DE112009004501T5 - Motorsteuersystem - Google Patents

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DE112009004501T5
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vehicle
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DE112009004501T
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Hideki Nakazono
Daisuke Akihisa
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Ein Fahrzeug vom Hybridtyp, das gestaltet ist, einen Verbrennungsmotor (1) und Motor-Generatoren (MG1, MG2) zu verwenden, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei der Verbrennungsmotor (1) mit einem Mechanismus (A) mit variablem Kompressionsverhältnis und einem Mechanismus (B) mit variablem Ventilzeitverhalten versehen ist. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, wird ein Motor-Generator (MG2) verwendet, um eine Ausgabe für die Fahrzeugantriebsverwendung zu erzeugen. Wenn bewirkt wird, dass der Motor (1) zu diesem Zeitpunkt betrieben wird, werden eine Änderung des Motordrehmoments (Te) und der Motordrehzahl (Ne) entlang einer Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate bewirkt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennkraftmaschinen/Motor-Steuersystem.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist ein Fahrzeug vom Hybridtyp bekannt, das mit einem Ausgabereguliersystem versehen ist, das ein Paar von Motor-Generatoren hat und das als eine Eingabe die Ausgabe bzw. Ausgangsleistung einer Brennkraftmaschine aufnimmt und eine Ausgabe bzw. Ausgangsleistung zum Antreiben des Fahrzeugs erzeugt, wobei das Ausgabereguliersystem einen Planetengetriebemechanismus hat, der ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder hat, die an einem Planetenradträger getragen werden, wobei ein erster Motor-Generator mit dem Hohlrad gekoppelt ist, der Verbrennungsmotor und der zweite Motor-Generator mit dem Sonnenrad gekoppelt ist und der Planetenradträger mit der Abtriebswelle zum Antreiben des Fahrzeuges gekoppelt ist (siehe japanische Patentnummer 3337026 ).
  • Wenn ein Paar von Motor-Generatoren auf diese Weise vorgesehen wird, wird häufig die elektrische Energie, die durch einen Motor-Generator erzeugt wird, verwendet, um den anderen Motor-Generator anzutreiben, oder elektrische Energie, die durch den anderen Motor-Generator erzeugt wird, wird in einer Batterie gespeichert und die elektrische Energie, die in der Batterie gespeichert ist, wird zum Antreiben des anderen Motor-Generators verwendet. Zu diesem Zeitpunkt tritt in jedem Fall ein Energieverlust auf. In diesem Fall ist mit einer wachsenden Menge an Elektroenergie, die durch einen Motor-Generator erzeugt wird und durch den anderen Motor-Generator verbraucht wird, der Energieverlust größer und daher die Effizienz niedriger.
  • In dieser Hinsicht wird in dem vorstehenden Fahrzeug, ob sich das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts bewegt, die Brennkraftmaschine an dem am effizientesten Punkt betrieben, dass heißt beim maximalen Drehmoment. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, um die Abtriebswelle zum Antrieb des Fahrzeugs in die entgegengesetzte Richtung zu der, in der das Fahrzeugs vorwärts fährt, zu drehen, wird ein Drehmoment in umgekehrter Richtung zu dem Drehmoment, das durch die Brennkraftmaschine auf das Sonnenrad aufgebracht wird, und das größer als dieses Drehmoment ist, durch den ersten Motor-Generator auf das Hohlrad aufgebracht. in dieser Hinsicht wird, wenn das Drehmoment, das auf das Sonnenrad aufgebracht wird, größer wird, das Drehmoment, das auf das Hohlrad aufgebracht wird, zusammen damit größer.
  • In dieser Hinsicht wird bei diesem Fahrzeug die Elektroenergie, die durch den zweiten Motor-Generator erzeugt wird, der mit der Brennkraftmaschinen gekoppelt ist, durch den ersten Motor-Generator verbraucht. Daher ist bei diesem Fahrzeug bei größer werdender Ausgabedrehmoment der Brennkraftmaschine, dass heißt, bei größer werdendem Drehmoment, das auf das Sonnenrad aufgebracht wird, das Drehmoment größer, das durch den ersten Motor-Generator auf das Hohlrad aufgebracht wird. Das heißt, dass mit größer werdendem Ausgabedrehmoment der Brennkraftmaschine die Menge an Elektroenergie größer wird, die durch den zweiten Motor-Generator erzeugt wird und die durch den ersten Motor-Generator verbraucht wird, und daher ist der Energieverlust größer. In diesem Fall wird bei diesem Fahrzeug, da die Ausgabe bzw. Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine immer maximal gestaltet ist, die Größe der Elektroenergie, die durch den zweiten Motor-Generator erzeugt wird und die durch den ersten Motor-Generator verbraucht wird, äußerst hoch, und daher besteht das Problem, das die Effizienz schließlich fällt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Motorsteuersystem vorzusehen, das gestaltet ist, um die Effizienz zu verbessern, wenn ein Fahrzeug rückwärts fährt.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsteuersystem vorgesehen, das ein Ausgabereguliersystem aufweist, das ein Paar von Motor-Generatoren hat und das als eine Eingabe eine Ausgabe bzw. Ausgangsleistung einer Brennkraftmaschine aufnimmt und eine Ausgabe bzw. Ausgangsleistung für die Fahrzeugantriebsverwendung erzeugt; wobei das Ausgabereguliersystem ausgebildet ist, so dass ein Ausgabedrehmoment der Brennkraftmaschine zu den Motor-Generatoren aufgeteilt wird, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Kompressionsverhältnismechanismus, der in der Lage ist, ein mechanisches Kompressionsverhältnis zu verändern, und einem Mechanismus für das variable Ventil-Zeitverhalten versehen ist, der in der Lage ist, ein Schließzeitverhalten eines Einlassventils zu steuern, wobei einer der Motor-Generatoren verwendet wird, um die Ausgabe bzw. Ausgangsleistung für die Fahrzeugantriebsverwendung zu erzeugen, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, wenn die Brennkraftmaschine zu diesem Zeitpunkt betätigt wird, wobei ein Rückwärts-Rotationsrichtungsdrehmoment auf den anderen Motor-Generator wirkt und der andere Motor-Generator für einen Leistungs- bzw. Energieerzeugungsvorgang verwendet wird, und zu diesem Zeitpunkt bei der Brennkraftmaschine das mechanische Kompressionsverhältnis auf einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder mehr aufrechterhalten wird und das Schließzeitverhalten des Einlassventils an einer Seite gehalten wird, die sich vom unteren Totpunkt des Einlasses entfernt befindet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Überblick einer Brennkraftmaschine und eines Ausgabe- bzw. Ausgangsleistungsregelsystems, 2 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Betriebes des Ausgaberegelsystems, 3 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Ausgabe der Brennkraftmaschine und einem Brennkraftmaschinen-Drehmoment Te und der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne usw. zeigt, 4 ist ein Flussdiagramm für die Betriebssteuerung eines Fahrzeugs, 5 ist eine Ansicht, die eine Lade- und Entladesteuerung einer Batterie erläutert, 6 ist ein Überblick der Brennkraftmaschine, die in 1 gezeigt ist, 7 ist eine Auseinanderbau-Perspektivansicht eines Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis, 8 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Brennkraftmaschine, die schematisch gezeigt ist, 9 ist eine Ansicht, die einen Mechanismus für ein variables Ventilzeitverhalten zeigt, 10 ist eine Ansicht, die Größen des Hubes eines Einlassventils und eines Auslassventils zeigt, 11 ist eine Ansicht zum Erläutern eines mechanischen Kompressionsverhältnisses und eines Ist-Kompressionsverhältnisses und eines Ausdehnungsverhältnisses, 12 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer theoretischen Wärmeeffizienz und dem Ausdehnungsverhältnis zeigt, 13 ist eine Ansicht, die einen normalen Zyklus und einen Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis erläutert, 14 ist eine Ansicht, die Änderungen beim mechanischen Kompressionsverhältnis entsprechend dem Motordrehmoment usw. zeigt, 15 ist eine Ansicht, die Linien mit gleicher Kraftstoffverbrauchsrate und Betriebslinien zeigt, 16 ist eine Ansicht, die Änderungen bei der Kraftstoffverbrauchsrate und dem mechanischen Kompressionsverhältnis zeigt, 17 ist eine Ansicht, die Linien mit äquivalenter Kraftstoffverbrauchsrate und Betriebslinien zeigt, 18 ist eine Ansicht, die ein Nomogramm zu der Zeit zeigt, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, 19 ist eine Ansicht, die ein Verzeichnis das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment zeigt, und 20 ist ein Flussdiagramm für die Betriebssteuerung eines Fahrzeugs.
  • Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
  • 1 ist ein Überblick einer Brennkraftmaschine 1 vom Funkenzündungstyp 1 und eines Ausgabe- bzw. Ausgangsleistungsreguliersystems 2, die in einem Fahrzeug vom Hybridtyp montiert sind.
