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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem und ein Steuerverfahren
für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einem
Turbolader besitzt. Insbesondere strebt die vorliegende Erfindung
sowohl die Verhinderung einer Deaktivierung des Katalysators als
auch eine Verbesserung der Ausführung einer Beschleunigung
an.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es
ist eine Vorrichtung bekannt, die eine erstes Abgasventil aufweist,
das einen ersten, zu einer Turbine führenden Abgaskanal öffnet
und schließt, sowie ein zweites Abgasventil, das einen
zweiten Abgaskanal öffnet und schließt, der nicht
durch die Turbine (unabhängiges Abgastriebwerk) führt
(siehe beispielsweise die veröffentlichte
japanische Patentanmeldung Nr. 10-89106 (
JP-A-0-89106 )).
Gemäß dieser Vorrichtung wird durch Schließen
des ersten Abgasventils und Öffnen des zweiten Abgasventils
das Abgas veranlaßt, unter Umgehung der Turbine zu strömen,
wodurch eine verbesserte Katalysatoraufwärmung erreicht
wird. Nach Vollendung der Katalysatoraufwärmung kann durch
Schließen des zweiten Abgasventils und Öffnen
des ersten Abgasventils die ganze Menge des Abgases in die Turbine
eingeleite werden, wodurch es ermöglicht wird, einer Beschleunigungsanforderung
zu entsprechen.
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Jedoch
führt es in einigen Fällen, wenn das zweite Abgasventil
geschlossen und das erste Abgasventil geöffnet wird, um
einer nach Vollendung der Katalysatoraufwärmung geforderten
Beschleunigung zu entsprechen, zu einem plötzlichen Abfall
der Temperatur des Katalysatorbetts. In solchen Fällen wird
der Katalysator deaktiviert, was zu einer Verschlechterung der Charakteristika
der Abgasemissionen führt. Auch fließt in einigen
anderen Fällen im Turbolader und im ersten Abgaskanal während
des kalten Betriebs angesammeltes Wasser nach dem Öffnen
nur des zweiten Abgasventils in einen Sensor und einen stromab vom
Turbolader gelegenen Katalysator. In solchen Fällen werden
der Sensor und der keramische Teil des Katalysators durch Wasser
beschädigt, was zu einem Ausfall des Sensors und des Katalysators
führen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Steuersystem und ein Steuerverfahren
für ein Fahrzeug zur Verfügung, das es ermöglicht,
sowohl die Verhinderung einer Deaktivierung des Katalysators als
auch eine Verbesserung der Ausführung einer Beschleunigung
zu erreichen.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Steuersystem
für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einem
Turbolader besitzt, und umfaßt: ein erstes Abgasventil,
das einen ersten, zu einer Turbine des Turboladers führenden
Abgaskanal öffnet und schließt; ein zweites Abgasventil, das
einen zweiten, zur stromab von der Turbine gelegenen Bereich führenden
Abgaskanal öffnet und schließt; einen variablen
Ventilmechanismus, der die Anhebung des zweiten Abgasventils variabel
gestaltet; einen stromab von einer Verbindung des ersten und des
zweiten Abgaskanals angeordneten Katalysator und Steuermittel zur
Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten
und des zweiten Abgasventils. Beim Umschalten von einem ersten Zustand, in
dem das erste Abgasventil geschlossen und das zweite Abgasventil
geöffnet ist, in einen zweiten Zustand, in dem das erste
Abgasventil geöffnet und das zweite Abgasventil geschlossen
ist, stellt das Steuermittel einen dritten Zustand her, in dem das
erste Abgasventil geöffnet und das zweite Abgasventil durch Anwendung
des variablen Ventilmechanismus innerhalb eines vorgegebenen Bereichs
auf einen Zwischenposition zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand
angehoben wird.
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Beim
Steuersystem gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird beim Umschalten der Ventilöffnungscharakteristika
des ersten und des zweiten Abgasventils vom ersten Zustand in den zweiten
Zustand zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand ein
dritter Zustand eingefügt, in dem das erste Abgasventil
geöffnet und das zweite Abgasventil innerhalb eines vorgegebenen
Bereichs auf eine Zwischenposition angehoben ist. Durch das Öffnen
des zweiten Abgasventils bis zur Zwischenposition beim dritten Zustand
fließt nicht die gesamte Abgasmenge dem ersten Abgaskanal
mit einer großen Wärmekapazität zu, sondern
ein Teil des Abgases wird dem Katalysator über den zweiten
Abgaskanal mit einer kleinen Wärmekapazität zugeführt.
Deshalb ist es möglich, eine Deaktivierung aufgrund eines
abrupten Abfalls der Bett-Temperatur des Katalysators beim Umschalten
vom ersten zum zweiten Zustand zu verhindern. Auch fließt,
selbst wenn sich im ersten Zustand kondensiertes Wasser im ersten
Abgaskanal und der Turbine angesammelt hat, beim dritten Zustand
nicht die gesamte Abgasmenge in den ersten Abgaskanal, so daß im
dritten Zustand Kondenswasser verdampfen kann, wodurch es möglich
wird, die Sensoren und dergleichen stromab von der Turbine vor der
Beschädigung durch Wasser zu bewahren. Auch kann durch
Steuerung des zweiten Abgasventils in den dritten Zustand im Vergleich
zu dem Falle, in dem das zweite Abgasventil zu einem vollen Hub
gesteuert wird, eine größere Beschleunigungswirkung
erreicht werden. Deshalb ist es möglich, sowohl eine Verhinderung
der Deaktivierung des Katalysators als auch eine Verbesserung der
Durchführung einer Beschleunigung zu erreichen.
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Außerdem
kann das Steuersystem nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
weiter ein Mittel zur Ermittlung der Abgastemperatur umfassen, um
die Temperatur des in den Katalysators einströmenden Abgases
festzustellen, und das Steuermittel kann das erste und das zweite
Abgasventil in den dritten Zustand steuern, wenn die vom Mittel
zur Ermittlung der Abgastemperatur festgestellte Abgastemperatur
gleich ist als ein vorgegebener Wert oder niedriger.
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Auf
diese Weise werden das erste und das zweite Abgasventil in den dritten
Zustand gesteuert, wenn die durch das Mittel zur Ermittlung der
Abgas temperatur festgestellte Abgastemperatur gleich dem vorgegebenen
Wert ist oder niedriger. In diesem Falle ist, wenn der erste Abgaskanal
und die Turbine nicht aufgewärmt wurden, die Wärmeaufnahme durch
den ersten Abgaskanal und die Turbine groß, so daß die
Abgastemperatur gleich dem vorgegebenen Wert wird oder geringer.
Demgemäß werden, wenn die Abgastemperatur gleich
einem vorgegebenen Wert ist oder niedriger, d. h. bis das Aufwärmen des
ersten Abgaskanals und der Turbine vollendet ist, das erste und
das zweite Abgasventil in den dritten Zustand gesteuert, wodurch
es ermöglicht wird, einen abrupten Abfall der Bett-Temperatur
des Katalysators zu verhindern.
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Außerdem
kann das Steuermittel, wenn die Abgastemperatur gleich einem vorgegebener
Wert ist oder niedriger, die Anhebung des zweiten Abgasventils in
eine Zwischenposition kleiner einstellen, wenn die Abgastemperatur
ansteigt.
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Auf
diese Weise wird, wenn die Abgastemperatur gleich einem vorgegebenen
Wert oder geringer ist, die Anhebung des zweiten Abgasventils auf die
Zwischenposition kleiner eingestellt, wenn die Abgastemperatur ansteigt.
In diesem Falle wird, wenn die Aufwärmung des ersten Abgasventils
und der Turbine fortschreitet, die Abgastemperatur höher und
die Möglichkeit eines abrupten Abfalls der Bett-Temperatur
des Katalysators wird geringer. Deshalb kann dadurch, daß die
Anhebung des zweiten Abgasventils auf die Zwischenstation verringert
wird, die Ausführung der Beschleunigung verbessert werden.
