DE112008001960T5 - Steuersystem und Steuerverfahren für ein Fahrzeug - Google Patents

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Yasuyuki Toyota-shi Irisawa
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Abstract

Steuersystem für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader besitzt, umfassend:
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;
Steuermittel zur Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten und des zweiten Abgasventils, dadurch gekennzeichnet, daß
wenn von einem ersten Zustand, in dem das erste Abgasventil geschlossen und das zweite Abgasventil geöffnet ist, in einen zweiten Zustand umgeschaltet wird, in dem das erste Abgasventil geöffnet und das zweite Abgasventil geschlossen ist, das Steuermittel einen dritten Zustand herstellt, in dem das erste Abgasventil geöffnet und das zweite Abgasventil durch Anwendung des variablen Ventilmechanismus innerhalb eines...

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • 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.
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
  • 1 ein Schaubild, das eine Systemgestaltung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2A und 2B Diagramme, die zeigen, wie die Ventilöffnungscharakteristika normalerweise geschaltet werden;
  • 3A, 3B und 3C Diagramme, die zeigen, wie Ventilöffnungscharakteristika gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung geschaltet werden;
  • 4 ein Diagramm, das die Ventilöffnungscharakteristika zeigt, bei welchen das erste und das zweite Abgasventil Ex1 und Ex2 voll geöffnet sind;
  • 5 ein Ablaufdiagram, das eine von einer ECU (elektronische Steuereinheit) 80 der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführte Routine zeigt;
  • 6 ein Schaubild, das die Gestaltung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 eine perspektivische Ansicht, die die Gestaltung des Hauptabschnitts eines Antriebsmechanismus im in 6 gezeigten Hybridfahrzeug zeigt;
  • 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
  • 9 ein Ablaufdiagramm, das eine von der ECU 80 der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung durchgeführte Routine zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • STEUERSYSTEM UND STEUERVERFAHREN FÜR EIN FAHRZEUG
  • 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]

Claims (6)

  1. Steuersystem für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader besitzt, umfassend: 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; Steuermittel zur Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten und des zweiten Abgasventils, dadurch gekennzeichnet, daß wenn von einem ersten Zustand, in dem das erste Abgasventil geschlossen und das zweite Abgasventil geöffnet ist, in einen zweiten Zustand umgeschaltet wird, in dem das erste Abgasventil geöffnet und das zweite Abgasventil geschlossen ist, das Steuermittel einen dritten Zustand herstellt, in dem das erste Abgasventil geöffnet und das zweite Abgasventil durch Anwendung des variablen Ventilmechanismus innerhalb eines vorgegebenen Bereichs auf eine Zwischenposition zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand angehoben wird.
  2. Steuersystem nach Anspruch 1, weiter umfassend Mittel zur Ermittlung der Abgastemperatur, um die Temperatur des in den Katalysators einströmenden Abgases festzustellen, wobei das Steuermittel das erste und das zweite Abgasventil in den dritten Zustand steuert, wenn die vom Mittel zur Ermittlung der Abgastemperatur festgestellte Abgastemperatur gleich ist oder niedriger als ein vorgegebener Wert.
  3. Steuersystem nach Anspruch 2, bei welchem, wenn die Abgastemperatur gleich ist oder niedriger als ein vorgegebener Wert, das Steuermittel die Anhebung des zweiten Abgasventils auf eine Zwischenposition kleiner einstellt, wenn die Abgastemperatur ansteigt.
  4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend: 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, wobei das Betriebspunktsteuermittel den Betriebspunkt in Richtung auf eine höhere Drehzahl steuert, 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.
  5. Steuersystem nach Anspruch 4, bei welchem, wenn sowohl das erste wie auch das zweite Abgasventil durch das Steuermittel in den dritten Zustand gesteuert werden, das Betriebspunktsteuermittel den Betriebspunkt in Richtung auf höhere Drehzahlen steuert, wenn die Anhebung des zweiten Abgasventils in die Zwischenstellung größer wird.
  6. Steuerverfahren für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß es 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 Öffnen des ersten Abgasventils und Schließen des zweiten Abgasventils, wobei ein Katalysator stromab von einer Verbindung des ersten und des zweiten Abgaskanals angeordnet ist.
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