  • Als Erstes wird unter Bezugnahme auf 1 das Ausgabereguliersystem 2 in einfacher Weise erläutert. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Ausgabereguliersystem 2 ein Paar von Motor-Generatoren MG1 und MG2, die als Elektromotoren und -generatoren arbeiten, und einen Planetengetriebemechanismus 3 auf. Dieser Planetengetriebemechanismus 3 ist mit einem Sonnenrad 4, einem Hohlrad 5, Planetenrädern 6, die zwischen dem Sonnenrad 4 und dem Hohlrad 5 angeordnet sind, und einem Planetenradträger 7, der die Planetenräder 6 trägt, versehen. Das Sonnenrad 4 ist mit einer Welle 8 des Motor-Generators MG1 gekoppelt, während der Planetenradträger 7 mit einer Abtriebswelle 9 der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt ist. Ferner ist das Hohlrad 5 einerseits mit einer Welle 10 des Motor-Generators MG2 und andererseits mit einer Abtriebswelle 12 gekoppelt, die mit den Antriebsrädern über einen Riemen 11 gekoppelt ist. Daher ist entnehmbar, dass bei einer Drehung des Hohlrades 5 die Antriebswelle 12 veranlasst wird, sich damit zu drehen.
  • Die Motor-Generatoren MG1 und MG2 weisen jeweils wechselstromsynchronisierte Motoren auf, die mit Rotoren 13 und 15, die an den entsprechenden Wellen 8 und 10 befestigt sind und die eine Vielzahl an Dauermagneten haben, die an den Außenumfängen befestigt sind, und Statoren 14 und 16 auf, die mit Erregungsspulen versehen sind, die rotierende Magnetfelder bilden. Die Erregerspulen der Statoren 14 und 16 der Motor-Generatoren MG1 und MG2 sind mit entsprechenden Motor-Antriebssteuerschaltungen 17 und 18 verbunden, während diese Motor-Antriebssteuerschaltungen 17 und 18 mit einer Batterie verbunden sind, die eine Gleichstromhochspannung erzeugt. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel arbeitet der Motor-Generator GM2 hauptsächlich als ein Elektromotor, während der Motor-Generator GM1 hauptsächlich als ein Generator arbeitet.
  • Eine elektronische Steuereinheit 20 weist einen Digitalcomputer auf und ist mit einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 22, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 23, einer CPU (Mikroprozessor) 24, einem Eingabeanschluss 25 und einem Ausgabeanschluss 26, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 21 verbunden sind, versehen. Ein Fahrpedal 27 ist mit einem Lastsensor 28 verbunden, der eine Ausgabespannung erzeugt, die zu einer Größe des Niederdrückens L des Fahrpedals 27 proportional ist. Eine Ausgabespannung des Lastsensors 28 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 25a in einen Eingabeanschluss 24 eingegeben. Ferner ist der Eingabeanschluss 25 mit einem Kurbelwinkelsensor 29 verbunden, der zu jedem Zeitpunkt, zu dem sich eine Kurbelwelle um beispielsweise 15° dreht, einen Ausgabeimpuls erzeugt. Ferner nimmt der Eingabeanschluss 25 als eine Eingabe ein Signal, das den Lade- und Entladestrom der Batterie 19 ausdrückt, und andere unterschiedliche Signale über den entsprechenden AD-Wandler 25a auf. Andererseits ist der Ausgabeanschluss 26 mit den Motor-Antriebssteuerschaltungen 17 und 18 verbunden und ist dieser über eine entsprechende Treiberschaltung 26a mit Komponenten zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 verbunden, beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung usw.
  • Beim Antreiben des Motor-Generators MG2 wird die Gleichstromhochspannung der Batterie 19 an der Motor-Antriebssteuerschaltung 18 in einen Drei-Phasen-Wechselstrom mit einer Frequenz von fm und einem Stromwert von Im umgewandelt. Diese Drei-Phasen-Wechselspannung wird der Erregerspule des Stators 16 zugeführt. Diese Frequenz fm ist die Frequenz, die erforderlich ist, damit sich das rotierende Magnetfeld, das durch die Erregerspule erzeugt wird, synchron mit der Rotation des Rotors 15 dreht. Diese Frequenz fm wird durch die CPU 24 auf der Grundlage der Drehzahl der Ausgabewelle 10 berechnet. In der Motor-Antriebssteuerschaltung 18 wird diese Frequenz fm als die Frequenz des Drei-Phasen-Wechselstromes gestaltet. Andererseits wird das Ausgabedrehmoment des Motor-Generators MG2 im Wesentlichen proportional zum Stromwert Im des Drei-Phasen-Wechselstromes. Dieser Stromwert Im wird auf der Grundlage des geforderten Ausgabedrehmoments des Motor-Generators MG2 berechnet. An der Motor-Antriebssteuerschaltung 18 wird dieser Stromwert Im zum Stromwert des Drei-Phasen-Wechselstromes gemacht.
  • Ferner wirkt, wenn ein Zustand unter Verwendung der äußeren Kraft zum Antreiben des Motor-Generators MG2 eingestellt wird, der Motor-Generator MG2 als Generator. Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Energie bzw. Leistung wird in der Batterie 19 wiedergewonnen. Das erforderliche Antriebsdrehmoment unter Verwendung der äußeren Kraft zum Antreiben des Motor-Generators MG2 wird bei der CPU 24 berechnet. Die Motor-Antriebssteuerschaltung 18 wird betrieben, so dass dieses geforderte Antriebsdrehmoment auf die Welle 10 wirkt.
  • Diese Art von Antriebssteuerung beim Motor-Generator MG2 wird in ähnlicher Weise am Motor-Generator MG1 ausgeführt. Das heißt, dass beim Antreiben des Motor-Generators MG1 die Gleichstromhochspannung der Batterie 19 an der Motor-Antriebssteuerschaltung 17 zu einem Drei-Phasen-Wechselstrom mit einer Frequenz fm und einem Stromwert Im umgewandelt wird. Dieser Drei-Phasen-Wechselstrom wird der Erregerspule des Stators 14 zugeführt. Ferner arbeitet beim Einstellen eines Zustandes unter Verwendung der äußeren Kraft zum Antreiben des Motor-Generators MG1 der Motor-Generator MG1 als ein Generator. Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Leistung bzw. Energie wird in der Batterie 19 wiedergewonnen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Motor-Antriebssteuerschaltung 17 betrieben, so dass das berechnete geforderte Antriebsdrehmoment auf die Welle 8 wirkt.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 2(A), die den Planetengetriebemechanismus 3 darstellt, die Beziehung der Drehmomente, die auf die unterschiedlichen Wellen 8, 9 und 10 wirken, und die Beziehung der Drehzahlen der Wellen 8, 9 und 10 erläutert.
  • In 2(A) zeigt r1 den Radius eines Teilkreises des Sonnenrades 4, während r2 den Radius eines Teilkreises des Hohlrades 5 zeigt. Nun wird angenommen, dass in dem in 2(A) gezeigten Zustand ein Drehmoment Te auf die Abtriebswelle 9 der Brennkraftmaschine aufgebracht wird und eine Kraft, die in die Richtung der Drehung der Abtriebswelle 9 wirkt, an dem Zentrum der Rotation von jedem Planetenrad 6 erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird an den Teilen, die mit dem Planetenrad 6 in Eingriff stehen, auf das Sonnenrad 4 und das Hohlrad 5 mit einer Kraft F/2 in der gleichen Richtung wie die Kraft F eingewirkt. Als ein Ergebnis wird auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 durch ein Drehmoment Tes eingewirkt (= (F/2)·r1), während auf die Welle 10 des Hohlrades 5 mit einem Drehmoment Ter eingewirkt wird (= (F/2)·r2). Andererseits wird ein Drehmoment Te, dass auf die Abtriebswelle 9 der Brennkraftmaschine 1 wirkt, durch F·(r1 + r2)/2 ausgedrückt, so dass beim Ausdrücken des Drehmoments Tes, das auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 wirkt, durch r1, r2, und Te das Resultat Tes = (r1/(r1 + r2)) Te, während beim Ausdrücken des Drehmoments Ter, das auf die Welle 10 des Hohlrades 5 wirkt, durch r1, r2 und Te das Resultat Ter = (r2/(r1 + r2))·Te wird.
  • Das heißt, dass das Drehmoment Te, das an der Abtriebswelle 9 der Brennkraftmaschine 1 auftritt, in das Drehmoment Tes, das auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 wirkt, und das Drehmoment Ter, das auf die Welle 10 des Hohlrades 5 wirkt, mit dem Verhältnis von r1:r2 aufgeteilt wird. In diesem Fall ist r2 > r1, so dass das Drehmoment Ter, das auf die Welle 10 des Hohlrades 5 wirkt, immer größer als das Drehmoment Tes wird, das auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 wirkt. Es ist festzuhalten, dass bei der Definition des Radius r1 des Teilkreises des Sonnenrades/des Radius r2 des Teilkreises des Hohlrades 5, dass heißt die Zähnezahl des Sonnenrades 4 zur Zähnezahl des Hohlrades 5, als ρ, Tes als Tes = (ρ/(1 + ρ))·Te ausgedrückt wird und Ter als Ter = (1/(1 + ρ))·Te ausgedrückt wird.