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Außerdem
umfaßt das Steuersystem nach dem ersten Aspekt der vorliegende
Erfindung weiter: einen Elektromotor als eine andere Antriebsquelle als
der Verbrennungsmotor und Betriebspunktsteuermittel zur Steuerung
eines Betriebspunkts des Verbrennungsmotors auf einer Iso-Ausgangsleistungskurve,
entlang welcher die Gesamtausgangsleistung des Verbrennungsmotors
und des Elektromotors konstant ist, und das Betriebspunktsteuermittel
kann den Betriebspunkt in Richtung auf eine höhere Drehzahl
steuern, wenn das erste und das zweite Abgasventil durch das Steuermittel
in den dritten Zustand gesteuert werden, als wenn das erste und
das zweite Abgasventil in den zweiten Zustand gesteuert werden.
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Auf
diese Weise wird der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf der
Iso-Ausgangsleistungskurve des Fahrzeugs auf die Seite der hohen
Drehzahlen gesteuert, wenn das erste und das zweite Abgasventil
in den dritten Zustand gesteuert werden. Weil dadurch die Abgastemperatur
erhöht werden kann, kann der Ladedruck erhöht
werden, wodurch es ermöglicht wird, einen Abfall der Leistungsabgabe im
dritten Zustand zu verhindern. Des weiteren kann, weil das Aufwärmen
des ersten Abgaskanals und der Turbine gefördert werden
kann, der Übergang zum zweiten Zustand früh erfolgen,
wodurch es ermöglicht wird, die Ausführung der
Beschleunigung zu verbessern.
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Außerdem,
wenn sowohl das erste wie auch das zweite Abgasventil durch das
Steuermittel in den dritten Zustand gesteuert werden, kann das Betriebspunktsteuermittel
den Betriebspunkt in Richtung auf höhere Drehzahlen steuern,
wenn die Anhebung des zweiten Abgasventils in die Zwischenstellung
größer wird.
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Auf
diese Weise werden das erste und das zweite Abgasventil in den dritten
Zustand gesteuert, der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors wird
in Richtung der höheren Drehzahlen gesteuert, wenn die
Anhebung des zweiten Abgasventils in die Zwischenposition größer
wird. In diesem Falle wird die der Turbine zugeführte Abgasenergie
um so kleiner, je größer die Anhebung in die Zwischenposition
ist. Demgemäß kann durch die Steuerung des Betriebspunkts
des Verbrennungsmotors auf die Seite der höheren Drehzahlen
die Abgastemperatur erhöht werden. Deshalb ist es möglich,
einen Abfall der Ausgangsleistung zu verhindern, selbst wenn die
Anhebung der Zwischenposition des zweiten Abgasventils groß ist,
und die Aufwärmung des ersten Abgaskanals und der Turbine
zu fördern.
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Ein
weiter Aspekt der vorliegende Erfindung betriff ein Steuerverfahren
für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einem
Turbolader besitzt und das umfaßt: das Schließen
eines ersten Abgasventils, das einen ersten, zu einer Turbine des
Turboladers führenden Abgaskanal öffnet und schließt,
das Öffnen eines zweiten Abgasventils, das einen zweiten,
zur stromab von der Turbine gelegenen Bereich führenden
Abgaskanal öffnet und schließt, das Öffnen
des ersten Abgasventils und das Öffnen des zweiten Abgasventils
durch Anhebung des zweiten Abgasventils innerhalb eines vorgegebenen
Bereichs in eine Zwischenposition durch Anwendung eines variablen,
den Hub des zweiten Abgasventils variabel gestaltenden Ventilmechanismus,
und das Öffnen des ersten Abgasventils und das Schließen
des zweiten Abgasventils, wobei ein Katalysator stromab von einer
Verbindung des ersten und des zweiten Abgaskanals angeordnet ist.
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Beim
Steuerverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird, wenn die Ventilöffnungscharakteristika
des ersten und des zweiten Abgasventils vom ersten zum zweiten Zustand
umgeschaltet werden, ein dritter Zustand zwischen den ersten und
den zweiten Zustand eingefügt, bei welchem das erste Abgasventil
geöffnet ist und das zweite Abgasventil durch Anheben in
eine Zwischenposition innerhalb eines vorgegebenen Bereichs geöffnet
ist. Durch Öffnen des zweiten Abgasventils durch Anheben
in die Zwischenposition im dritten Zustand strömt nicht
die gesamte Abgasmenge dem ersten Abgaskanal mit einer großen
Wärmekapazität zu, sondern ein Teil des Abgases
wird dem Katalysator über den zweiten Abgaskanal mit kleiner Wärmekapazität
zugeführt. Deshalb ist es möglich, eine Deaktivierung
des Katalysators aufgrund eines abrupten Abfalls der Bett-Temperatur
des Katalysators zu verhindern, wenn vom ersten Zustand auf den zweiten
Zustand umgeschaltet wird. Außerdem, selbst wenn sich im
ersten Zustand Kondenswasser im ersten Abgaskanal und in der Turbine
angesammelt hat, strömt im dritten Zustand nicht die gesamte Abgasmenge
gleichzeitig in den ersten Abgaskanal und die Turbine ein, so daß im
dritten Zustand Kondenswasser verdampft werden kann und es dadurch ermöglicht
wird, die Sensoren und dergleichen stromab von der Turbine vor Beschädigung
durch das Wasser zu bewahren. Auch durch Steuerung des zweiten Abgasventils
in den dritten Zustand kann im Vergleich zu dem Falle, in welchem
das zweite Abgasventil mit vollem Hub angehoben wird, die Ausführung
einer höheren Beschleunigung erreicht werden. Deshalb ist
es möglich, sowohl die Vermeidung einer Deaktivierung des
Katalysators als auch eine Verbesserung der Ausführung
der Beschleunigung zu erreichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offenbar,
in welchen gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente
benutzt werden. In den Zeichnungen ist bzw. sind:
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1 ein
Schaubild, das eine Systemgestaltung gemäß der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A und 2B Diagramme,
die zeigen, wie die Ventilöffnungscharakteristika normalerweise geschaltet
werden;
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3A, 3B und 3C Diagramme, die
zeigen, wie Ventilöffnungscharakteristika gemäß der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung geschaltet
werden;
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4 ein
Diagramm, das die Ventilöffnungscharakteristika zeigt,
bei welchen das erste und das zweite Abgasventil Ex1 und Ex2 voll
geöffnet sind;
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5 ein
Ablaufdiagram, das eine von einer ECU (elektronische Steuereinheit) 80 der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführte
Routine zeigt;
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6 ein
Schaubild, das die Gestaltung eines Hybridfahrzeugs gemäß der
Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 eine
perspektivische Ansicht, die die Gestaltung des Hauptabschnitts
eines Antriebsmechanismus im in 6 gezeigten
Hybridfahrzeug zeigt;
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8 ein
Diagramm, das eine Korrektur des Motorbetriebspunkts für
den Fall zeigt, daß das zweite Abgasventil bei der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung eine mittlere Öffnungsposition
einnimmt; und
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9 ein
Ablaufdiagramm, das eine von der ECU 80 der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung durchgeführte Routine zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen werden
gemeinsame Elemente durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
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Die 1 ist
ein Schaubild, das eine Systemgestaltung gemäß der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein
dieser Ausführungsform gemäßes System
ist ein unabhängiges System eines Abgastriebwerks mit einem
Turbolader. Das in 1 gezeigte System schließt
einen Verbrennungsmotor 1 mit einer Mehrzahl von Zylindern 2 ein.
