE 101 34 300
A1 sind eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9 bekannt.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung
und ein Steuerverfahren zu schaffen, die bzw. das eine Steuerung
der Temperatur einer Abgasreinigungsvorrichtung in einen geeigneten
Temperaturbereich ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Steuerverfahren gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine, die einen Turbolader mit Generator umfasst,
und dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren,
ist die Abgasreinigungsvorrichtung stromabwärts des Turboladers im Abgaskanal
der Brennkraftmaschine vorgesehen, wird ein variabler elektrischer
Leistungserzeugungsbetrag basierend auf der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung
bestimmt, und wird der Generator entsprechend gesteuert. Daher wird
durch den Generator Abgasenergie entsprechend dem variablen elektrischen
Leistungserzeugungsbetrag zurückgewonnen,
und die Abgastemperatur entspricht der Abgasenergie nach Rückgewinnung.
Folglich nimmt die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung einen geeigneten
Wert an, wodurch eine angemessene Reinigungsleistung erreicht werden
kann.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der variable elektrische
Leistungserzeugungsbetrag reduziert wird, falls sich die Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung nicht innerhalb eines geeigneten
Temperaturbereichs befindet.
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Demgemäß wird,
falls die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung niedriger ist
als der geeignete Temperaturbereich, die vom Generator durch elektrische
Leistungserzeugung zurückgewonnene Abgasenergie
im Vergleich zur Normalsteuerung vermindert. Entsprechend der Abgasenergie
wird dadurch die Abnahme der Temperatur des zur Abgasreinigungsvorrichtung
strömenden
Abgases im Vergleich zur Normalsteuerung vermindert. Folglich wird die
Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung auf eine geeignete Temperatur
erhöht.
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Der
geeignete Temperaturbereich der Abgasreinigungsvorrichtung ist ein
Bereich, in dem sich die Reinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung
nicht verschlechtert. Bei der Verringerung des variablen elektrischen
Leistungserzeugungsbetrag, kann die elektrische Leistungserzeugung
verhindert werden, indem der variable elektrische Leistungserzeugungsbetrag
auf Null reduziert wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Drosselklappe
zur Einstellung der Ansaugluftmenge stromaufwärts des Turboladers im Einlasskanal
der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und die Drosselklappe geschlossen wird,
wenn die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung gleich einer
oder höher als
eine vorgegebene Temperatur ist und wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen
wird, falls der variable elektrische Leistungerzeugungsbetrag des
Generators reduziert wird.
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Der
Grund, weshalb die Steuerung auf diese Art durchgeführt wird,
ist folgender: Wenn elektrische Leistungserzeugung unter Verwendung
der Abgasenergie durchgeführt
wird, wird die Drosselklappe normalerweise geöffnet, wenn die Kraftstoffzufuhr
der Brennkraftmaschine bei Verzögerung
unterbrochen wird, so dass die Ansaugluftmenge, die Energie des zur
Turbine strömenden
Abgases und der elektrische Leistungserzeugungsbetrag des Generators
erhöht wird.
Falls die Menge der in die Abgasreinigungsvorrichtung strömenden Luft
(Sauerstoff) bei hoher Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung
jedoch erhöht
wird, wird die Abgasreinigungsvorrichtung (d.h., ein Abgasreinigungskatalysator)
in einen Sauerstoffüberschusszustand
versetzt, wodurch sich die Katalysatorleistung verschlechtert. Deshalb
wird die Drosselklappe im obigen Fall geschlossen, so dass die der
Brennkraftmaschine zugeführte
Luftmenge null wird, wodurch das von der Brennkraftmaschine ausgestossene
Abgas reduziert, oder das Abgas von der Brennkraftmaschine gar nicht
ausgestossen wird. Folglich wird die Menge der in die Abgasreinigungsvorrichtung
einströmenden
Luft reduziert oder null, wodurch eine Verschlechterung der Katalysatorleistung
aufgrund eines Sauerstoffüberschusszustands verhindert
wird. Da das von der Brennkraftmaschine ausgestossene Abgas reduziert,
oder das Abgas von der Brennkraftmaschine gar nicht mehr ausgestossen
wird, wenn die Drosselklappe geschlossen ist, wird der elektrische
Leistungserzeugungsbetrag des Generators vermindert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Einrichtung
zur Bestimmung des variablen elektrischen Leistungserzeugungsbetrags
den variablen elektrischen Leistungserzeugungsbetrag erhöht, falls
die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung gleich einer oder
höher als
eine vorgegebene Temperatur ist.
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Daher
wird die durch die elektrische Leistungserzeugung des Generators
zurückgewonnene Abgasenergie
im Vergleich zur Normalsteuerung erhöht. Gemäß der Abgasenergie, wird dadurch
die Temperatur des zur Abgasreinigungsvorrichtung strömenden Abgases
im Vergleich zur Normalsteuerung vermindert. Folglich wird die Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung auf einen geeigneten Wert abgesenkt.
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In
obiger Beschreibung wird der Ausdruck "vorgegebene Temperatur" mehrfach verwendet.