  • Andererseits dreht sich, wenn die Rotationsrichtung der Antriebswelle 9 des Motors 1, das heißt die Richtung der Wirkung des Drehmomentes Te, die durch die Pfeilmarkierung in 2(A) gezeigt ist, die Vorwärtsrichtung wird, wenn die Rotation des Planetengetriebeträgers 7 gestoppt wird und in diesem Zustand das Sonnenrad 4 zur Rotation in Vorwärtsrichtung angehalten wird, das Hohlrad 5 in entgegengesetzte Richtung dreht. Zu diesem Zeitpunkt wird das Verhältnis der Drehzahlen des Sonnenrades 4 und des Hohlrades 5 r2:r1. Die gestrichelte Linie Z1 von 2(B) stellt die Beziehung der Drehzahlen zu diesem Zeitpunkt dar. Es ist festzuhalten, dass in 2(B) die Ordinate die Vorwärtsrichtung oberhalb von Null 0 zeigt und die Rückwärtsrichtung unterhalb. Ferner zeigt S in 2(B) das Sonnenrad 4, C den Planetenradträger 7 und R das Hohlrad 5. Wie es in 2(B) gezeigt ist, wird, wenn der Abstand zwischen dem Planetenradträger C und dem Hohlrad R r1 gestaltet wird, der Abstand zwischen dem Planetenradträger C und dem Sonnenrad S zu r2 und sind die Drehzahlen des Sonnenrades S, des Planetenradträgers C und des Hohlrades R durch die schwarzen Punkte gezeigt, wobei sich die Punkte, die die Drehzahlen zeigen, auf der Linie befinden, die durch die gestrichelte Linie Z1 gezeigt ist.
  • Andererseits drehen sich beim Stoppen der Relativrotation des Sonnenrades 4, des Hohlrades 5 und der Planetenräder 6, um den Planetengetriebeträger 7 in Vorwärtsrichtung zu drehen, das Sonnenrad 4, das Hohlrad 5 und der Planetenradträger 7 in Vorwärtsrichtung mit der gleichen Drehzahl. Die Beziehung der Drehzahlen zu diesem Zeitpunkt ist durch die gestrichelte Linie Z2 gezeigt. Daher wird die Beziehung der Ist-Drehzahlen durch die Volllinie Z ausgedrückt, die durch das Überlagern der gestrichelten Linie Z1 auf die gestrichelte Linie Z2 erhalten wird, so dass sich die Punkte, die die Drehzahlen des Sonnenrades S, des Planetenradträgers C und des Hohlrades R zeigen, auf der Linie befinden, die durch die Volllinie Z gezeigt ist. Daher wird, wenn beliebige zwei Drehzahlen des Sonnenrades S, des Planetenradträgers C und des Hohlrades R bestimmt werden, die verbleibende einzige Drehzahl automatisch bestimmt. Es ist festzuhalten, dass bei der Verwendung der vorstehend genannten Beziehung von r1/r2 = ρ, wie es in 2(B) gezeigt ist, der Abstand zwischen dem Sonnenrad C und dem Planetenradträger C und der Abstand zwischen dem Planetenradträger C und dem Hohlrad R1:ρ wird.
  • 2(C) stellt Drehzahlen des Sonnenrades S, des Planetenradträgers C und des Hohlrades R und die Drehmomente dar, die auf das Sonnenrad S, den Planetenradträger C und das Hohlrad R wirken. Die Ordinate und die Abszisse von 2(C) sind die gleichen wie in 2(B). Ferner entspricht die Volllinie, die in 2(C) gezeigt ist, der in 2(B) gezeigten Volllinie. Andererseits zeigt 2(C) die Drehmomente, die auf die entsprechenden Wellen an den schwarzen Punkten, die die Drehzahlen zeigen, wirken. Es ist festzuhalten, dass, wenn die Richtung der Wirkung des Drehmoments und die Richtung der Rotation die gleiche bei jedem Drehmoment sind, dieses den Fall zeigt, wo ein Antriebsdrehmoment zu der entsprechenden Welle gegeben wird, während bei entgegengesetzter Richtung der Wirkung des Drehmoments und Richtung der Rotation dieses den Fall zeigt, in dem der entsprechenden Welle ein Drehmoment verliehen wird.
  • Nun wird in dem in 2(C) gezeigten Beispiel auf dem Planetenradträger C durch das Motor-Drehmoment Te eingewirkt. Dieses Motor-Drehmoment Te wird in das Motor-Drehmoment Ter, das auf das Hohlrad R aufgebracht wird, und das Drehmoment Tes, das auf das Sonnenrad S aufgebracht wird, unterteilt. Auf diese Welle 10 des Hohlrades R wird durch das aufgeteilte Motor-Drehmoment Ter, das Drehmoment Tm2 des Motor-Generators MG2 und das Fahrzeugantriebsdrehmoment Tr zum Antreiben des Fahrzeuges eingewirkt. Diese Drehmomente Ter, Tm2 und Tr sind ausgeglichen. In dem in 2(C) gezeigten Fall ist das Drehmoment Tm2 eines, wo die Richtung der Wirkung des Drehmoments und die Richtung der Rotation die gleiche ist, so dass dieses Drehmoment Tm2 ein Antriebs-Drehmoment auf die Welle 10 des Hohlrades R aufbringt. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der Motor-Generator MG2 als ein Antriebsmotor betrieben. In dem in 2(C) gezeigten Fall wird die Summe des Motor-Drehmoments Ter, das zu diesem Zeitpunkt aufgeteilt wird, und des Antriebs-Drehmoments Tm2 durch den Motor-Generator MG2 gleich dem Fahrzeugantriebsdrehmoment Tr. Daher wird zu diesem Zeitpunkt das Fahrzeug durch den Motor 1 und den Motor-Generator MG2 angetrieben.
  • Andererseits wird auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 durch das aufgeteilte Motor-Drehmoment Tes und das Drehmoment Tm1 des Motor-Generators MG1 eingewirkt. Diese Drehmomente Tes und Tm1 sind ausgeglichen. In dem in 2(C) gezeigten Fall ist das Drehmoment Tm1 eines, wo die Richtung der Wirkung des Drehmoments und die Richtung der Rotation entgegengesetzt sind, so dass dieses Drehmoment Tm1 das Antriebsdrehmoment wird, das von der Welle 10 dem Hohlrad R verliehen wird. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der Motor-Generator MG1 als ein Generator betrieben. Das heißt, dass das aufgeteilte Motor-Drehmoment Tes gleich dem Drehmoment zum Antreiben des Motor-Generators MG1 wird. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der Motor-Generator MG1 durch den Motor bzw. die Brennkraftmaschine 1 angetrieben.
  • In 2(C) zeigen Nr, Ne bzw. Ns die Drehzahlen der Welle 10 des Hohlrades R, der Welle des Planetenradträgers C, das heißt der Antriebswelle 9, und der Welle 8 des Sonnenrades S. Daher wird die Beziehung der Drehzahlen der Wellen 8, 9 und 10 und die Beziehung der Drehmomente, die auf die Wellen 8, 9 und 10 einwirken, auf einem Blick auf 2(C) deutlich. 2(C) wird als ein sogenanntes „Nomogramm” bezeichnet. Die in 2(C) gezeigte Volllinie wird als „Betriebslinie” bezeichnet.
  • Nun wird, wie es in 2(C) gezeigt ist, wenn das Fahrzeugantriebsdrehmoment Tr ist und die Drehzahl des Hohlrades 5 Nr ist, die Fahrzeugantriebsausgabe bzw. -ausgangsleistung Pr zum Antreiben des Fahrzeuges durch Pr = Tr·Nr ausgedrückt. Ferner wird die Ausgabe bzw. Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 zu diesem Zeitpunkt durch ein Produkt Te·Ne des Motor-Drehmoments Te und der Motor-Drehzahl Ne ausgedrückt. Andererseits wird zu diesem Zeitpunkt eine Erzeugungsenergie des Motor-Generators MG1 in ähnlicher Weise durch ein Produkt des Drehmoments und der Drehzahl ausgedrückt. Daher wird die Erzeugungsenergie des Motor-Generators MG1 Tm1·Ns. Ferner wird die Antriebsenergie des Motor-Generators MG2 ebenfalls durch ein Produkt des Drehmoments und der Drehzahl ausgedrückt. Daher wird die Antriebsenergie des Motor-Generators MG2 Tm2·Nr. Hier wird, wenn angenommen wird, dass die Erzeugungsenergie Tm1·Ns des Motor-Generators MG1 gleich der Antriebsenergie Tm2·Nr des Motor-Generators MG2 gestaltet wird und die Leistung bzw. Energie, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird, verwendet wird, um den Motor-Generator MG2 anzutreiben, die Gesamtausgabe bzw. -ausgangsleistung Pe des Motors 1 durch die Fahrzeugantriebsausgabe bzw. -ausgangsleistung Pr verwendet. Zu diesem Zeitpunkt ist Pr = Pe, so dass Tr·Nr = Te – Ne. Das heißt, dass das Motor-Drehmoment Te zum Fahrzeugsantriebsdrehmoment Tr umgewandelt wird. Daher führt das Ausgabereguliersystem 2 einen Drehmomentumwandlungsbetrieb aus. Es ist festzuhalten, dass in der Realität ein Erzeugungsverlust und ein Getriebeumwandlungsverlust vorliegen, so dass die Gesamtausgabe Pe des Motors 1 nicht für die Fahrzeugantriebsausgabe Pr verwendet werden kann, jedoch das Ausgabereguliersystem 2 noch den Drehmomentumwandlungsbetrieb ausführt.