Der Verbrennungsmotor 1 ist in ein (nicht gezeigtes) Fahrzeug
eingebaut. Die Kolben der Zylinder 2 sind jeweils durch
einen Kurbelmechanismus mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 4 verbunden. Ein
einen Kurbelwinkel CA feststellender Kurbelwinkelsensor 5 ist
nahe der Kurbelwelle 4 angeordnet.
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Der
Verbrennungsmotor 1 besitzt den entsprechenden Zylindern 2 zugeordnete
Einspritzdüsen 6. Die Einspritzdüsen 6 sind
derart gestaltet, daß sie direkt unter Hochdruck stehenden
Kraftstoff in die Zylinder 2 einspritzen. Die entsprechenden
Einspritzdüsen 6 sind mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung 7 verbunden.
Die Versorgungsleitung 7 steht über eine Kraftstoffpumpe 8 mit
einem Kraftstofftank in Verbindung.
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Außerdem
weist der Verbrennungsmotor 1 den entsprechenden Zylindern 2 zugeordnete
Einlaßkanäle 10 auf. Jeder der Einlaßkanäle 10 ist
mit einer Mehrzahl von Einlaßventilen 12 versehen
(denen manchmal das Symbol „In” zugeordnet ist).
Zudem sind die Einlaßkanäle 10 mit einem
Luftverteiler 14 verbunden. Der Luftverteiler 14 ist
mit einem Ladedrucksensor 15 versehen. Der Ladedrucksensor 15 ist
so gestaltet, daß er den Druck der durch einen später
beschriebenen Kompressor 24a verdichteten Ladeluft (nachfolgend
als „verdichtete Luft” bezeichnet) mißt,
d. h. den Ladedruck.
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Ein
Ansaugkanal 16 ist mit dem Luftverteiler 14 verbunden.
Ein Drosselventil 17 ist in einer Position im Ansaugkanal 16 vorgesehen.
Das Drosselventil 17 ist ein elektronisch gesteuertes,
durch einen Drosselmotor 18 angetriebenes Ventil. Das Drosselventil 17 wird
auf der Basis eines Wertes AA der Fahrpedalbetätigung betätigt,
der von einem Sensor 20 zur Feststellung der Fahrpedalbetätigung
ermittelt wird. Ein Sensor 19 zur Ermittlung der Drosselöffnung
ist nahe dem Drosselventil 17 vorgesehen. Dieser Sensor 19 ist
so gestaltet, daß er eine Drosselöffnung TA ermittelt.
Ein Zwischenkühler 22 ist stromauf vom Drosselventil 17 vorgesehen.
Der Zwischenkühler 22 ist zur Kühlung
der Ladeluft ausgerüstet.
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Ein
Kompressor 24a eines Turboladers 24 ist stromauf
vom Zwischenkühler 22 vorgesehen. Der Kompressor 24a ist über
eine (nicht gezeigte) Kupplungswelle mit einer Turbine 24b gekuppelt.
Die Turbine 24b ist in einem später beschriebenen
Abgaskanal 32 vorgesehen. Der Drehantrieb des Kompressors 24a erfolgt,
wenn die Turbine 24b durch einen dynamischen Abgasdruck
(Abgasenergie) in Drehung versetzt wird.
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Ein
Meßgerät 26 für den Luftdurchfluß ist stromauf
vom Kompressor 24a vorgesehen. Dieses Meßgerät 26 ist
so gestaltet, daß es die Menge Ga der Ansaugluft feststellt.
Stromauf vom Meßgerät 26 für
den Luftdurchfluß ist ein Luftreiniger 28 vorgesehen.
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Der
Verbrennungsmotor 1 besitzt außerdem ein erstes
Abgasventil 30A (manchmal durch das Symbol „Ex1” gekennzeichnet)
und ein zweites Abgasventil 30B (manchmal durch das Symbol „Ex2” gekennzeichnet)
die dem der Zylinder 2 zugeordnet sind. Das erste Abgasventil 30A öffnet
und schließt einen ersten, zur Turbine 24b führenden
Abgaskanal 32. Die Turbine 24b ist derart gestaltet,
daß sie durch den dynamischen Druck eines durch den ersten
Abgaskanal 32 fließenden Abgases in Rotation versetzt wird.
Ebenso öffnet und schließt das zweite Abgasventil 30B einen
zweiten Abgaskanal 34, der ohne die Turbine 24 zu
durchqueren zur stromab gelegenen Seite der Turbine 24b führt.
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Ein
variabler Ventilmechanismus 31, der die Ventilöffnungscharakteristik
(Öffnungs- und Schließzeitpunkt und Ausmaß der
Ventilöffnung) des zweiten Abgasventils 30B veränderlich
gestalten kann, ist dem zweiten Abgasventil 30b zugeordnet.
Als variabler Ventilmechanismus 31 kann ein bekannter,
elektromagnetisch betätigter Ventilantriebsmechanismus.
ein hydraulisch oder mechanisch veränderlicher Ventilmechanismus
oder dergleichen benutzt werden.
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Ein
Startkatalysator (S/C) 40 ist in einem Abgaskanal 38 stromab
von einer Verbindungsstelle 36 des ersten Abgaskanals 32 und
des zweiten Abgaskanals 36 vorgesehen. Der Startkatalysator 40 ist
mit einem Temperatursensor 41 für das Katalysatorbett (Katalysatorträger)
versehen, der die Bett-Temperatur Tsc des Startkatalysators 40 ermittelt.
Stromauf vom Startkatalysator 40 sind im Abgaskanal 38 ein Luftverhältnissensor 42 zur
Feststellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und ein
Abgastemperatursensor 43 zur Feststellung der Abgastemperatur Tex
vorgesehen. Stromab vom Startkatalysator 40 befindet sich
auch ein NOx-Katalysator 44 um das Abgas von NOx zu reinigen.
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Das
der Ausführungsform 1 entsprechende System schließt
als Steuervorrichtung eine ECU (elektronische Steuervorrichtung)
ein. Mit der Eingangsseite der ECU 80 sind der Kurbelwinkelsensor 5,
der Ladedrucksensor 15, der Ladedrucksensor 15, der
Sensor 19 zur Ermittlung der Drosselöffnung, der Sensor 20 zur
Feststellung der Fahrpedalbetätigung, das Meßgerät 26 für
den Luftdurchfluß, der Temperatursensor 41, der
Luftverhältnissensor 42, der Abgastemperatursensor 43 und
dergleichen verbunden. Außerdem sind mit der Ausgangsseite
der ECU 80 die Einspritzdüsen 6, die
Kraftstoffpumpe 8, der Drosselmotor 18, der variable
Ventilmechanismus 31 und dergleichen verbunden. Die ECU 80 berechnet eine
Motordrehzahl NE auf der Basis des Kurbelwinkels CA. Zudem berechnet
die ECU 80 ein Motordrehmoment TRQ auf der Basis der Ansaugluftmenge
Ga, des Zündzeitpunkts und dergleichen. Des weiteren führt
die ECU 80 eine Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
aus durch Berechnung einer Grundeinspritzmenge Qbase des Kraftstoffs
in Bezug auf die Ansaugluftmenge Ga, so daß ein Ziel-Kraftstoff/Luft-Verhältnis
(stöchiometrisches Kraftstoff/Luft-Verhältnis)
erreicht wird.