Die oben beschriebenen vorgegebenen Temperaturen sind jedoch nicht
notwendigerweise dieselben Temperaturen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der variable
elektrische Leistungs erzeugungsbetrag erhöht wird, falls die Lademenge
einer Batterie, d.h. einer Stromversorgungsquelle, kleiner ist als
ein oberer Grenzwert.
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Dementsprechend
kann die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung auf einen geeigneten Wert
abgesenkt werden, während
die Lademenge der Batterie erhöht
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der variable
elektrische Leistungserzeugungsbetrag um eine größere Rate erhöht wird,
wenn die Lademenge der Batterie kleiner ist.
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Dementsprechend
kann die Batterie schnell geladen werden, da der variable elektrische
Leistungserzeugungsbetrag um eine größere Rate erhöht wird,
wenn die Lademenge der Batterie kleiner ist, und die Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung kann auf einen geeigneten Wert abgesenkt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der variable
elektrische Leistungserzeugungsbetrag um eine größere Rate erhöht wird,
wenn die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung höher ist.
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Wird
der variable elektrische Leistungserzeugungsbetrag um eine größere Rate
erhöht,
wenn die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung höher ist,
wird die vom Generator durch elektrische Leistungerzeugung zurückgewonnene
Abgasenergie um eine größere Rate
gesteigert. Gemäß der Abgasenergie
wird daher die Temperatur des zur Abgasreinigungsvorrichtung strömenden Abgases
im Vergleich zur Normalsteuerung abgesenkt. Folglich kann die Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung auf eine geeignete Temperatur abgesenkt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass, falls die
Lademenge der Batterie ihre obere Grenzlademenge erreicht hat, die elektrische
Leistungserzeugung des Generators verhindert wird, d.h. der variable
elektrische Leistungserzeugungsbetrag zu null bestimmt wird, wenn
die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung gleich einer oder
größer als
eine vorgegebene Temperatur ist.
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Dementsprechend
kann, falls die Lademenge der Batterie ihre obere Grenzlademenge
erreicht hat, eine unnötige
elektrische Leistungerzeugung verhindert werden, indem die elektrische
Leistungserzeugung des Generators unterbunden wird, wenn die Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung gleich einer oder größer als
eine vorgegebene Temperatur ist.
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KURZDARSTELLUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Ausführungbeispiele,
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
unter Berücksichtigung
der beigefügten
Zeichnungen verständlicher,
wobei
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1 eine
schematische Darstellung ist, die den Aufbau eines Brennkraftmaschinensystems,
das einen Turbolader mit einem Elektromotor zur elektrischen Leistungserzeugung
umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 ein
Ablaufdiagramm ist, das die von einer Steuereinheit durchgeführte Steuerung
bei niedriger Katalysatortemperatur darstellt;
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3 ein
Ablaufdiagramm ist, das die von einer Steuereinheit durchgeführte Steuerung
bei hoher Katalysatortemperatur darstellt; und
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4 ein
Kennfeld ist, das die Erhöhungsrate
zeigt, mit der der elektrische Leistungserzeugungsbetrag gemäß einem
von der Steuereinheit aufrechterhaltenen Batterielademenge und der
Katalysatortemperatur erhöht
wird.
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Ausführliche
Beschreibung der vorteilhaften Ausführungsbeispiele
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In
der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende
Erfindung in Form von einem Ausführungsbeispiel
ausführlich
beschrieben.
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In
dem Ausführungsbeispiel
wird eine erfindungsgemäße Steuer-
bzw. Regelvorrichtung für eine
Brennkraftmaschine, die einen Turbolader mit Generator aufweist,
auf eine Steuereinheit für
den Generator, der in den Turbolader eines Kraftfahrzeugs eingebaut
ist und auch als Elektromotor fungieren kann, übertragen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
unterstützt
der Elektromotor die vom Turbolader geleistete Aufladung während der
Beschleunigung, und erzeugt elektrische Leistung während der Verzögerung unter
Verwendung der Abgasenergie der Brennkraftmaschine. Der Elektromotor
wird von der Steuereinheit, die die Steuervorrichtung darstellt, gesteuert.
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Der
Aufbau eines Brennkraftmaschinensystems 1 gemäß dem Ausführungsbeispiels
wird mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist
eine schematische Darstellung, die den Aufbau des Brennkraftmaschinensystems 1,
das einen Turbolader mit einem Generator aufweist, gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Das
Brennkraftmaschinensystem 1 ist in einem Kraftfahrzeug
eingebaut. Eine Brennkraftmaschine 10 liefert die zum Antrieb
des Kraftfahrzeugs benötigte
Antriebskraft. Die Antriebskraft wird über ein Getriebe 2 an
die Antriebräder
(nicht dargestellt) abgegeben. Im Brennkraftmaschinensystem 1 erhöht ein Turbolader 11 die
der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luftmenge, um die Ausgangsleistung
der Brennkraftmaschine 10 zu steigern.
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Im
Brennkraftmaschinensystem 1 treibt ausserdem ein Elektromotor 12 den
Turbolader zwangsmäßig an,
um im Niederdrehzahlbereich schnell Ladedruck zu erreichen. Im Brennkraftmaschinensystem 1 erzeugt
der Elektromotor 12 während
einer Verzögerung
oder dergleichen elektrische Leistung.