  • 3(A) zeigt äquivalente Ausgabelinien Pe1 bis Pe9 der Brennkraftmaschine 1. Zwischen diesen Größen der Ausgaben ist die Beziehung Pe1 < Pe2 < Pe3 < Pe4 < Pe5 < Pe6 < Pe7 < Pe8 < Pe9. Es ist festzuhalten, dass die Ordinate von 3(A) das Motor-Drehmoment Te zeigt, während die Abszisse von 3(A) die Motor-Drehzahl Ne zeigt. Wie aus 3(A) verständlich wird, sind unzählige Kombinationen des Motor-Drehmoments Te und der Motordrehzahl Ne vorhanden, die die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erfüllen, die für das Antreiben des Fahrzeugs gefordert wird. In diesem Fall ist es unabhängig davon, welche Kombination des Motor-Drehmoments Te und der Motordrehzahl Ne ausgewählt wird, möglich, das Motor-Drehmoment Te in das Fahrzeugantriebsdrehmoment Tr am Ausgabereguliersystem 2 umzuwandeln. Daher wird es bei der Verwendung dieses Ausgabereguliersystems 2 möglich, eine gewünschte Kombination des Motor-Drehmoments Te und der Motordrehzahl Ne einzustellen, die eine gleiche Motorausgabe Pe ergibt. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, wie später erläutert wird, eine Kombination des Motor-Drehmoments Te und der Motordrehzahl Ne, die in der Lage ist, die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 sicherzustellen und den besten Kraftstoffverbrauch zu erhalten, eingestellt. Die in 3(A) gezeigte Beziehung wird zuvor im ROM 22 gespeichert.
  • 3(B) zeigt die Linien für den äquivalenten Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgrad des Fahrpedals 27, das heißt die Linie L mit äquivalentem Niederdrücken. Die Niederdrückgrößen L sind als Prozentangaben in Bezug auf die Linie L mit äquivalenten Niederdrücken gezeigt. Es ist festzuhalten, dass die Ordinate von 3(B) das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX zeigt, das zum Antreiben des Fahrzeuges erforderlich ist, während die Abszisse von 3(B) die Drehzahl Nr des Hohlrades 5 zeigt. Aus 3(B) wird verständlich, dass das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX aus der Größe des Niederdrückens L des Fahrpedals 27 und der Drehzahl Nr des Hohlrades 5 zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird. Die in 3(B) gezeigte Beziehung wurde zuvor im ROM 22 gespeichert.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 4 die grundlegende Steuerroutine zum Betreiben eines Fahrzeuges erläutert. Es ist festzuhalten, dass diese Routine durch das Unterbrechen zu bzw. bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird als Erstes in Schritt 100 die Drehzahl Nr des Hohlrades 5 erfasst. Als Nächstes wird in Schritt 101 der Betrag des Niederdrückens L des Fahrpedals 27 gelesen. Als Nächstes wird in Schritt 102 das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX aus der in 3(B) gezeigten Beziehung berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 103 die Drehzahl Nr des Hohlrades 5 mit dem geforderten Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX multipliziert, um die geforderte Fahrzeugantriebsausgabe bzw. -ausgabeleistung Pr (= TrX·Nr) zu berechnen. Als Nächstes wird in Schritt 104 zu der geforderten Fahrzeugantriebsausgabe Pr die Motorausgabe bzw. -ausgabeleistung Pd addiert, die erhöht oder verringert wird, um die Batterie 19 zu laden oder zu entladen, und die Motorausgabe bzw. -ausgabeleistung Ph, die für das Antreiben von Hilfseinrichtungen erforderlich ist, damit die Ausgabe Pn berechnet wird, die vom Verbrennungsmotor 1 gefordert wird. Es ist festzuhalten, dass die Motor-Ausgabe bzw. -Ausgangsleistung Pd zum Laden und Entladen der Batterie 19 durch eine Routine berechnet wird, die später gezeigt und in 5(B) erläutert wird.
  • Als Nächstes wird in Schritt 105 die Ausgabe bzw. Ausgangsleistung Pr, die durch den Motor 1 erforderlich ist, durch die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad ηt der Drehmomentumwandlung am Ausgabereguliersystem 2 dividiert, um die geforderte Endausgabe bzw. -Ausgangsleistung Pe des Motors 1 zu berechnen (= Pn/ηt). Als Nächstes werden im Schritt 106 aus der in 3(A) gezeigten Beziehung das geforderte Motor-Drehmoment TeX und die geforderte Motordrehzahl NeX usw., die die geforderte Ausgabe des Motors Pe erfüllen und den minimalen Kraftstoffverbrauch ergeben, eingestellt. Wie das geforderte Motordrehmoment TeX und die geforderte Motordrehzahl NeX usw. eingestellt werden, wird später erläutert. Es ist festzuhalten, dass in der vorliegenden Erfindung „minimaler Kraftstoffverbrauch” den minimalen Kraftstoffverbrauch meint, wenn nicht nur der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz des Motors 1 berücksichtigt wird, sondern auch die Getriebeübertragungseffizienz des Ausgabereguliersystems 2 usw.
  • Als Nächstes wird in Schritt 107 das geforderte Drehmoment Tm2X des Motor-Generators MG2 (= TrX – Ter = TrX – TeX/(1 + ρ)) aus dem geforderten Fahrzeugsantriebsdrehmoment TrX und dem geforderten Motor- bzw. Verbrennungsmotordrehmoment TeX berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 108 die geforderte Drehzahl NsX des Sonnenrades aus der Drehzahl Nr des Hohlrades 5 und der geforderten Motordrehzahl NeX berechnet. Es ist aus der in 2(C) gezeigten Beziehung festzuhalten, dass (NeX – Ns):(Nr – NeX) = 1:ρ ist, so dass die geforderte Drehzahl NsX des Sonnenrades 4 durch Nr – (Nr – NeX)·(1+ ρ)/ρ ausgedrückt wird, wie es durch Schritt 108 von 4 gezeigt ist.
  • Als Nächstes wird in Schritt 109 der Motor-Generator MG1 gesteuert, so dass die Drehzahl des Motor-Generators MG1 die geforderte Drehzahl NsX wird. Wenn die Drehzahl des Motor-Generators MG1 die geforderte Drehzahl NsX wird, wird die Motor-Drehzahl Ne die geforderte Motordrehzahl NeX, und daher wird die Motordrehzahl Ne durch den Motor-Generator MG1 auf die geforderte Motordrehzahl NeX gesteuert. Als Nächstes wird in Schritt 110 der Motor-Generators MG2 gesteuert, so dass das Drehmoment des Motor-Generators MG2 das geforderte Drehmoment Tm2X wird. Als Nächstes werden in Schritt 111 die Größe des Kraftstoffeinspritzen, das zum Erhalten des geforderten Motordrehmoments TeX erforderlich ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils, der beabsichtigt ist, berechnet. In Schritt 112 wird der Motor 1 auf der Grundlage davon gesteuert.
  • In dieser Hinsicht ist es bei einem Fahrzeug vom Hybridtyp notwendig, zu allen Zeiten die gespeicherte Ladung der Batterie 19 auf einem konstanten Betrag oder mehr zu halten. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie es in 5(A) gezeigt ist, die gespeicherte Ladung SOC zwischen einem unteren Grenzwert SC1 und einem oberen Grenzwert SC2 gehalten. Das heißt, dass im Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn die gespeicherte Ladung SOC unterhalb des unteren Grenzwertes SC1 fällt, die Motor- bzw. Verbrennungsmotorausgabe zwangsweise erhöht wird, damit die Größe der Energieerzeugung erhöht wird. Wenn die gespeicherte Ladung SOC den oberen Grenzwert SC2 überschreitet, wird die Motorausgabe zwangsweise verringert, damit die Größe des Energieverbrauchs durch den Motor-Generator erhöht wird. Es ist festzuhalten, dass die gespeicherte Ladung SOC beispielsweise berechnet wird, indem der Lade- und Entladestrom I der Batterie 19 kumulativ addiert werden.
  • 5(B) zeigt eine Steuerroutine zum Laden und Entladen der Batterie 19. Diese Routine wird durch das Unterbrechen zu vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt.