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Bei
dem oben erwähnten, unabhängigen Abgastriebwerk
kann eine Strömung des Abgases unter Umgehung der Turbine 24b veranlaßt
werden, indem, wie in 2A gezeigt, das erste Abgasventil Ex1
geschlossen (gestoppt) und das zweite Abgasventil Ex2 geöffnet
wird. Demgemäß wird die Wärmekapazität
des Abgases klein, d. h. die Wärmekapazität des
Abgases wird äquivalent zu jener eines natürlich
ansaugenden Motors, wodurch es möglich wird, die Aufwärmung
des Startkatalysators 40 zu verbessern. Auch kann durch Öffnen
des ersten Abgasventils Ex1 und Schließen (Stoppen) des
zweiten Abgasventils Ex2, wie es in 2B gezeigt
ist, die gesamte Abgasmenge in die Turbine 24b eingeleitet
werden. Der Ladedruck kann somit zur Verbesserung des Ansprechverhaltens
der Turbine erhöht werden. Deshalb werden normalerweise,
wenn eine Beschleunigungsanforderung vom Fahrzeugführer
durch eine Fahrpedalbetätigung nach Vollendung der Aufwärmphase
des Startkatalysators 40 abgegeben wird, die in 2A gezeigten
Ventilöffnungscharakteristika auf die in 2B gezeigten
Ventilöffnungscharakteristika umgeschaltet.
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Jedoch
befindet sich beim Starten (insbesondere beim Kaltstart) der erste,
die Turbine 24b mit einer großen Wärmekapazität
aufweisende Abgaskanal in einem kalten Zustand. Deshalb fällt,
wenn nach der Vollendung der Aufwärmphase des Startkatalysators 40 die
Ventilöffnungscharakteristika einfach von 2A auf 2B umgeschaltet
werden, die Temperatur des in den Startkatalysator 40 einströmenden
Abgases abrupt ab, was den abrupten Abfall der Bett-Temperatur Tsc
des Startkatalysators 40 zur Folge haben kann. Falls das
auftritt, sinkt das Wirkungsniveau des Startkatalysators 40 ab
oder er wird möglicherweise deaktiviert, was einer Verschlechterung
der Charakteristika der Abgasemissionen zur Folgehaben kann.
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Es
ist außerdem bekannt, daß sich Kondenswasser in
der Turbine 24b und im ersten Abgaskanal 32 ansammeln
kann, weil sich die Turbine 24b während des kalten
Betriebs abkühlt. Wenn, wie oben erwähnt, die
Ventilöffnungscharakteristika von 2A auf 2B umgeschaltet
werden, strömt zeitweilige eine große Menge von
Abgas durch den ersten Abgaskanal 32, so daß das
in der Turbine 24b und dem ersten Abgaskanal 32 angesammelte
Wasser (Abgaskondenswasser) in Kontakt mit den Sensoren 42, 43,
dem Startkatalysator 40 und dergleichen gelangt, die stromab
davon angeordnet sind. Das bedeutet, daß die Sensoren 42, 43,
der Startkatalysator 40 und dergleichen durch das Wasser
beschädigt werden. Als Ergebnis bricht der keramische Teil
eines jeden der Sensoren 42, 43 und des Startkatalysators 40 auf,
was einen Ausfall zur Folge haben kann.
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Um
die oben erwähnten Probleme eines abrupten Abfalls der
Bett-Temperatur Tsc und einer Beschädigung der Sensoren 42, 43 und
dergleichen durch Wasser zu vermeiden, ist es vorstellbar, ein Verfahren
der allmählichen Änderung durchzuführen, bei
dem die Hubhöhe (und/oder der Betriebswinkel) des ersten
Abgasventils Ex1 allmählich gesteigert wird. Um ein solches
Verfahren der allmählichen Änderung durchzuführen,
ist es erforderlich, getrennt einen variablen Ventilmechanismus
vorzusehen, der den Hub des ersten Abgasventils EX1 variabel macht.
Jedoch ist bei anderen Betriebsformen eine Hubsteuerung des ersten
Abgasventils EX1 nicht erforderlich. Das heißt, allen Betriebsanforderungen kann
durch einfaches Öffnen und Schließen des ersten
Abgasventils EX1 entsprochen werden. Deshalb bringt es keinerlei
Gewinn in Bezug auf andere Betriebsweisen, selbst wenn dem ersten
Abgasventil EX1 ein variabler Ventilmechanismus hinzugefügt wird,
so daß der Nachteil der höheren Systemkosten jeden
möglichen Vorteil überwiegt. Auch verknappt sich
bei der Periode der allmählichen Veränderung des
ersten Abgasventils EX1 die Menge der in die Turbine 24b eingeleiteten
Abgasenergie, und ein Abfall der Ausgangsleistung aufgrund unzureichenden Ladedrucks
wird sehr groß und macht es unmöglich, der Beschleunigungsanforderung
zu entsprechen. In diesem Zusammenhang wurden in den vergangenen Jahren
Verbrennungsmotoren kleinen Hubraums mit einem Turbolader entwickelt.
Im Falle solcher verkleinerter Motoren ist es ebenfalls wesentlich,
einer Beschleunigungsanforderung bei partieller Ausgangsleistung
zu entsprechen. Deshalb muß das erste Abgasventil EX1 nach
Vollendung der Aufwärmphase des Startkatalysators 40 voll
geöffnet werden.
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Demgemäß werden
bei der Ausführungsform 1, wenn nach der Vollendung der
Aufwärmphase des Startkatalysators 40 eine Beschleunigungsanforderung
erfolgt, die Ventilöffnungscharakteristika wie in den 3A bis 3C dargestellt
geschaltet. Die 3A bis 3C sind
Diagramme, die zeigen, wie Ventilöffnungscharakteristika
gemäß der Ausführungsform 1 geschaltet
werden. In diesem Falle sind die in den 3A und 3C gezeigten
Ventilöffnungscharakteristika die gleichen wie die in den 2A und 2B gezeigten
Ventilöffnungscharakteristika. Deshalb ergibt sich das
Hauptmerkmal der Ausführungsform 1 daraus, daß die
in 3B gezeigten Ventilöffnungscharakteristika
zwischen die 3A und 3C eingefügt
werden.
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Bei
der Ausführungsform 1 wird das erste Abgasventil Ex1 geschlossen
(gestoppt), wenn die Aufwärmphase des Startkatalysators 40 noch
nicht vollendet ist, und das zweite Abgasventil Ex2 wird geöffnet.
Auf diese Weise kann die gesamte Abgasmenge veranlaßt werden, über
den zweien Abgaskanal 34 mit einer geringen Wärmekapazität
in den Startkatalysator 40 einzuströmen. Deshalb
kann die Ausführung der Aufwärmung des Startkatalysators 40 verbessert
werden.
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Wenn
nach der Vollendung der Aufwärmphase des Startkatalysators 40 eine
Beschleunigungsanforderung erfolgt, wird, wie in 3B gezeigt,
das erste Abgasventil Ex1 mit vollem Hub geöffnet und das
zweite Abgasventil Ex2 wird öffnend auf eine Zwischenposition
angehoben. Durch Öffnung des ersten Abgasventils Ex1 können
der erste Abgaskanal 32 und die Turbine 24b aufgewärmt
werden, wodurch es ermöglicht wird, das während
des kalten Betriebs kondensierte Wasser zu verdampfen. Des weiteren
kann, weil das zweite Abgasventil Ex2 geöffnet ist, nicht
gleichzeitig eine große Menge des Abgases dem ersten Abgaskanal 32 zugeführt
werden. Deshalb ist es möglich, die Sensoren 42, 43 und
dergleichen stromab von der Turbine 24b vor einer Beschädigung
durch Wasser zu schützen.