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Die
Brennkraftmaschine 10 saugt Luft über einen Einlass- oder Ansaugkanal 13 an
und stößt Abgas über einen
Auslass- oder Abgaskanal 14 aus. Im Ansaugkanal 13 sind
der Verdichter des Turboladers 11, ein Ladeluftkühler 15,
eine Drosselklappe 16, und dergleichen stromabwärts angeordnet.
Im Abgaskanal 14 sind die Turbine des Turboladers 11,
ein Abgasreinigungskatalysator 17, der die Abgasreinigungsvorrichtung
darstellt, und dergleichen stromabwärts angeordnet.
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Auf
der Ansaugseite wird die am äußersten Ende
stromaufwärts
des Ansaugkanals 13 angesaugte Luft vom Turbolader 11 verdichtet.
Die Temperatur der aus dem Turbolader 11 herausströmenden Ansaugluft
wird aufgrund des durch die Aufladung erzeugten Druckanstiegs erhöht. Deshalb
senkt der Ladeluftkühler 15 die
erhöhte
Temperatur der Ansaugluft nach einem Luftkühlverfahren wieder ab, wodurch
der Wirkungsgrad der Befüllung
mit Luft erhöht
wird. Danach stellt eine Drosselklappe 16 die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Luftmenge ein,
und die eingestellte Luftmenge wird der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Die
Drosselklappe 16 wird elektronisch gesteuert. Eine elektronische Brennkraftmaschinensteuereinheit 18 (nachfolgend als
Brennkraftmaschinen-ECU bezeichnet) bestimmt die Öffnung der
Drosselklappe 16 und steuert diese.
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Die
Brennkraftmaschinen-ECU 18 umfasst eine Central-Processing-Unit
(CPU), ein Read-only-Memory (ROM), ein Random-Access-Memory (RAM)
und dergleichen. Verschiedene Sensoren sind mit der Brennkraftmaschinen-ECU 18 verbunden. Die
Brennkraftmaschinen-ECU 18 stellt basierend auf den von
den Sensoren erfassten Werten verschiedene Steuergrößen und
dergleichen ein, und steuert bzw. regelt die Brennkraftmaschine 10 und alle
die Brennkraftmaschine 10 betreffenden Teile.
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Die
Brennkraftmaschinen-ECU 18 stellt basierend auf dem Betätigungsbetrag
des Gaspedals (nicht gezeigt) und dergleichen die Öffnung der
Drosselklappe 16 ein, und steuert die Öffnung der Drosselklappe 16.
Die Brennkraftmaschinen-ECU 18 stellt basierend auf dem
Betätigungsbetrag
des Gaspedals und dergleichen auch die Kraftstoffeinspritzmenge
ein, und steuert eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung
(nicht gezeigt). Die Brennkraftmaschinen-ECU 18 stellt
insbesondere die Kraftstoffeinspritzmenge auf 0 und unterbricht
die Kraftstoffversorgung zur Brennkraftmaschine 10 (d.h. führt Schubabschaltung
durch) wenn das Kraftfahrzeug verzögert oder angehalten wird.
Ausserdem führt
die Brennkraftmaschinen-ECU 18 die Steuerung so durch,
dass die Drosselklappe 16 vollständig geöffnet wird, wenn Schubabschaltung
während
der Verzögerung
durchgeführt
wird. Die Brennkraftmaschinen-ECU 18 führt die
Steuerung so aus, um die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Luftmenge und
dadurch die Abgasmenge (Abgasenergie) zu erhöhen, und um den elektrischen
Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors 12, der die
erhöhte Abgasenergie
nützt,
zu steigern.
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Die
folgenden verschiedenen Signale werden zwischen der Brennkraftmaschinen-ECU 18 und der
Steuereinheit 20, die den Elektromotor 12 steuert, ausgetauscht.
Die Brennkraftmaschinen-ECU 18 bestimmt einen Unterstützungsbetrag
(Unterstützungsgrad)
des Elektromotors 12 basierend auf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 und
dergleichen, und sendet der Steuereinheit 20 ein Befehlssignal,
das den Unterstützungsbetrag
während
der Beschleunigungsphase oder dergleichen anzeigt. wenn während der
Verzögerungsphase
Schubabschaltung durchgeführt
wird, sendet die Brennkraftmaschinen-ECU 18 der Steuereinheit 20 ein
Schubabschaltsignal, das anzeigt, dass Schubabschalten während der
Verzögerungsphase
durchgeführt
wird. wenn die ECU 18 von der Steuereinheit 20 ein
Befehlssignal erhält,
das das Öffnen
der Drosselklappe 18 anzeigt, steuert die ECU 18 die Öffnung der
Drosselklappe 16 basierend auf diesem Befehlssignal.
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Auf
der Abgasseite, wird eine Turbine 11a des Turboladers 11 vom
Abgas, das aus der Brennkraftmaschine 10 ausgestossen wird,
rotiert. Dabei wird die Abgasenergie während der Beschleunigung oder
dergleichen vom Turbolader 11 zur Unterstützung, und
während
der Verzögerung
vom Elektromotor 12 zur elektrischen Leistungserzeugung
verbraucht. Das durch die Turbine 11a strömende Abgas wird
durch den Abgasreinigungskatalysator 17 gereinigt.