  • Unter Bezugnahme auf 5(B) wird als Erstes im Schritt 120 zur gespeicherten Ladung SOC der Lade- und Entladestrom I der Batterie 19 addiert. Dieser Stromwert wird zum Zeitpunkt des Ladens positiv und zum Zeitpunkt des Entladens negativ. Als Nächstes wird im Schritt 121 beurteilt, wenn bzw. ob die Batterie 19 in der Mitte bzw. beim zwangsweisen Laden ist. Wenn diese nicht beim bzw. in der Mitte des zwangsweise Ladens ist, geht die Routine zu Schritt 122, wo beurteilt wird, ob bzw. wenn die gespeicherte Ladung SOC niedriger als der untere Grenzwert SC1 gefallen ist. Wenn SOC < SC1, geht die Routine zu Schritt 124, wo die Motorausgabe Pd im Schritt 104 von 4 zu einem vorbestimmten Wert Pd1 wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Motorausgabe zwangsweise erhöht und die Batterie 19 zwangsweise geladen. Wenn die Batterie 19 zwangsweise geladen wird, geht die Routine von Schritt 121 zu Schritt 123, wo beurteilt wird, ob bzw. wenn der zwangsweise Ladevorgang abgeschlossen ist. Die Routine geht zu Schritt 124, bis dass der zwangsweise Ladevorgang abgeschlossen ist.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 122 beurteilt wird, dass SOC ≥ SC1 ist, die Routine zu Schritt 125, wo beurteilt wird, ob bzw. wenn die Batterie 19 beim bzw. in der Mitte des zwangsweise Entladens ist. Wenn diese nicht beim bzw. in der Mitte des zwangsweise Entladens ist, geht die Routine zu Schritt 126, wo beurteilt wird, ob bzw. wenn die gespeicherte Ladung SOC den oberen Grenzwert SC2 überschritten hat. Wenn SOC > SC2 ist, geht die Routine zu Schritt 128, wo die Motorausgabe bzw. -ausgangsleistung Pd in Schritt 104 von 4 zum vorbestimmten Wert –Pd2 gestaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Motorausgabe zwangsweise verringert und die Batterie 19 zwangsweise entladen. Wenn die Batterie 19 zwangsweise entladen wird, geht die Routine von Schritt 125 zu Schritt 127, wo beurteilt wird, wenn bzw. ob der zwangsweise Entladebetrieb abgeschlossen wurde oder nicht. Die Routine geht zu Schritt 128, bis dass der zwangsweise Entladevorgang beendet ist.
  • Als Nächstes wird eine Brennkraftmaschine vom Funkenzündungstyp, die in 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
  • Unter Bezugnahme auf 6 zeigt 30 ein Kurbelgehäuse, 31 einen Zylinderblock, 32 einen Zylinderkopf, 33 einen Kolben, 34 eine Verbrennungskammer, 35 eine Zündkerze, die am oberen Zentrum bzw. Punkt der Verbrennungskammer 34 angeordnet ist, 36 ein Einlassventil, 37 ein Einlassanschluss, 38 ein Auslassventil und 39 einen Auslassanschluss. Der Einlassanschluss 37 ist über ein Einlasszweigrohr 40 mit einem Ausgleichsbehälter 41 verbunden, während jedes Einlasszweigrohr 40 mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 42 zum Einspritzen von Kraftstoff zu einem entsprechenden Einlassanschluss 37 versehen ist. Es ist festzuhalten, dass jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung 42 an jeder Verbrennungskammer 34 vorgesehen sein kann, statt dass eine Befestigung an jedem Einlasszweigrohr 40 vorliegt.
  • Der Ausgleichsbehälter 41 ist über einen Einlasskanal 43 mit einer Luftreinigungseinrichtung 44 verbunden, während der Einlasskanal 43 darin mit einem Drosselventil 46 versehen ist, das durch eine Betätigungseinrichtung 45 angetrieben wird, und mit einer Einlassluftmengenerfassungseinrichtung 47, die zum Beispiel einen Heißdraht verwendet. Andererseits ist der Auslassanschluss 39 über einen Auslasskrümmer 48 mit einem katalytischen Wandler 49 verbunden, der zum Beispiel einen Drei-Wege-Katalysator unterbringt, während der Auslasskrümmer 48 in sich mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 49a versehen ist.
  • Andererseits ist in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Verbindungsabschnitt des Kurbelgehäuses 30 und des Zylinderblocks 31 mit einem Mechanismus A für das variable Kompressionsverhältnis versehen, der in der Lage ist, die Relativposition des Kurbelgehäuses 30 und des Zylinderblocks 31 in Zylinderachsenrichtung zu ändern, damit das Volumen der Verbrennungskammer 34 geändert wird, wenn sich der Kolben 33 an einem oberen Totpunkt der Kompression befindet, und es ist ferner ein Mechanismus für das variable Ventilzeitverhalten vorgesehen, der in der Lage ist, das Schließzeitverhalten des Einlassventils 7 zu steuern, damit die Einlassluftmenge gesteuert wird, die der Verbrennungskammer 34 zur Zeit zugeführt wird.
  • 7 ist eine Auseinanderbauperspektivansicht des Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis, der in 6 gezeigt ist, während 8 eine Seitenquerschnittsansicht der dargestellten Brennkraftmaschine 1 ist. Unter Bezugnahme auf 7 ist am Boden der zwei Seitenwände des Zylinderblocks 31 eine Vielzahl an vorstehenden Teilen 50, die von einander mit einem bestimmten Abstand getrennt sind, ausgebildet. Jeder vorstehende Teil 50 ist mit einem Einführloch 51 für eine Nocke mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Andererseits ist die obere Fläche des Kurbelgehäuses 30 mit einer Vielzahl von vorstehenden Teilen 52 ausgebildet, die voneinander mit einem bestimmten Abstand getrennt sind und die zwischen entsprechende vorstehende Teile 50 passen. Diese vorstehenden Teile 52 sind ebenfalls mit Einführlöchern 53 für Nocken mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.
  • Wie es in 7 gezeigt ist, ist ein Paar von Nockenwellen 54, 55 vorgesehen. Jede Nockenwelle 54, 55 hat kreisförmige Nocken 56, die auf diesem befestigt sind, um in der Lage sind, drehbar in die Nockeneinführlöcher 51 bei jeder abwechselnden Position eingeführt zu werden. Diese kreisförmigen Nocken 56 sind koaxial mit den Rotationsachsen der Nockenwellen 54, 55 verbunden. Andererseits erstrecken sich zwischen den kreisförmigen Nocken 56, wie es durch die Schraffur in 8 gezeigt ist, exzentrische Wellen 57, die exzentrisch in Bezug auf die Rotationsachsen der Nockenwellen 54, 55 angeordnet sind. Jede exzentrische Welle 57 hat andere kreisförmige Nocken 58, die an dieser exzentrisch drehbar befestigt sind. Wie es in 7 gezeigt ist, sind diese kreisförmigen Nocken 58 zwischen den kreisförmigen Nocken 56 angeordnet. Diese kreisförmigen Nocken 58 sind in die entsprechenden Nockeneinführlöcher 53 drehbar eingeführt.
  • Wenn die kreisförmigen Nocken 56, die an den Nockenwellen 54, 55 befestigt sind, in entgegengesetzter Richtung gedreht werden, wie es durch die Pfeile in Volllinie in 8(A) gezeigt sind, von dem Zustand, der in 8(A) gezeigt ist, bewegen sich die exzentrischen Wellen 57 zum Bodenzentrum bzw. -punkt, so dass sich die kreisförmigen Nocken 58 in entgegengesetzte Richtungen von den kreisförmigen Nocken 56 in Nockeneinführlöcher 53 bewegen, wie es durch die Pfeile mit gestrichelten Linien in 8(A) gezeigt ist. Wie es in 8(B) gezeigt ist, bewegen sich, wenn sich die exzentrischen Wellen 57 zum unteren Zentrum bzw. Punkt bewegen, die Zentren der kreisförmigen Nocken 58 unterhalb der exzentrischen Wellen 57.
  • Aus einem Vergleich der 8(A) und 8(B) ist verständlich, dass die Relativpositionen des Kurbelgehäuses 30 und des Zylinderblocks 31 durch den Abstand zwischen den Zentren der kreisförmigen Nocken 56 und den Zentren der kreisförmigen Nocken 58 bestimmt wird. Je größer der Abstand zwischen den Zentren der kreisförmigen Nocken 56 und den Zentren der kreisförmigen Nocken 58 ist, je weiter ist der Zylinderblock 31 vom Kurbelgehäuse 31. Wenn sich der Zylinderblock 31 von dem Kurbelgehäuse 30 wegbewegt, erhöht sich das Volumen der Verbrennungskammer 34, wenn sich der Kolben 33 am oberen Totpunkt der Kompression befindet, so dass durch das Bewirken der Rotation der Nockenwellen 54, 55 das Volumen der Verbrennungskammer 34, wenn der Kolben 33 sich am oberen Totpunkt der Kompression befindet, geändert werden kann.