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In
diesem Falle kann der Hub des zweiten Abgasventils Ex2 auf eine
Zwischenposition in Übereinstimmung mit der Abgastemperatur
Tex eingestellt werden. Das heißt, der Hub auf eine Zwischenstation kann
entsprechend dem Aufwärmzustand des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b eingestellt werden. In diesem Falle wird
die Abgastemperatur Tex niedrig, wenn beim Aufwärmen des
ersten Abgaskanals 32 und der Turbine 24b der
Grad des Fortschritts niedrig ist. Zu diesem Zeitpunkt fällt
die Abgastemperatur Tex abrupt ab, wenn der Hub des zweiten Abgasventils
Ex2 reduziert wird, was einen abrupten Abfall der Bett-Temperatur
Tsc des Startkatalysators 40 verursachen kann. Demgemäß wird,
wenn die Abgastemperatur Tex niedrig ist, der Hub des zweiten Abgasventils
Ex2 vergrößert im Vergleich zu dem Fall, in dem
die Abgastemperatur Tex hoch ist. Dann wird, wenn das Aufwärmen
des ersten Abgaskanals 32 und der Turbine 24b fortschreitet,
der Hub des zweiten Abgasventils Ex2 allmählich auf die
Zwischenposition reduziert. Es ist zu beachten, daß, wie oben
beschrieben, der Hub auf die Zwischenposition innerhalb eines vorgegebenen
Bereichs gesteuert wird, in welchem die Sensoren 42, 43 und
dergleichen nicht durch Wasser beschädigt werden.
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Danach
wird dann, wenn das Aufwärmen des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b vollendet ist, angenommen, daß ein
abrupter Abfall der Abgastemperatur Tex nicht auftreten wird, selbst wenn
die gesamte Abgasmenge veranlaßt wird, dem ersten Abgaskanal 32 zuzuströmen.
Des weiteren wird zu diesem Zeitpunkt angenommen, daß das Kondenswasser
verdampft ist. Somit wird, wenn die Abgastemperatur einen vorgegebenen
Wert überschreitet, angenommen, daß die Aufwärmphase
des ersten Abgaskanals 32 und der Turbine 24b vollendet
ist und es wird, wie in 3C gezeigt,
das erste Abgasventil Ex1 geöffnet und das zweite Abgasventil Ex2
geschlossen. Somit kann für eine verbesserte Leistungsabgabe
die gesamte Abgasmenge veranlaßt werden, dem ersten Abgaskanal 32 zuzuströmen,
wodurch es ermöglicht wird, einer Beschleunigungsanforderung
zu entsprechen.
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Es
ist vorstellbar, nach Vollendung der Aufwärmung des Startkatalysators 40 auf
die in 4 gezeigten Ventilöffnungscharakteristika
umzuschalten. Wenn jedoch, wie in 4 gezeigt,
das zweite Abgasventil Ex2 auf vollen Hub eingestellt ist, nimmt die
der Turbine 24b zugeführte Abgasmenge ab, was zu
einem ungenügenden Ladedruck führt. Deshalb kann
durch Einstellung des Hubs des zweiten Abgasventils Ex2 auf eine
Zwischenstellung, wie sie in 3B gezeigt
ist, eine verbesserte Ausführung der Beschleunigung im
Vergleich zu dem Falle erreicht werden, in dem, wie in 4 gezeigt,
das zweite Abgasventil Ex2 auf vollen Hub eingestellt ist.
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Die 5 ist
ein Ablaufdiagram, das eine von der ECU 80 bei der Ausführungsform
1 durchgeführte Routine zeigt Die in 5 gezeigte
Routine wird beispielsweise beim Motorstart aktiviert. Gemäß dieser
Routine wird zunächst das erste Abgasventil Ex1 geschlossen
und das zweite Abgasventil Ex2 geöffnet (Schritt 100).
Beim Schritt 100 wird, wie in 3A gezeigt,
das erste Abgasventil Ex1 voll geschlossen (gestoppt) und das zweite
Abgasventil Ex2 mit vollem Hub geöffnet.
-
Danach
wird eine Steuerung der Katalysatoraufwärmung durchgeführt
(Schritt 102). Bei diesem Schritt 102 wird beispielsweise
eine Steuerung zu einem reichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
durchgeführt, bei welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
derart gesteuert wird, daß es reicher ist als das stöchiometrische,
und es wird eine Steuerung zur Verzögerung des Zündzeitpunkts
durchgeführt.
-
Danach
wird festgestellt, ob die Aufwärmung des Startkatalysators 40 vollendet
ist oder nicht (Schritt 104). Bei diesem Schritt 104 wird
festgestellt, daß die Aufwärmung vollendet ist,
wenn die Bett-Temperatur Tsc des Startkatalysators 40 gleich oder
höher ist als ein vorgegebener Wert (beispielsweise 350°C).
Wenn beim oben erwähnten Schritt 104 festgestellt
wird, daß die Aufwärmung des Katalysators noch
nicht vollendet ist, wird die vorliegende Routine vorübergehend
beendet.
-
Falls,
nachdem die vorliegende Routine das nächste Mal aktiviert
wird, beim oben erwähnten Schritt 104 festgestellt
wird, daß die Aufwärmung des Katalysators vollendet
ist, wird das erste Abgasventil Ex1 geöffnet und das zweite
Abgasventil Ex2 geöffnet (Schritt 106). Bei diesem
Schritt 106 werden sowohl das erste Abgasventil Ex1 als
auch das zweite Abgasventil Ex2 auf vollen Hub eingestellt, weil
unbekannt ist, ob eine Beschleunigungsanforderung vorliegt oder
nicht.
-
Danach
wird festgestellt, ob eine Beschleunigungsanforderung vorliegt oder
nicht (Schritt 108). Bei diesem Schritt 108 wird,
wenn das Ausmaß der Fahrpedalbetätigung AA gleich
oder größer ist als ein Bezugswert AAth, festgestellt,
daß eine Beschleunigungsanforderung vorliegt. Falls beim
Schritt 108 festgestellt wird, daß keine Beschleunigungsanforderung
vorliegt, wird entschieden, daß kein Bedarf für eine
Erhöhung des Ladedrucks besteht. In diesem Falle besteht
keine Notwendigkeit einer Reduzierung der Hubhöhe des zweiten
Abgasventils Ex2 und die vorliegende Routine wird zeitweilig unterbrochen. Das
bedeutet, daß, wie in 4 gezeigt,
der Zustand der Öffnung sowohl des ersten Abgasventils
Ex1 als auch des zweiten Abgasventils Ex2 mit voller Hubhöhe
beibehalten wird.
-
Wenn
beim oben erwähnten Schritt 108 andererseits festgestellt
wird, daß eine Beschleunigungsanforderung besteht, wird
die Abgastemperatur Tex festgestellt (Schritt 110). Danach
wird überprüft, ob die beim obigen Schritt 110 ermittelte
Abgastemperatur Tex gleich oder geringer ist als ein vorgegebener
Wert Tth (Schritt 112). Dieser vorgegebene Wert Tth ist
ein Bezugswert, der dazu benützt wird, festzustellen, ob
die Aufwärmphase des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b vollendet ist oder nicht.
-
Falls
beim oben erwähnten Schritt 112 festgestellt wird,
daß die Abgastemperatur Tax gleich oder geringer ist als
der vorgegebene Wert Tth, wird entschieden, daß die Aufwärmphase
des ersten Abgaskanals 32 und der Turbine 24b nicht
vollendet ist. Da heißt, es wird festgestellt, daß,
falls das zweite Abgasventil Ex2 in diesem Zustand voll geschlossen ist,
die Bett-Temperatur Tsc des Startkatalysators 40 abrupt
fällt, was eine mögliche Deaktivierung des Startkatalysators 40 zur
Folge hat. In diesem Falle wird entsprechend der beim oben erwähnten
Schritt 110 festgestellten Abgastemperatur Tex eine Zwischenposition
L des Hubs des zweiten Abgasventils Ex2 berechnet und der variable
Ventilmechanismus 31 wird gesteuert, um diese Zwischenposition
L des Hubs zu erreichen (Schritt 114). In diesem Falle
ist die Aufwärmung des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b um so weiter fortgeschritten, je höher
die Abgastemperatur Tex ist, so daß angenommen wird, daß eine
geringe Möglichkeit eines abrupten Abfalls der Abgastemperatur
besteht, selbst wenn die Zwischenposition L des Hubs klein eingestellt
wird. Beim Schritt 114 wird die Zwischenposition L des
Hubs kleiner eingestellt, wenn die Abgastemperatur Tex höher
wird. Danach wird die aktuelle Routine vorübergehend beendet.