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Der
Abgasreinigungskatalysator 17 ist in einem Auspufftopf
(nicht gezeigt) untergebracht. Der Abgasreinigungskatalysator 17 wird
durch Auffüllen eines
Behälters
mit Presslingen (Pellets) aus verschiedenen Metallen oder Metalloxiden,
oder durch Anordnung von Monolithen im Behälter gebildet. Wenn das Abgas
durch den Behälter
strömt,
absorbiert der Abgasreinigungskatalysator 17 giftige Bestandteile
des Abgases, und die Temperatur des Abgaskatalysators verändert sich
gemäß der Abgastemperatur,
die der Abgasenergie entspricht. Dabei gibt es einen geeigneten
Katalysatortemperaturbereich. Der Abgasreinigungskatalysator 17 ist
aktiviert, wenn die Katalysatortemperatur innerhalb dieses geeigneten
Temperaturbereichs liegt. Wenn die Katalysatortemperatur überhalb
oder unterhalb des geeigneten Temperaturbereichs liegt, verschlechtert
sich die Reinigungsleistung. Ausserdem wird der Abgasreinigungskatalysator 17 in
einen Sauerstoffüberschusszustand
versetzt und die Reinigungsleistung verschlechtert sich, falls die
Sauerstoffmenge bei hoher Katalysatortemperatur erhöht wird.
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Der
Turbolader 11 verstärkt
den Ladedruck unter Verwendung der Abgasenergie der Brennkraftmaschine 10.
Im Turbolader 11 ist die Turbine 11a auf der Abgasseite 14,
und ein Verdichter 11b auf der Ansaugseite 13 vorgesehen.
Beide sind über
eine Welle 11c miteinander verbunden. Ein Rotor (nicht
gezeigt), der eine Komponente des Elektromotors 12 darstellt,
ist an einem Mittelabschnitt der Welle 11c befestigt.
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Der
Elektromotor 12 ist ein Dreiphasen-Wechselstrommotor. Der Elektromotor 12 unterstützt den
Turbolader 11 beim Aufbau des Ladedrucks, und lädt während der
(Energie-)Regeneration die Batterie 19 auf. Im Elektromotor 12 ist
ein Stator (nicht gezeigt) um den Rotor, der einen Magneten umfasst,
angeordnet. Der Stator wird durch wickeln einer Wicklung um mehrere
geschichtete Stahlbleche gebildet, und am Gehäuse des Turboladers 11 befestigt.
Der Elektromotor 12 umfasst den Rotor und den Stator als
Hauptkomponenten, und die Welle 11c dient als Ausgangswelle.
Der Elektromotor 12 ist innerhalb des Gehäuses des
Turboladers 11 angeordnet. wenn die Steuereinheit 20 den
Wicklungen der drei Phasen sequenziell elektrische Leistung zuführt, werden
in den drei Phasen im Elektromotor 12 sequenziell Magnetfelder erzeugt.
Der Rotor rotiert aufgrund der Wechselwirkung zwischen den in den
drei Phasen erzeugten Magnetfeldern und dem Magnet des Rotors.
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Die
Steuereinheit 20 steuert den Antrieb bzw. die (Energie-)Regeneration
des Elektromotors 12, und umfasst einen Gleichspannungswandler
(nicht gezeigt), eine Wechsel/Gleichrichter bzw. einen Inverter
(nicht gezeigt), einen integrierten Steuerschaltkreis (nachfolgend
als Steuer-IC bezeichnet), der auch als Vorrichtung zur Bestimmung
des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags fungiert, und dergleichen
auf.
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Der
Gleichspannungswandler ist an einem Abschnitt zwischen der Batterie 19 und
dem Wechselrichter angeschlossen und umwandelt Gleichstrom, der
von der Batterie 19 abgegeben und dem Wechselrichter zugeführt, oder
vom Wechselrichter abgegeben und der Batterie 19 zugeführt wird.
Der Gleichspannungswandler umfasst einen Transistor (nicht gezeigt),
und stellt den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotor 12 durch
An- oder Ausschalten
des Transistors ein. Im Gleichspannungswandler wird der Transistor
basierend auf einem Gate-Signal vom Steuer-IC an- oder ausgeschaltet.
Falls Regeneration durchgeführt
werden kann, wenn der Transistor an ist, wird die vom Elektromotor 12 erzeugte
elektrische Leistung an die Batterie 19 abgegeben.
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Der
Wechselrichter umfasst sechs Feldeffekt-Transistoren (nachfolgend als FETs bezeichnet; diese
sind nicht gezeigt). Ein oberer Zweig und ein unterer Zweig für jede der
Wicklungen der drei Phasen des Elektromotors 12 sind so
ausgelegt, dass sie jede der sechs FETs nutzen. Im Wechselrichter
werden der obere und der untere Zweig für jede der drei Pasen basierend
auf sechs Gate-Signalen
vom Steuer-IC so angesteuert, dass jede der Wicklungen der drei
Phasen mit elektrischer Leistung versorgt werden.