  • Wie es in 7 gezeigt ist, ist, um die Nockenwellen 54, 55 in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, die Welle eines Antriebsmotors 59 mit einem Paar an Schneckenrädern 61, 62 mit entgegengesetzten Gewinderichtungen versehen. Zahnräder 63, 64, die mit diesen Schneckenrädern 61, 62 in Eingriff stehen, sind an Enden der Nockenwellen 54, 55 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Antriebsmotor 59 angetrieben werden, um das Volumen der Verbrennungskammer 34 zu ändern, wenn sich der Kolben 33 an dem oberen Totpunkt der Kompression befindet, und zwar über einen breiten Bereich. Es ist festzuhalten, dass der Mechanismus A des variablen Kompressionsverhältnisses, der in 6 bis 8 gezeigt ist, ein Beispiel zeigt. Ein beliebiger Typ vom Mechanismus mit variablen Kompressionsverhältnis kann verwendet werden.
  • Andererseits zeigt 9 einen Mechanismus B für das variable Ventilzeitverhalten, der an dem Ende der Nockenwelle 70 befestigt ist, um das Einlassventil 36 in 6 anzutreiben. Unter Bezugnahme auf 9 ist dieser Mechanismus B für das variable Ventilzeitverhalten mit einer Zeitverhaltenscheibe bzw. Steuerscheibe 71, die durch die Abtriebswelle 9 des Motors 1 über einen Steuerriemen in Pfeilrichtung gedreht wird, einem Zylindergehäuse 72, das zusammen mit der Steuerscheibe 71 gedreht wird, einer Welle 73, die in der Lage ist, sich zusammen mit der Einlassventil-Antriebsnockenwelle 70 zu drehen und die sich in Bezug auf das Zylindergehäuse 72 dreht, einer Vielzahl an Trennwänden 74, die sich von einem Innenumfang des Zylindergehäuses 72 zu einem Außenumfang der Welle 73 erstrecken, und Flügeln 75 versehen, die sich zwischen den Trennwänden 74 von dem Außenumfang der Welle 73 zum Innenumfang des Zylindergehäuses 72 erstrecken, wobei die zwei Seiten der Flügel 75 mit Hydraulikkammern für das Voreilen 76 ausgebildet sind und Hydraulikkammern für das Verzögern 77 verwenden.
  • Das Zuführen von Arbeitsöl zu den Hydraulikkammern 76, 77 wird durch ein Arbeitsölzufuhrsteuerventil 78 gesteuert. Dieses Arbeitsölzufuhrsteuerventil 78 ist mit Hydraulikanschlüssen 79, 80, die mit den Hydraulikkammern 76, 77 verbunden sind, einem Zufuhranschluss 82 für Arbeitsöl, das von einer Hydraulikpumpe 81 ausgegeben wird, einem Paar von Ablaufanschlüssen 83, 84 und einem Schieberventil 85 zum Steuern der Verbindung und der Trennung der Anschlüsse 79, 80, 82, 83, 84 versehen.
  • Zu dem Vorbewegen der Phase der Nocken der Einlassventil-Antriebsnockenwelle 70 in 9 wird das Schieberventil 85 veranlasst, sich nach rechts zu bewegen, wird Arbeitsöl, das vom Zufuhranschluss 82 zugeführt wird, über den Hydraulikanschluss 79 den Hydraulikkammern für das Voreilen 76 zugeführt und wird Arbeitsöl in den Hydraulikkammern für das Verzögern 77 aus dem Ablaufanschluss 84 abgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Welle 73 veranlasst, sich in Bezug auf das Zylindergehäuse 72 in Pfeilrichtung zu drehen.
  • Im Gegensatz dazu wird zum Verzögern der Phase der Nocken der Einlassventil-Antriebsnockenwelle 70 in 9 das Schieberventil 85 veranlasst, sich nach links zu bewegen, wird Arbeitsöl, das von dem Zufuhranschluss 82 zugeführt wird, über den Hydraulikanschluss 80 der Hydraulikkammern für das Verzögern 77 zugeführt und wird Arbeitsöl in den Hydraulikkammern für das Voreilen 76 aus dem Ablaufanschluss 83 abgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Welle 73 veranlasst, sich in Bezug auf das Zylindergehäuse 72 in die Richtung entgegengesetzt zu den Pfeifen zu drehen.
  • Wenn die Welle 73 veranlasst wird, sich in Bezug auf das Zylindergehäuse 72 zu drehen, wird, wenn das Schieberventil 85 in die in 9 gezeigte neutrale Position zurückgeführt wird, der Betrieb für die Relativrotation der Welle 73 beendet und die Welle 73 an der relativen Rotationsposition zu diesem Zeitpunkt gehalten. Daher ist es möglich, den Mechanismus B für das variable Ventilzeitverhalten zu verwenden, damit die Phase der Nocken der Einlassventil-Antriebsnockenwelle 70 um genau den gewünschten Betrag vorbewegt oder verzögert wird.
  • In 10 zeigt die Volllinie, wenn der Mechanismus B für das variable Ventilzeitverhalten verwendet wird, um die Phase der Nocken der Einlassventil-Antriebsnockenwelle 70 am stärksten vorzubewegen, während die gestrichelte Linie zeigt, wenn dieser verwendet wird, um die Phase der Nocken der Einlassventil-Antriebsnockenwelle 70 am stärksten zu verzögern. Daher kann die Öffnungszeit des Einlassventils 36 zwischen dem Bereich, der durch die Volllinie in 10 gezeigt ist, und dem Bereich, der durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, frei eingestellt werden, so dass das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 auf einen beliebigen Kurbelwinkel in dem Bereich eingestellt werden kann, der durch den Pfeil C in 10 gezeigt ist.
  • Der Mechanismus B für das variable Ventilzeitverhalten, der in 6 und 9 gezeigt ist, ist ein Beispiel. Beispielsweise kann ein Mechanismus für das variable Ventilzeitverhalten oder andere zahlreiche Typen von Mechanismen für das variable Ventilzeitverhalten verwendet werden, die in der Lage sind, nur das Schließzeitverhalten des Einlassventils zu ändern, während das Öffnungszeitverhalten des Einlassventils konstant gehalten wird.
  • Als Nächstes wird die Bedeutung der Begriffe, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, unter Bezugnahme auf 11 erläutert. Es ist festzuhalten, dass die 11(A), (B) und (C) zu erläuternden Zwecken eine Brennkraftmaschine mit einem Volumen der Verbrennungskammern von 50 ml und einem Hubvolumen des Kolbens von 500 ml zeigen. In diesen 11(A), (B) und (C) zeigt das Verbrennungskammervolumen das Volumen der Verbrennungskammer an, wenn sich der Kolben an dem oberen Totpunkt der Kompression befindet.
  • 11(A) erläutert das mechanische Kompressionsverhältnis. Das mechanische Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens und dem Verbrennungskammervolumen zum Zeitpunkt eines Kompressionshubes mechanisch bestimmt wird. Dieses mechanische Kompressionsverhältnis wird ausgedrückt durch (Verbrennungskammervolumen + Hubvolumen)/Verbrennungskammervolumen. In dem in 11(A) gezeigten Beispiel wird dieses mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
  • 11(B) erläutert das Ist-Kompressionsverhältnis. Dieses Ist-Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Ist-Hubvolumen des Kolbens von dem Zeitpunkt, zu dem der Kompressionsvorgang tatsächlich gestartet wird, zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und dem Verbrennungskammervolumen bestimmt wird. Dieses Ist-Kompressionsverhältnis wird ausgedrückt durch (Verbrennungskammervolumen + Ist-Hubvolumen)/Verbrennungskammervolumen. Das heißt, dass, wie es in 11(B) gezeigt ist, selbst wenn der Kolben beginnt, im Kompressionshub zu steigen, keine Kompressionswirkung ausgeübt wird, während das Einlassventil geöffnet wird. Die Ist-Kompressionswirkung wird gestartet, nachdem das Einlassventil schließt. Daher wird das Ist-Kompressionsverhältnis wie folgt unter Verwendung des Ist-Hubvolumens ausgedrückt. In dem in 11(B) gezeigten Beispiel wird das Ist-Kompressionsverhältnis (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.
  • 11(C) erläutert das Ausdehnungsverhältnis. Das Ausdehnungsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt des Ausdehnungshubs und dem Verbrennungskammervolumen bestimmt wird. Dieses Ausdehnungsverhältnis wird ausgedrückt durch (Verbrennungskammervolumen + Hubvolumen)/Verbrennungskammervolumen. In dem in 11(C) gezeigten Beispiel wird dieses Ausdehnungsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
  • Als Nächstes wird ein Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, unter Bezugnahme auf die 12 und 13 erläutert. Es ist festzuhalten, dass 12 die Beziehung zwischen der theoretischen thermischen Effizienz und dem Ausdehnungsverhältnis zeigt, während 13 einen Vergleich zwischen dem gewöhnlichen Zyklus und dem Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis zeigt, die auswählend entsprechend der Last in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • 13(A) zeigt den gewöhnlichen Zyklus, wenn das Einlassventil nahe dem unteren Totpunkt schließt und die Kompressionswirkung durch den Kolben von nahe im Wesentlichen dem unteren Totpunkt der Kompression gestartet wird. In dem Beispiel, das in dieser 13(A) ebenfalls gezeigt ist, wird in der gleichen Weise wie in den Beispielen, die in 11(A), (B) und (C) gezeigt sind, das Verbrennungskammervolumen 50 ml und das Hubvolumen des Hubkolbens 500 ml. Wie es aus 13(A) verständlich ist, ist in einem gewöhnlichen Zyklus das mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, ist das Ist-Kompressionsverhältnis ebenfalls ungefähr 11 und wird das Ausdehnungsverhältnis ebenfalls (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Das heißt, dass bei einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine das mechanische Kompressionsverhältnis und das Ist-Kompressionsverhältnis und das Ausdehnungsverhältnis im Wesentlichen gleich werden.