-
Wenn
danach die aktuelle Routine aktiviert wird und beim oben erwähnten
Schritt 112 ermittelt wird, daß die Abgastemperatur
Tex höher ist als der vorgegebene Wert Tth, wird festgesellt,
daß das Aufwärmen des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b vollendet ist. Das heißt, es wird
festgestellt, daß selbst dann, wenn in diesem Zustand das
zweite Abgasventil Ex2 vollständig geschlossen ist, eine
sehr geringe Möglichkeit besteht, daß die Bett-Temperatur Tsc
des Startkatalysators 40 abrupt abfällt und eine Deaktivierung
des Startkatalysators 40 die Folge ist. In diesem Falle
wird, wie in 3C gezeigt, das zweite Abgasventil
Ex2 voll geschlossen (geschlossen) (Schritt 116). Danach
wird die aktuelle Routine beendet.
-
Wie
oben beschrieben, wird gemäß der in 5 gezeigten
Routine, beim Motorstart zunächst das erste Abgasventil
Ex1 geschlossen und das zweite Abgasventil Ex2 mit vollem Hub geöffnet,
um die Katalysatoraufwärmsteuerung einzuleiten. Wenn die
Katalysatoraufwärmung vollendet ist, wird das erste Abgasventil
Ex1 zur verbesserten Leistungsabgabe mit vollem Hub geöffnet.
Des weiteren wird der Hub des zweiten Abgasventils Ex2 auf die Zwischenposition
L gesteuert, falls eine Beschleunigungsanforderung ergeht, wenn
die Abgastemperatur Tex gleich dem vorgegebenen Wert Tth ist oder
geringer als dieser. Deshalb ist es möglich, die Deaktivierung des
Startkatalysators 40 dadurch zu verhindern, daß der
Aufwärmzustand des ersten Abgaskanals 32 und des
Startkatalysators 40 in Betracht gezogen wird, und auch
die Ausführung der Beschleunigung zu verbessern. Falls
eine Beschleunigungsanforderung besteht, wenn die Abgastemperatur
höher ist als der vorgegebene Wert Tth, ist eine Deaktivierung
des Startkatalysators 40 nicht zu befürchten,
so daß das zweite Abgasventil Ex2 voll geschlossen ist
und dadurch eine weitere Verbesserung der Ausführung der Beschleunigung
erreicht wird.
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Während
bei der Ausführungsform 1 die Abgastemperatur Tex durch
den Abgastemperatursensor 43 festgestellt wird, kann die
Abgastemperatur Tex auf der Basis der Ansaugluftmenge Ga, der Zündzeitpunkts
und dergleichen abgeschätzt werden.
-
Es
sollte beachtet werden, daß bei der Ausführungsform
1 der Turbolader 24 als der „Turbolader” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden kann. Der Verbrennungsmotor 1 kann
als der „Verbrennungsmotor” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, die Turbine 24b kann
als die „Turbine” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, der erste Abgaskanal 32 kann
als der „erste Abgaskanal” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, das erste Abgasventil Ex1
kann als das „erste Abgasventil” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, der zweite Abgaskanal 34 kann
als der „zweite Abgaskanal” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, das zweite Abgasventil
Ex2 kann als das „zweite Abgasventil” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, der variabler Ventilmechanismus 31 kann
als der „variabler Ventilmechanismus” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, und der Startkatalysator 40 kann
als der „Katalysator” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
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Außerdem
werden bei der Ausführungsform 1 das „Steuermittel” gemäß der
vorliegenden Erfindung und das „Mittel zur Ermittlung der
Abgastemperatur” gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die ECU 80 realisiert, die die Durchführung
der Schritte 100, 112, 114, 116 beziehungsweise
des Schritts 110 veranlaßt.
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Als
nächstes wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 die
Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das oben erwähnte, unabhängige Abgastriebwerk 1 gemäß Ausführungsform
1 kann in einem in 6 gezeigten Hybridfahrzeug eingebaut
sein. Die 6 ist ein Schaubild, das die
Gestaltung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Das in 6 gezeigte
Hybridfahrzeug schließt zusätzlich zum oben erwähnten,
als Antriebsquelle dienenden Triebwerk 1 einen Motorgenerator 52 (nachfolgend
als „Generator” bezeichnet) und einen Motorgenerator 54 (nachfolgend
als „Motor” bezeichnet) deren jeder wie andere
Antriebsquellen arbeitet.
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Wie
in 6 gezeigt, schließt das Hybridfahrzeug
einen dreiaxialen Leistungsverteilungsmechanismus 51 ein.
Der Leistungsverteilungsmechanismus 51 ist ein später
beschriebener Planetengetriebemechanismus. Zusätzlich zur
Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 sind der
Generator 52 und der Motor 54 mit dem Leistungsverteilungsmechanismus 51 verbunden.
Außerdem ist ein Drehzahlreduzierer 53 mit dem
Leistungsverteilungsmechanismus 51 verbunden. Eine rotierende
Welle 57 eines Antriebsrads 55 ist mit dem Drehzahlreduzierer 53 verbunden.
Das Antriebsrad 55 ist mit einem Sensor 56 zur
Ermittlung der Raddrehzahl versehen. Dieser Sensor 56 ist
derart gestaltet, daß er die Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit
des Antriebsrads 55 ermittelt.
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Der
Generator 52 und der Motor 54 sind mit einem gemeinsamen
Wechselrichter 58 verbunden. Der Wechselrichter 58 ist
mit einem Ladeumformer 59 und dieser mit einer Batterie 60 verbunden.
Der Ladeumformer 59 wandelt eine Spannung (beispielsweise
eine Gleichspannung von 201,6 V) der Batterie 60 in eine
Hochspannung (beispielsweise eine Gleichspannung von 500 V) um.
Der Wechselrichter 58 wandelt eine durch den Ladeumformer 59 hochgetriebene
hohe Gleichspannung in eine Wechselspannung (von beispielsweise
500 V) um. Der Generator 52 und der Motor 54 tauschen über
den Wechselrichter 58 und den Ladeumformer 59 elektrische Leistung
mit der Batterie 60 aus.
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Wie
in 6 gezeigt, ist die ECU 80 zusätzlich
zum oben erwähnten Verbrennungsmotor 1 mit dem
Leistungsverteilungsmechanismus 51, dem Generator 52,
dem Drehzahlreduzierer 53, dem Motor 54, dem Sensor 56 zur
Ermittlung der Raddrehzahl, dem Wechselrichter 58, dem
Ladeumformer 59, der Batterie 60 und dergleichen
verbunden. Die ECU 80 steuert die Größe
der Antriebskraft oder der Leistungserzeugung des Generators 52 und
des Motors 54. Außerdem ermittelt die ECU 80 den
Ladungszustand SOC (= state of charge) der Batterie 60.
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Die 7 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Gestaltung des Antriebsmechanismus
im in 6 gezeigten Hybridfahrzeug zeigt. Wie in 7 gezeigt,
schließt der Leistungsverteilungsmechanismus 51 ein
Sonnenrad 61, ein Hohlrad 62, eine Mehrzahl von
Planetenrädern 63 und einen Träger 64 ein. Das
Sonnenrad 61 mit Außenverzahnung ist auf einer
hohlen Sonnenradwelle 65 befestigt. Die Kurbelwelle 4 des
Verbrennungsmotors 1 erstreckt sich durch diesen hohlen
Abschnitt der Sonnenradwelle 65. Das innenverzahnte Hohlrad 62 ist
konzentrisch zum Sonnenrad 61 angeordnet. Die Mehrzahl
der Planetenräder 63 ist derart angeordnet, daß sie
sowohl mit dem Sonnenrad 61 als auch mit dem Hohlrad 62 in
Eingriff stehen. Die Mehrzahl von Planetenrädern 63 wird
drehbar vom Träger 64 festgehalten. Der Träger 64 ist
mit der Kurbelwelle 4 gekuppelt. Das heißt, der
Leistungsverteilungsmechanismus 51 ist ein Planetengetriebemechanismus,
der mit dem Sonnenrad 61, dem Hohlrad 62 und den
Planetenrädern 63 als drehbaren Elementen Differentialwirkungen
erzielt.