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Wenn
das Kraftfahrzeug beispielsweise beschleunigt wird, bestimmt der
Steuer-IC eine Solldrehzahl des Elektromotors 12 basierend
auf einem von der Brennkraftmaschinen-ECU 18 ausgegeben Steuersignal,
das den Unterstützungsbetrag
durch den Elektromotor 12 anzeigt. Ausserdem erfasst der Steuer-IC
die Position des Rotors des Elektromotors 12 basierend
auf einer gegenelektromotorischen Kraft, die an einem Anschluss
jeder der Wicklungen der drei Phasen des Elektromotors 12 erzeugt
wird. Dann erzeugt der Steuer-IC sechs Gate-Signale basierend auf der Solldrehzahl
und der Position des Rotors, und sendet die sechs Gate-Signale zum
Wechselrichter. Wenn das Kraftfahrzeug verzögert wird, bestimmt der Steuer-IC
den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors 12 basierend auf,
beispielsweise, der Batterielademenge, die von einem in der Batterie 19 vorgesehenen
elektrischen Leistungssensor (nicht gezeigt) erfasst wird. Dann erzeugt
der Steuer-IC ein Gate-Signal basierend auf dem bestimmten elektrischen
Leistungserzeugungsbetrag, und sendet das Gate-Signal zum Gleichspannungswandler.
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Der
Steuer-IC führt
insbesondere die unten beschriebene Ablaufsteuerung durch, wenn
der elektrische Leistungserzeugungsbetrag bestimmt wird. Zur Durchführung der
Ablaufsteuerung empfängt
der Steuer-IC ein die Katalysatortemperatur anzeigendes Erfassungssignal,
das von einem im Abgasreinigungskatalysator 17 vorgesehenen
Temperatursensor (nicht gezeigt) ausgegeben wird, und ein die Batterielademenge
anzeigendes Erfassungssignal, das von dem in der Batterie 19 vorgesehenen
elektrischen Leistungssensor abgegeben wird. Der Steuer-IC bestimmt,
ob sich die Katalysatortemperatur innerhalb des geeigneten Temperaturbereichs
befindet. Wenn sich die Katalysatortemperatur innerhalb des geeigneten
Temperaturbereichs befindet, bestimmt der Steuer-IC den elektrischen
Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors 12 basierend
auf der Batterielademenge und dergleichen, unter Verwendung der
oben genannten Normalsteuerung. Wenn die Katalysatortemperatur gleich
der oder niedriger als die niedrigste geeignete Temperatur ist, legt
der Steuer-IC den
elektrischen Leistungserzeugungsbetrag auf 0 fest. Wenn die Katalysatortemperatur
gleich der oder höher
als die höchste
geeignete Temperatur ist, bestimmt der Steuer-IC, ob das Schubabschaltsignal
von der Brennkraftmaschinen-ECU 18 empfangen wurde. Wenn
bestimmt wird, dass das Schubabschaltsignal empfangen wurde, sendet
der Steuer-IC ein Befehlssignal zum vollständigen Schließen der
Drosselklappe 16 an die Brennkraftmaschinen-ECU 18,
um zu verhindern, dass der Elektromotor 12 elektrische
Leistung erzeugt. Wenn das Schubabschaltsignal nicht empfangen wurde, bestimmt
der Steuer-IC, ob die Batterielademenge eine obere Grenzlademenge
erreicht hat. Wenn die Batterielademenge die obere Grenzlademenge
erreicht hat, legt der Steuer-IC den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag
auf 0 fest. wenn die Batterielademenge die obere Grenzlademenge
nicht erreicht hat, stellt der Steuer-IC basierend auf der Katalysatortemperatur
und der Batterielademenge eine Erhöhungsrate ein, um den der elektrische
Leistungserzeugungsbetrag bezüglich
dem elektrischen Leistungserzeugungsbetrag bei Normalsteuerung erhöht wird.
Dann bestimmt der Steuer-IC basierend auf der Batterielademenge
und dergleichen den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors 12 bei
Normalsteuerung, und bestimmt den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag
basierend auf dem elektrischen Leistungserzeugungsbetrag bei Normalsteuerung
und der Erhöhungsrate
des elektrischen Leistungserzeugungs betrags. Es ist zu beachten,
dass die obere Grenzlademenge eine Obergrenze der Lademenge der
Batterie 19 darstellt. Falls die Batterie 19 auch
nach Erreichen der oberen Grenzlademenge weitergeladen wird, wird
die Batterie 19 überladen.
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Die
Erhöhungsrate
des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags wird basierend auf einem
in 4 dargestellten Kennfeld MP eingestellt. Das Kennfeld
MP ist im Steuer-IC gespeichert und stellt die Erhöhungsrate
der elektrischen Leistungserzeugung entsprechend der Batterielademenge
und der Katalysatortemperatur dar. Wie aus dem Kennfeld MP ersichtlich
ist, steigt die Erhöhungsrate
der elektrischen Leistungserzeugung mit abnehmender Batterielademenge
an. Ausserdem steigt die Erhöhungsrate
des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags mit ansteigender Katalysatortemperatur
an, was folgenden Grund hat Wenn der elektrische Leistungserzeugungsbetrag
erhöht
wird, erhöht
sich auch die vom Elektromotor 12 verbrauchte Abgasenergie.