  • Die Volllinie in 12 zeigt die Änderung bei der theoretischen thermischen Effizienz in dem Fall, in dem das Ist-Kompressionsverhältnis und Ausdehnungsverhältnis im Wesentlichen gleich sind, das heißt im gewöhnlichen Zyklus. In diesem Fall wird erfahren, dass mit wachsendem Ausdehnungsverhältnis, das heißt mit höherem Ist-Kompressionsverhältnis die theoretische thermische Effizienz höher wird. Daher sollte in einem gewöhnlichen Zyklus zum Erhöhen der theoretischen thermischen Effizienz das Ist-Kompressionsverhältnis höher gestaltet werden. Jedoch kann aufgrund der Einschränkungen beim Auftreten des Klopfens zum Zeitpunkt des Motorbetriebes mit hoher Last das Ist-Kompressionsverhältnis selbst auf dem Maximum nur auf ungefähr 12 erhöht werden, so dass dementsprechend in einem gewöhnlichen Zyklus die theoretische thermische Effizienz bzw. der theoretische thermische Wirkungsgrad nicht ausreichend hoch gestaltet werden kann.
  • Andererseits werden in dieser Situation Untersuchen angestellt, wie der theoretische thermische Wirkungsgrad erhöht werden kann, während zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Ist-Kompressionsverhältnis deutlich unterschieden wird, und als Ergebnis wurde herausgefunden, dass bei der theoretischen thermischen Effizienz das Ausdehnungsverhältnis dominant ist und die theoretische thermische Effizienz überhaupt nicht stark durch das Ist-Kompressionsverhältnis beeinflusst wird. Das heißt, dass sich bei einem Erhöhen des Ist-Kompressionsverhältnisses die Explosionskraft erhöht, jedoch die Kompression eine große Energie verlangt, so dass dementsprechend, selbst wenn das Ist-Kompressionsverhältnis erhöht wird, die theoretische thermische Effizienz überhaupt nicht stark steigen wird.
  • Im Gegensatz dazu wird bei einem Erhöhen des Ausdehnungsverhältnisses mit zunehmender Periode, während der eine Kraft wirkt, die den Kolben zum Zeitpunkt des Ausdehnungshubes niederdrückt, die Zeit länger, während der der Kolben der Kurbelwelle eine Rotationskraft verleiht. Daher wird mit zunehmendem Ausdehnungsverhältnis die theoretische thermische Effizienz höher. Die gestrichelten Linien in 12 zeigen die theoretische thermische Effizienz in dem Fall des Festlegens der Ist-Kompressionsverhältnisse bei 5, 6, 7, 8, 9 bzw. 10 und des Erhöhens der Ausdehnungsverhältnisse in diesem Zustand. Es ist festzuhalten, dass in 12 die schwarzen Punkte die Spitzenpositionen der theoretischen thermischen Effizienz zeigen, wenn die Ist-Kompressionsverhältnisse ε 5, 6, 7, 8, 9, 10 gestaltet werden. Aus 12 geht hervor, dass sich die Größe der Erhöhung der theoretischen thermischen Effizienz bei der Erhöhung des Ausdehnungsverhältnisses in dem Zustand, in dem das Ist-Kompressionsverhältnis ε auf einen niedrigen Wert von zum Beispiel 10 aufrechterhalten wird, und die Größe des Anstieges der theoretischen thermischen Effizienz in dem Fall, in dem das Ist-Kompressionsverhältnis ε zusammen mit dem Ausdehnungsverhältnis erhöht wird, wie es durch die Volllinie von 12 gezeigt ist, nicht sehr stark unterscheiden.
  • Wenn das Ist-Kompressionsverhältnis ε auf einem niedrigen Wert auf diese Weise aufrechterhalten wird, tritt kein Klopfen auf, so dass bei einer Erhöhung des Ausdehnungsverhältnisses in dem Zustand, in dem das Ist-Kompressionsverhältnis ε auf einem niedrigen Wert aufrechterhalten wird, das Auftreten von Klopfen verhindert werden kann und die theoretische thermische Effizienz stark erhöht werden kann. 13(B) zeigt ein Beispiel des Falles, wenn der Mechanismus A des variablen Kompressionsverhältnisses und der Mechanismus B des variablen Ventilzeitverhaltens verwendet wird, um das Ist-Kompressionsverhältnis ε auf einem niedrigen Wert zu halten und das Ausdehnungsverhältnis zu erhöhen.
  • Unter Bezugnahme auf 13(B) wird in diesem Beispiel der Mechanismus A für das variable Kompressionsverhältnis verwendet, um das Verbrennungskammervolumen von 50 ml auf 20 ml zu verringern. Andererseits wird der Mechanismus B für das variable Ventilzeitverhalten verwendet, um das Schließzeitverhalten des Einlassventils zu verzögern, bis dass sich Ist-Hubvolumen des Kolbens von 500 ml auf 200 ml ändert. Als ein Ergebnis wird in diesem Beispiel das Ist-Kompressionsverhältnis (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11 und wird das Ausdehnungsverhältnis (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. In dem gewöhnlichen Zyklus, der in 13(A) gezeigt ist, ist gemäß vorstehender Erläuterung das Ist-Kompressionsverhältnis ungefähr 11 und ist das Ausdehnungsverhältnis 11. Im Vergleich zu diesem Fall wird in dem in 13(B) gezeigten Fall erfahren, dass nur das Ausdehnungsverhältnis auf 26 erhöht wird. Das ist der Grund, dass dieser als der „Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis” bezeichnet wird.
  • Gemäß Vorbeschreibung werden bei einer Erhöhung des Ausdehnungsverhältnisses die theoretische thermische Effizienz und der Kraftstoffverbrauch verbessert. Dafür wird das Ausdehnungsverhältnis vorzugsweise so breit, wie ein Betriebsbereich sein kann, erhöht. Jedoch wird, wie es in 13(B) gezeigt ist, in dem Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis, da das Ist-Kolbenhubvolumen zum Zeitpunkt des Kompressionshubes kleiner gestaltet ist, die Größe bzw. Menge der Einlassluft, die in der Verbrennungskammer 34 aufgenommen wird, kleiner. Daher kann dieser Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis nur verwendet werden, wenn die Menge der Einlassluft, die der Verbrennungskammer 34 zugeführt wird, klein ist, das heißt, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedrig ist. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedrig ist, der in 13(B) gezeigte Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis verwendet, während, wenn das geforderte Drehmoment Te hoch ist, der in 13(A) gezeigte gewöhnliche Zyklus verwendet wird.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 14 erläutert, wie der Motor 10 entsprechend dem geforderten Motordrehmoment Te gesteuert wird.
  • 14 zeigt die Änderung beim mechanischen Kompressionsverhältnis, Ausdehnungsverhältnis, dem Schließverhalten des Einlassventils 36, dem Ist-Kompressionsverhältnis, der Einlassluftmenge, dem Öffnungsgrad des Drosselventils 46 und der Kraftstoffverbrauchsrate entsprechend dem geforderten Motordrehmoment Te. Die Kraftstoffverbrauchsrate zeigt die Menge des Kraftstoffverbrauches an, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Fahrtentfernung mit einem vorbestimmten Fahrmodus fährt. Daher wird mit sich verbessernder Kraftstoffverbrauchsrate der Wert, der die Kraftstoffverbrauchsrate zeigt, kleiner. Es ist festzuhalten, dass in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung gewöhnlich das mittlere Kraftstoffverhältnis in der Verbrennungskammer 34 auf der Grundlage des Ausgabesignals des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 49a auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis geregelt wird, so dass ein Drei-Wege-Katalysator eines katalytischen Wandlers 49 die unverbrannten HC, CO und NOx im Abgas gleichzeitig reduzieren kann. 12 zeigt die theoretische thermische Effizienz bzw. den theoretischen thermischen Wirkungsgrad, wenn das mittlere Luft/Kraftstoffverhältnis in der Verbrennungskammer 34 auf diese Weise zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis gestaltet wird.