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Der
Drehzahlreduzierer 53 besitzt ein Leistungsabgreifrad 66.
Das Leistungsabgreifrad 66 ist mit dem Hohlrad 62 des
Leistungsverteilungsmechanismus 51 gekuppelt. Außerdem
ist das Leistungsabgreifrad 66 mit einem Leistungsübertragungsrad 68 durch
eine Kette 67 verbunden. Das Leistungsübertragungsrad 68 ist
mit einem Zahnrad 70 über eine drehbare Welle 69 verbunden.
Das Zahnrad 70 ist mit einem (nicht gezeigten) Differentialgetriebe
verbunden, das die drehbare Welle 57 des Antriebsrads 55 in
Drehung versetzt.
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Der
Generator 52 besitzt einen Rotor 71 und einen
Stator 72. Der Rotor 71 ist an der Sonnenradwelle 65 vorgesehen,
die gemeinsam mit dem Sonnenrad 61 rotiert. Der Generator 52 ist
so gestaltet, daß er als Elektromotor zur Drehung des Rotors 71 betrieben
werden kann und auch als Generator zur Erzeugung einer elektromagnetischen
Kraft durch Drehung des Rotors 71. Zudem kann der Generator 52 als
Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors dienen.
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Der
Motor 54 besitzt einen Rotor 73 und einen Stator 74.
Der Rotor 73 ist an einer Hohlradwelle 75 vorgesehen,
die sich gemeinsam mit dem Hohlrad 62 dreht. Der Motor 54 ist
so gestaltet, daß er als ein Elektromotor zur Drehung des
Rotors 73 betrieben wird und auch als ein Generator zur
Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft durch Drehung des Rotors 73.
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Der
Leistungsverteilungsmechanismus 51 kann Leistung vom Verbrennungsmotor 1 verteilen, die
in Übereinstimmung mit deren Übersetzungsverhältnis
vom Träger 64 auf das mit dem Generator 52 verbundene
Sonnenrad 61 übertragen wird, und auf das mit
der drehbaren Welle 75 verbundene Hohlrad 62.
Auch kann der Leistungsverteilungsmechanismus 51 vom Verbrennungsmotor 1 vom
Träger 64 eingegebene Leistung und vom Generator 52 vom Sonnenrad 51 eingegebene
Leistung integrieren und die integrierte Leistung an das Hohlrad 62 ausgeben. Außerdem
kann der Leistungsverteilungsmechanismus 51 vom Generator 52 vom
Sonnenrad 61 eingegebene Leistung und vom Hohlrad 62 eingegebene Leistung
integrieren und gibt die integrierte Leistung an den Träger 54 aus.
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Die
ECU 80 berechnet eine geforderte Leistungsausgabe (oder
ein gefordertes Drehmoment) für das gesamte Fahrzeug auf
der Basis der vom Sensor 56 zur Ermittlung der Raddrehzahl
festgestellten Drehzahl des Antriebsrads 55, des vom Sensor 20 zur
Feststellung der Fahrpedalbetätigung festgestellten Wertes
AA der Fahrpedalbetätigung und dergleichen. Um diese für
das gesamte Fahrzeug geforderte Ausgangsleistung sicherzustellen,
verteilt die ECU 80 die Antriebskraft zwischen dem Verbrennungsmotor 1,
dem Generator 52 und dem Motor 54, wobei der Ladungszustand
SOC der Batterie 60 berücksichtigt wird. Das heißt,
die ECU 80 bestimmt einen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 längs einer
später beschriebenen Iso-Ausgangsleistungskurve und berechnet
geforderte Ausgangsleistungen für den Generator 52 und
den Motor 54.
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Bei
der oben erwähnten Ausführungsform 1 wird das
erste Abgasventil Ex1 mit vollem Hub geöffnet und das zweite
Abgasventil Ex2 wird auf eine Zwischenposition angehoben, falls
nach der Vollendung der Aufwärmung des Startkatalysators 40, wenn
die Abgastemperatur Tex niedrig ist, eine Beschleunigungsanforderung
erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt wird, verglichen mit dem Zustand mit
voll geschlossenem zweiten Abgasventil Ex2, der Ladedruck niedrig,
so daß auch die Leistungsausgabe gering wird. Das heißt,
es wird dem Verhindern der Deaktivierung des Startkatalysators 40 der
Vorrang eingeräumt, während ein gewisser Abfall
der Leistungsausgabe zugelassen wird.
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Demgemäß wird
bei der Ausführungsform 2 in der unten beschriebenen Weise
das Problem eines Abfalls der Leistungsausgabe, wenn das zweite
Abgasventil Ex2 auf eine Zwischenposition angehoben wird, überwunden.
Die 8 ist ein Diagramm, das eine Korrektur des Motorbetriebspunkts
für den Fall zeigt, daß das zweite Abgasventil
bei der Ausführungsform 2 eine mittlere Öffnungsposition
einnimmt. Die 8 zeigt eine Iso-Ausgangsleistungskurve
L1 des Hybridfahrzeugs und eine normale Motorbetriebskurve L2. Normalerweise
wird, wenn eine Beschleunigungsanforderung ergeht, ein Betriebspunkt
P1 auf der Motorbetriebskurve L2 ausgewählt. Bei der Ausführungsform
2 wird, wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform
1 beschrieben ist, das zweite Abgasventil Ex2 auf eine Zwischenposition
angehoben, wenn die Abgastemperatur Tex gleich oder niedriger ist
als der vorgegebene Wert Tth. Als Ergebnis sinkt im Vergleich zu
der Situation mit voll geschlossenem zweiten Abgasventil Ex2 der
Ladedruck mit der Folge, daß die Leistungsabgabe abfällt.
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Gemäß der
Ausführungsform 2 wird der Motorbetriebspunkt auf der Iso-Ausgangsleistungskurve nach
der Seite der höheren Drehzahl korrigiert. Insbesondere
wird der Motorbetriebspunkt P1 auf der in 8 gezeigten
Iso-Ausgangsleistungskurve L1 nach einem Motorbetriebspunkt P2 korrigiert.
Weil die Motordrehzahl NE im Motorbetriebspunkt P2 im Vergleich
zu jener im Motorbetriebspunkt P1 hoch ist, steigt die Abgastemperatur
Tex an. Somit erhöht sich die der Turbine 24b zugeführte
Abgasenergie, so daß die Turbodrehzahl ansteigt, wodurch
es möglich wird, den Ladedruck anzuheben. Als Ergebnis
kann ein Leistungsausgabeäquivalent zu jenem bei voll geschlossenem
zweiten Abgasventil Ex2 erhalten werden, selbst wenn das zweite
Abgasventil Ex2 bis auf eine öffnende Zwischenposition
angehoben ist. Des weiteren kann die die Aufwärmung des
ersten Abgaskanals 32 und der Turbine 24b gefördert
werden, so daß der Übergang zu der voll geschlossenen Stellung
des in 3C gezeigten zweiten Abgasventils
Ex2 in einem frühen Stadium erfolgen kann.