Dadurch wird die Energie des in den Abgasreinigungskatalysator 17 strömenden Abgases
verringert, was es möglich
macht, die Katalysatortemperatur abzusenken. Wenn die Erhöhungsrate
des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags 0% ist, ist der elektrische
Leistungserzeugungsbetrag gleich dem elektrischen Leistungserzeugungsbetrag
bei Normalsteuerung. Wenn die Erhöhungsrate des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags
40% ist, ist der elektrische Leistungserzeugungsbetrag 1.4 Mal größer als der
elektrische Leistungserzeugungsbetrag bei Normalsteuerung.
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Der
Betrieb des Brennkraftmaschinensystems 1 bei elektrischer
Leistungserzeugung durch den Elektromotor 12 wird mit Bezug
auf 2 und 3 beschrieben. Die von der Steuereinheit 20 bei niedriger
Katalysatortemperatur durchgeführte
Steuerung, und die von der Steuereinheit 20 bei hoher Katalysatortemperatur
durchgeführte
Steuerung werden beschrieben. Die Steuerung bei niedriger Katalysatortemperatur
wird mit Bezug auf das Ablaufdiagramm in 2 beschrieben.
Die Steuerung bei hoher Katalysatortemperatur wird mit Bezug auf
das Ablaufdiagramm in 3 beschrieben. 2 ist
ein Ablaufdiagramm, das die von der Steuereinheit 20 bei
niedriger Katalysatortemperatur durchgeführte Steuerung darstellt. 3 ist
ein Ablaufdiagramm, das die von der Steuereinheit 20 bei
hoher Katalysatortemperatur durchgeführte Steuerung darstellt.
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Zuerst
wird die Steuerung bei niedriger Katalysatortemperatur beschrieben.
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Der
Steuer-IC in der Steuereinheit 20 bestimmt, ob die Katalysatortemperatur
gleich der oder niedriger als die niedrigste geeignete Temperatur
ist (S10).
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Wenn
in Schritt S10 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur gleich
der oder niedriger als die niedrigste geeignete Temperatur ist,
setzt der Steuer-IC, den elektrische Leistungserzeugungsbetrag auf
0 fest, erzeugt ein solches Gate-Signal, dass die elektrische Leistungserzeugung
0 wird, und sendet das Gate-Signal zum Gleichspannungswandler (S11).
Wenn der Gleichspannungwandler das Gate-Signal empfängt, verhindert
der Geichspannungswandler basierend auf dem Gate-Signal elektrische
Leistungserzeugung durch den Elektromotor 12, so dass das
Aufladen der Batterie 19 gestoppt wird. Da folglich vom
Elektromotor 12 keine Abgasenergie verbraucht wird, erhöht sich
die Energie des in den Abgasreinigungskatalysator 17 strömenden Abgases im
Vergleich zu wenn elektrische Leistungserzeugung durchgeführt wird,
wodurch sich die Abgastemperatur und die Katalysatortemperatur erhöhen. Dann
wird die Katalysatortemperatur in den geeigneten Temperaturbereich
gebracht, der Abgasreinigungskatalysator 17 aktiviert,
und das Abgas vom Abgasreinigungskatalysator 17 normal
gereinigt.
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Wenn
in Schritt S10 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur höher ist
als die niedrigste geeignete Temperatur (d.h., die Katalysatortemperatur befindet
sich innerhalb des geeigneten Temperaturbereichs), bestimmt der
Steuer-IC den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag basierend auf
der Batterielademenge und dergleichen unter Verwendung der Normalsteuerung,
erzeugt ein solches Gate-Signal, dass der elektrische Leistungserzeugungsbetrag gleich
dem bestimmten elektrischen Leistungserzeugungsbetrag wird, und
sendet das Gate-Signal zum Gleichspannungswandler (S12). Wenn der
Gleichspannungswandler das Gate-Signal empfängt, veranlasst der Geichspannungswandler
basierend auf dem Gate-Signal den Elektromotor 12 elektrische Leistungserzeugung
durchzuführen,
so dass die Batterie 19 aufgeladen wird. Da die Katalysatortemperatur
in diesem Fall innerhalb des geeigneten Temperaturbereichs liegt,
befindet sich der Abgasreinigungskatalysator 17 im aktivierten
Zustand, und das Abgas wird vom Abgasreinigungskatalysator 17 normal
gereinigt.
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Als
nächstes
wird die Steuerung bei hoher Katalysatortemperatur beschrieben.
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Der
Steuer-IC in der Steuereinheit 20 bestimmt, ob die Katalysatortemperatur
gleich der oder höher
als die höchste
geeignete Temperatur ist (S20).
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Wenn
in Schritt S20 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur gleich
der oder höher
als die höchste
geeignete Temperatur ist, bestimmt der Steuer-IC, ob Schubabschaltung
bei Verzögerung durchgeführt wird
(S21).
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Wenn
in Schritt S21 bestimmt wird, dass Schubabschaltung bei Verzögerung durchgeführt wird,
sendet der Steuer-IC das Befehlssignal zum vollständigen Schließen der
Drosselklappe 16 an die Brennkraftmaschinen-ECU 18 (S22).
Wenn die Brennkraftmaschinen-ECU 18 das Befehlssignal empfängt, führt die
Brennkraftmaschinen-ECU 18 die Steuerung so aus, dass die
Drosselklappe 16 vollständig
geschlossen wird. Da der Brennkraftmaschine 10 keine Luft
mehr zugeführt
wird, wenn die Drosselklappe 16 vollständig geschlossen ist, wird
das Abgas von der Brennkraftmaschine 10 nicht mehr ausgestossen.
Dadurch wird die Rotation der Turbine 11a des Turboladers 11 gestoppt,
wodurch elektrische Leistungserzeugung durch den Elektromotor 12 verhindert
wird. Da das Abgas von der Brennkraftmaschine nicht ausgestossen
wird, strömt
das Abgas (die Abgasenergie) nicht in den Abgasreinigungskatalysator 17,
und die Katalysatortemperatur wird abgesenkt. Dann wird die Katalysatortemperatur
in den geeigneten Temperaturbereich gebracht, die Luftmenge (Sauerstoffmenge)
im Abgasreinigungskatalysator verringert oder 0, der Katalysator
aktiviert, und das Abgas vom Abgasreingungskatalysator 17 normal
gereinigt.
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Wenn
in Schritt S21 bestimmt wird, dass Schubabschaltung bei Verzögerung nicht
durchgeführt
wird, bestimmt der Steuer-IC, ob die Batterielademenge die obere
Grenzlademenge erreicht hat (S23).
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Wenn
in Schritt 23 bestimmt wird, dass die Batterielademenge
die obere Grenzlademenge erreicht hat, kann die Batterie nicht weiter
aufgeladen werden, und der Steuer-IC setzt den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag
auf 0 fest, erzeugt ein solches Gate-Signal, dass der elektrische
Leistungszeugungsbetrag 0 wird, und sendet das Gate-Signal zum Gleichspannungswandler
(S24). Wenn der Gleichspannungswandler das Gate-Signal empfängt, verhindert
der Gleichspannungswandler basierend auf dem Gate-Signal elektrische
Leistungserzeugung durch den Elektromotor 12, so dass das
Aufladen der Batterie 19 gestoppt wird.
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Wenn
in Schritt S23 bestimmt wird, dass die Batterielademenge die obere
Grenzlademenge nicht erreicht hat, bestimmt der Steuer-IC basierend
auf der Katalysatortemperatur und der Batterielademenge unter Verwendung
des Kennfelds MP (siehe 4) die Erhöhungsrate des elektrischen
Leistungserzeugungsbetrags, und legt den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag
auf den Betrag fest, der durch Erhöhung des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags
bei Normalsteuerung um die Erhöhungsrate
erhalten wird (S25). Dann erzeugt der Steuer-IC ein solches Gate-Signal,
dass der elektrische Leistungserzeugungsbetrag gleich dem festgelegten
elektrischen Leistungserzeugungsbetrag wird, und sendet das Gate-Signal
an den Gleichspannungswandler (S25). Wenn der Gleichspannungswandlder
das Gate-Signal empfängt,
veranlasst der Gleichspannungswandler den Elektromotor 12 basierend
auf dem Gate-Signal einen größeren elektrischen
Leistungsbetrag zu erzeugen als bei Normalsteuerung, so dass die
Batterie aufgeladen wird. Folglich wird die vom Elektromotor 12 verbrauchte Abgasenergie
im Vergleich zur Normalsteuerung erhöht. Daher wird die Energie
des in den Abgasreinigungskatalysator 17 strömenden Abgases
im Vergleich zur Normalsteuerung verringert. Folglich werden die
Temperatur des Abgases und die Katalysatortemperatur abgesenkt.
Dann wird die Katalysatortemperatur in den geeigneten Temperaturbereich
gebracht, der Abgasreinigungskatalysator 17 aktiviert,
und das Abgas vom Abgasreinigungskatalysator 17 normal
gereinigt.
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Wenn
in Schritt S20 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur niedriger
ist als die höchste geeignete
Temperatur (d.h., die Katalysatortemperatur ist im geeigneten Temperaturbereich),
führt der Steuer-IC,
wie in Schritt S12 der 2, Normalsteuerung zur elektrischen
Leistungserzeugung aus (S26).
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Die
Steuereinheit 20 führt
die Steuerung zur Verhinderung der elektrischen Leistungserzeugung des
Elektromotors 12 aus, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 17 niedriger
ist als die niedrigste geeignete Temperatur. Daher wird die Abgasenergie
beibehalten und vom Elektromotor 12 nicht zurückgewonnen,
wodurch die Katalysatortemperatur erhöht wird.
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Die
Steuereinheit 20 führt
die Steuerung zur Erhöhung
der elektrischen Leistungserzeugung des Elektromotors 12 basierend
auf der Katalysatortemperatur und der Batterielademenge aus, wenn
die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 17 höher ist
als die höchste
geeignete Temperatur. Daher wird die vom Elektromotor 12 zurückgewonnene
Abgasenergie erhöht,
und die Katalysatortemperatur wird aufgrund der verminderten Abgasenergie
abgesenkt. Da der elektrische Leistungserzeugungsbetrag gemäß der Batterielademenge
bestimmt wird, wird dabei ein Überladen
der Batterie 19 verhindert.