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Wenn
die Abgastemperatur Tex höher wird als der vorgegebene
Wert Tth, wird das zweite Abgasventil Ex2 geschlossen (vollständig
geschlossen), so daß der Motorbetriebspunkt P2 auf der Iso-Ausgangsleistungskurve
L1 zum Motorbetriebspunkt P1 auf der normalen Motorbetriebskurve
L2 zurückgeführt wird.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine von der ECU 80 der Ausführungsform
2 durchgeführte Routine zeigt. Die in 9 gezeigte
Routine wird beispielsweise beim Motorstart aktiviert.
-
Gemäß der
in 9 gezeigten Routine werden zunächst die
Schritte bis hin zum Feststellungsschritt 112 in der gleichen
Weise ausgeführt, wie bei der in 5 gezeigten
Routine. Falls beim Schritt 112 festgestellt wird, daß die
Abgastemperatur Tex gleich dem vorgegebenen Wert Tth oder niedriger
ist, wie in der in 5 gezeigten Routine, wird die
Zwischenposition L des Hubs des zweiten Abgasventils Ex2 gemäß der
Abgastemperatur Tex berechnet und der variabler Ventilmechanismus 31 wird
gesteuert (Schritt 114).
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Danach
wird eine Korrekturgröße für die Drehzahl
auf der Iso-Ausgangsleistungskurve L1 entsprechend der beim Schritt 114 berechneten
Anhebung auf die Zwischenposition L berechnet (Schritt 118).
In diesem Falle ist die der Turbine 24b zugeführte
Abgasenergie um so kleiner, je größer die Anhebung
auf die Zwischenposition L ist. Demgemäß wird
bei diesem Schritt 118 die Korrekturgröße
für die Drehzahl derart berechnet, daß sie größer
ist, wenn die Anhebung auf die Zwischenposition L größer wird.
Somit wird der Motorbetriebspunkt P2 in Richtung auf die höheren
Drehzahlen korrigiert, wenn die Anhebung auf die Zwischenposition
L größer wird, so daß die Abgastemperatur
angehoben werden kann.
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Danach
wird der Motorbetriebspunkt durch die beim oben erwähnten
Schritt 118 erwähnte Korrekturgröße
für die Drehzahl in Richtung auf die höheren Drehzahlen
korrigiert (Schritt 120). Bei diesem Schritt 120 wird
beispielsweise durch Steuerung des Leistungsverteilungsmechanismus 51 der
in 8 gezeigte Betriebspunkt P1 durch die Korrekturgröße für
die Drehzahl zum Motorbetriebspunkt P2 auf der Seite der höheren
Drehzahlen korrigiert. Danach wird die aktuelle Routine zeitweilig
beendet.
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Falls,
wenn die aktuelle Routine das nächste Mal aktiviert wird,
beim oben erwähnten Schritt 112 festgestellt wird,
daß, wie in 5 gezeigt, die Abgastemperatur
Tex höher ist als der vorgegebene Wert Tth, wird das zweite
Abgasventil Ex2 voll geschlossen (geschlossen) (Schritt 116).
Das heißt, es wird festgestellt, daß die Möglichkeit
einer Deaktivierung des Startkatalysators 40 nun sehr gering
ist, weil die Aufwärmung des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b vollendet ist, so daß das zweite
Abgasventil Ex2 vollständig geschlossen wird. Dann tritt
ein Abfall der Ausgangsleistung aufgrund einer Anhebung des zweiten
Abgasventils Ex2 auf die Zwischenposition nicht auf, so daß der
Motorbetriebspunkt P1 auf der normalen Motorbetriebskurve L2 gewählt
wird (Schritt 122). Bei diesem Schritt 122 wird
der Leistungsverteilungsmechanismus 51 derart gesteuert, daß der
Motorbetriebspunkt P1 erreicht wird. Danach wird die aktuelle Routine
beendet.
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Wie
oben beschrieben, wird entsprechend der in 9 gezeigten
Routine, falls nach Vollendung der Aufwärmung des Katalysators
eine Anforderung nach Beschleunigung besteht, wenn die Abgastemperatur
Tex gleich dem vorgegebenen Wert Tth oder niedriger ist, die Anhebung
des zweiten Abgasventils Ex2 auf die Zwischenposition L gesteuert.
Danach wird der Motorbetriebspunkt auf der Iso-Ausgangsleistungskurve
in Richtung auf die höheren Drehzahlen korrigiert. Deshalb
kann für eine bessere Ausführung der Beschleunigung
die Deaktivierung des Startkatalysators 40 und ein Abfall
der Leistungsabgabe verhindert werden. Des weiteren kann durch die Korrektur
des Betriebspunkts in Richtung auf die höheren Drehzahlen
die Abgastemperatur angehoben werden, wodurch es ermöglicht
wird, die Aufwärmung des ersten Abgaskanals 32 und
der Turbine 24b zu fördern. Weil somit das zweite
Abgasventil Ex2 zu einem frühen Zeitpunkt voll geschlossen
werden kann, ist es möglich, die Ausführung der
Beschleunigung zu verbessern. Auch weil die Anhebung des zweiten
Abgasventils Ex2 auf die Zwischenposition L vergrößert
wird, wird der Motorbetriebspunkt in Richtung auf die höheren
Drehzahlen korrigiert. Deshalb ist es möglich, einen Abfall
der Leistungsabgabe zu verhindern und die Aufwärmung des
ersten Abgaskanals 32 und der Turbine 24b zu fördern,
selbst wenn die Anhebung des zweiten Abgasventils Ex2 auf die Zwischenposition
L groß ist.
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Es
sollte beachtet werden, daß bei der Ausführungsform
2 sowohl der Generator 52 wie auch der Motor 54 als „Elektromotor” gemäß der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden können. Auch werden
bei der Ausführungsform 2 die „Steuermittel” gemäß der
vorliegenden Erfindung und die „Mittel zur Ermittlung der
Abgastemperatur” gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die ECU 80 realisiert, die die Verfahrensschritte 100, 112, 114, 116 bzw.
den Verfahrensschritt 110 ausführt.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf deren beispielsweise Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist zu verstehen, daß die Erfindung
nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen oder Konstruktionen
beschränkt. Im Gegenteil soll die Erfindung verschiedene
Modifikationen und äquivalente Anordnung einschließen.
Zusätzlich werden, auch wenn die verschiedenen Elemente
der beispielsweisen Ausführungsformen in verschiedenen
Kombinationen und Gestaltungen gezeigt sind, andere Kombinationen
und Ausgestaltungen, die weniger Elemente oder nur ein einziges
Element einschließen, als innerhalb der Idee und des Umfangs
der Erfindung liegend angesehen.
-
Zusammenfassung
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STEUERSYSTEM UND STEUERVERFAHREN
FÜR EIN FAHRZEUG
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Eine
Aufwärmsteuerung für Katalysatoren wird bei einem
Zustand ausgeführt, in welchem eine erstes Abgasventil
(Ex1) geschlossen und ein zweites Abgasventil (Ex2) geöffnet
ist (Schritt 102). Nach Vollendung der Katalysatoraufwärmung
wird, wenn eine Beschleunigungsanforderung ergeht, die Abgastemperatur
(Tex) ermittelt (Schritt 110). Falls die Abgastemperatur
(Tex) gleich einem vorgegebenen Wert (Tth) ist oder niedriger, wird
das zweite Abgasventil (Ex2) durch Anhebung auf eine Zwischenposition
(L) geöffnet (Schritt 114), um dadurch einen abrupten
Abfall der Abgastemperatur zu verhindern. Falls die Abgastemperatur
(Tex) höher ist als der vorgegebene Wert (Tth), wird das
zweite Abgasventil (Ex2) vollständig geschlossen (Schritt 116),
um dadurch die gesamte Abgasmenge einer Turbine zuzuführen.
Es kann somit eine Fahrzeugsteuervorrichtung vorgesehen werden,
die sowohl eine Deaktivierung des Katalysators und eine Verbesserung
der Ausführung einer Beschleunigung erreicht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 10-89106 [0002]
- - JP 0-89106 A [0002]