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Die
Steuereinheit 20 führt
die Steuerung zum vollständigen
Schließen
der Drosselklappe 16 aus, wenn der Abgasreinigungskatalysator 17 in
einen Sauerstoffüberschusszustand
gebracht wird, falls die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 17 höher ist
als die höchste
geeignete Temperatur und Schubabschaltung bei Verzögerung durchgeführt wird.
Daher wird die in den Abgasreigungskatalysator 17 strömende Luftmemge
reduziert oder 0, wodurch der Abgasreinigungskatalysator 17 aus
dem Sauerstoffüberschusszustand
herausgebracht wird. Da keine Luft in die Brennkraftmaschine 10 gefördert wird,
wird das Abgas (Abgasenergie) nicht aus der Brennkraftmaschine 10 ausgestossen,
und die elektrische Leistungserzeugung des Elektromotors 12 wird
verhindert.
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Wie
oben beschrieben, bestimmt die Steuereinheit 20 den elektrischen
Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors 20 so, dass
sich die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 17 innerhalb des
geeigneten Temperaturbereichs befindet. Daher kann der Elektromotor 20 die
elektrische Leistungserzeugung so durchführen, dass eine Verschlechterung
der Reinigungsleistung des Abgasreinigungskatalysator 17 verhindert
wird.
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Das
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel wurde
soweit beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das obige
Ausführungsbeispiel
beschränkt, und
kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden.
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Auch
wenn die Erfindung im Ausführungsbeispiel
auf den in den Turbolader eingebauten Elektromotor, der die Aufgabe
der elektrischen Leistungserzeugung inne hat, übertragen wird, so kann die
Erfindung beispielsweise auch auf einen in den Turbolader eingebauten
Generator übertragen
werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind die Brennkraftmaschinen-ECU zur Steuerung der Brennkraftmaschine
und die Steuereinheit zur Steuerung des Elektromotors separat ausgeführt. Die
Brennkraftmaschinen-ECU und die Steuerung können jedoch auch als integrale
Einheit ausgeführt
werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
führt die
Steuereinheit die Steuerung sowohl für den Fall durch, dass die Katalysatortemperatur
niedriger als der geeignete Temperaturbereich ist, als auch für den Fall,
dass die Katalysatortemperatur höher
als der geeignete Temperaturbereich ist. Die Steuereinheit kann
jedoch auch nur entweder die Steuerung für den Fall, dass die Katalysatortemperatur
niedriger ist als der geeignete Temperaturbereich, oder die Steuerung
für den Fall,
dass die Katalysatortemperatur höher
ist als der geeignete Temperaturbereich, durchführen.
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Im
Ausführungsbeispiel
wird der elektrische Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors
durch Steuerung des Gleichspannungswandlers gesteuert. Der elektrische
Leistungserzeugungsbetrag des Elektromotors kann jedoch auch durch
Steuerung des Abgasvolumenstroms, mit dem die Turbine des Turboladers
beaufschlagt wird, gesteuert werden. Der Abgasvolumenstrom kann
beispielsweise durch Verwendung eines variablen Düsenmechanismus' und Steuerung der
variablen Düse,
oder durch Verwendung eines variablen Turbinenleistungsmechanismus' und Steuerung der
Turbinenleistung, gesteuert werden. Alternativ kann die Abgasmenge
mittels eines im Abgaskanal angeordneten, den Turbolader umgehenden
Bypass-Kanal, in dem ein Waste-Gate-Ventil
vorgesehen ist, und durch Steuerung des Öffnungsbetrags des Waste-Gate-Ventils
gesteuert werden.
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Elektrische
Leistungserzeugung durch den Elektromotor wird verhindert, wenn
die Katalysatortemperatur niedrig ist, und wenn die Katalysatortemperatur
hoch ist und Schubabschalten bei Verzögerung durchgeführt wird.
Der Elektromotor kann jedoch die elektrische Leistungserzeugung
so fortsetzen, dass der elektrische Leistungserzeugungsbetrag im
vergleich zur Normalsteuerung vermindert wird, wenn die Katalysatortemperatur
niedrig ist, sowie wenn die Katalysatortemperatur hoch ist und Schubabschalten
bei Verzögerung
durchgeführt
wird.
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In
der Brennkraftmaschine (10) mit dem Turbolader (11),
bei dem der Generator (Elektromotor) (12) in der Turbine
(11a) vorgesehen ist, umfasst die Steuereinheit (20)
die Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags
des Generators (12) basierend auf der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung
(Abgasreinigungskatalysator) (17). Die Einrichtung zur
Bestimmung des elektrischen Leistungserzeugungsbetrags reduziert den
elektrischen Leistungserzeugungsbetrag, wenn die Temperatur der
Abgasreinigungsvorrichtung (17) niedriger ist als der geeignete
Temperaturbereich, und erhöht
den elektrischen Leistungserzeugungsbetrag, wenn die Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung (17) höher ist als der geeignete Temperaturbereich.
Dadurch kann die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (17)
im geeigneten Temperaturbereich gehalten werden, auch wenn der Generator
(12) elektrische Leistungserzeugung durchführt, und
eine Verschlechterung der Reinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung
(17) kann verhindert werden.