  • Andererseits wird auf diese Weise in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung das mittlere Luft/Kraftstoffverhältnis in der Verbrennungskammer 34 auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis gesteuert, so dass das Motordrehmoment Te zu der Menge der Einlassluft, die der Verbrennungskammer 34 zugeführt wird, proportional wird. Daher wird, wie es in 14 gezeigt ist, je stärker das geforderte Motordrehmoment Te sinkt, desto stärker die Einlassluftmenge reduziert. Daher wird zum Reduzieren der Einlassluftmenge je stärker das geforderte Motordrehmoment Te sinkt, wie es durch die Volllinie in 14 gezeigt ist, das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 verzögert. Das Drosselventil 46 wird in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten, während die Einlassluftmenge gesteuert wird, indem das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 auf diese Weise verzögert wird. Andererseits ist es, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedriger als ein bestimmter Wert Te1 wird, nicht länger möglich, die Einlassluftmenge auf die geforderte Einlassluftmenge zu steuern, indem das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 gesteuert wird. Daher wird, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedriger als dieser Wert Te1, der Grenzwert Te1, ist, das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 auf dem Grenzschließzeitverhalten zum Zeitpunkt des Grenzwertes Te1 gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Einlassluftmenge durch das Drosselventil 46 gesteuert.
  • Andererseits wird, wie es vorstehend erläutert wurde, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedrig ist, der Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis verwendet, so dass, wie es in 14 gezeigt ist, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedrig ist, das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht wird, wodurch das Ausdehnungsverhältnis höher gestaltet wird. In dieser Hinsicht hat, wie es in 12 gezeigt ist, wenn zum Beispiel das Ist-Kompressionsverhältnis ε 10 gestaltet wird, die theoretische thermische Effizienz den Spitzenwert, wenn das Ausdehnungsverhältnis 35 oder ähnlich ist. Daher ist es, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedrig ist, vorzuziehen, das mechanische Kompressionsverhältnis zu erhöhen, bis dass das Ausdehnungsverhältnis 35 oder ähnlich wird. Jedoch ist es aufgrund struktureller Einschränkungen schwierig, das mechanische Kompressionsverhältnis zu erhöhen, bis dass das Ausdehnungsverhältnis 35 oder ähnlich wird. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedrig ist, das mechanische Kompressionsverhältnis das strukturell mögliche mechanische Kompressionsverhältnis, so dass ein Ausdehnungsverhältnis, das so hoch wie möglich ist, erhalten wird.
  • Andererseits wird, wenn das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 vorbewegt wird, so dass die Einlassluftmenge in dem Zustand erhöht wird, der das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis aufrechterhält, das Ist-Kompressionsverhältnis höher. Jedoch muss das Ist-Kompressionsverhältnis selbst auf dem Maximum auf 12 oder weniger aufrechterhalten werden. Daher wird, wenn das geforderte Motordrehmoment Te hoch wird und die Einlassluftmenge erhöht wird, das mechanische Kompressionsverhältnis verringert, so dass das Ist-Kompressionsverhältnis auf dem optimalen Ist-Kompressionsverhältnis aufrechterhalten wird. In dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung wird, wie es in 14 gezeigt ist, wenn das geforderte Motordrehmoment Te den Grenzwert Te2 überschreitet, das mechanische Kompressionsverhältnis verringert, wenn sich das geforderte Motordrehmoment Te erhöht, so dass das Ist-Kompressionsverhältnis auf dem optimalen Ist-Kompressionsverhältnis aufrechterhalten wird.
  • Wenn das geforderte Motordrehmoment Te höher wird, wird das mechanische Kompressionsverhältnis auf das minimale mechanische Kompressionsverhältnis abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zyklus der Normalzyklus, der in 13(A) gezeigt ist.
  • In dieser Hinsicht wird in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn die Motordrehzahl Ne niedrig ist, das Ist-Kompressionsverhältnis ε zu 9 bis 11. Jedoch wird, wenn die Motordrehzahl Ne höher wird, das Luftkraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer 34 gestört, so dass Klopfen weniger einfach auftritt. Daher wird im Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung mit höher werdender Motordrehzahl Ne das Ist-Kompressionsverhältnis ε höher.
  • Andererseits wird in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung das Ausdehnungsverhältnis, wenn der Zyklus mit superhohem Ausdehnungsverhältnis vorliegt, zu 26 bis 30. Andererseits zeigt in 12 das Ist-Kompressionsverhältnis ε = 5 die Untergrenze des praktischen machbaren Ist-Kompressionsverhältnisses. In diesem Fall hat die theoretische thermische Effizienz den Spitzenwert, wenn das Ausdehnungsverhältnis ungefähr 20 ist. Das Ausdehnungsverhältnis, wo das theoretische Luft/Kraftstoffverhältnis den Spitzenwert hat, wird höher als 20, wenn das Ist-Kompressionsverhältnis ε größer als 5 wird. Daher wird unter Berücksichtigung des praktisch machbaren Ist-Kompressionsverhältnisses ε ausgesagt, dass das Ausdehnungsverhältnis vorzugsweise 20 oder mehr ist. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung der Mechanismus A für das variable Kompressionsverhältnis ausgebildet, so dass das Ausdehnungsverhältnis 20 oder mehr wird.
  • Ferner wird in dem Beispiel, das in 14 gezeigt ist, das mechanische Kompressionsverhältnis entsprechend dem geforderten Motordrehmoment Te kontinuierlich geändert. Jedoch kann das mechanische Kompressionsverhältnis in Stufen entsprechend dem geforderten Motordrehmoment Te geändert werden.
  • Andererseits ist es, wie es durch die gestrichelte Linie in 14 gezeigt ist, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedriger wird, möglich, die Einlassluftmenge, selbst durch das Vorbewegen des Schließzeitverhaltens des Einlassventils 36 zu steuern. Daher wird, wenn dieses ausgedrückt wird, um in der Lage zu sein, sowohl den Fall, der durch die Volllinie gezeigt ist, als auch den Fall, der durch die gestrichelte Linie in 14 gezeigt ist, einzuschließen, in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 in eine Richtung weg vom unteren Totpunkt BDC des Einlasses bewegt, bis zum Grenzschließzeitverhalten, das in der Lage ist, die Menge am Einlassluft, die der Verbrennungskammer 34 zugeführt wird, zu steuern, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedriger wird.
  • in dieser Hinsicht wird, wenn das Ausdehnungsverhältnis höher wird, die theoretische thermische Effizienz höher und wird der Kraftstoffverbrauch besser, das heißt, dass die Kraftstoffverbrauchsrate geringer wird. Daher wird in 14, wenn das geforderte Motordrehmoment Te der Grenzwert Te2 oder weniger ist, die Kraftstoffverbrauchsrate die geringste. Jedoch fällt zwischen dem Grenzwert Te1 und Te2 das Ist-Kompressionsverhältnis, wenn das geforderte Motordrehmoment Te niedriger wird, so dass sich die Kraftstoffverbrauchsrate lediglich ein wenig verschlechtert, das heißt, dass die Kraftstoffverbrauchsrate höher wird. Ferner wird in dem Bereich, in dem das geforderte Motordrehmoment Te niedriger als der Grenzwert Te1 ist, das Drosselventil 46 geschlossen, so dass die Kraftstoffverbrauchsrate weiter höher wird. Andererseits fällt, wenn die geforderte Motordrehzahl Te höher als der Grenzwert Te2 wird, das Ausdehnungsverhältnis, so dass sich die Kraftstoffverbrauchsrate erhöht, wenn das geforderte Motordrehmoment Te höher wird. Daher wird, wenn das geforderte Motordrehmoment Te der Grenzwert Te2 ist, das heißt, an der Grenze des Bereiches, wo das mechanische Kompressionsverhältnis durch die Erhöhung des geforderten Motordrehmoments Te verringert wird, und des Bereiches, wo das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gehalten wird, die Kraftstoffverbrauchsrate die geringste.
  • Der Grenzwert Te2 des Motordrehmoments Te, wo die Kraftstoffverbrauchsrate die geringste wird, ändert sich etwas entsprechend der Motordrehzahl Ne, jedoch wird in einem beliebigen Fall, wenn die Fähigkeit zum Halten des Motordrehmoments Te auf dem Grenzwert Te2 besteht, der minimale Kraftstoffverbrauch erhalten. In der vorliegenden Erfindung wird das Ausgabereguliersystem 2 zum Aufrecherhalten des Motordrehmoments Te auf dem Grenzwert Te2 verwendet, selbst wenn sich die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 ändert.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 15 das Verfahren zum Steuern des Motors 1 erläutert.
  • 15 zeigt Linien a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 und a8, mit gleicher Kraftstoffverbrauchsrate, die zweidimensional mit der Ordinate als Motordrehmoment Te und mit der Abszisse als Motordrehzahl Ne ausgedrückt sind. Die Linien a1 bis a8 mit äquivalenter Kraftstoffverbrauchsrate sind Linien mit äquivalenter Kraftstoffverbrauchsrate, die erhalten werden, wenn die in 6 gezeigte Brennkraftmaschine 1 gesteuert wird, wie es in 14 gezeigt ist. Je mehr von a1 zu a8 gegangen wird, wird die Kraftstoffverbrauchsrate höher. Das heißt, dass das Innere von a1 der Bereich der geringsten Kraftstoffverbrauchsrate ist. Der im inneren Bereich von a1 gezeigte Punkt O1 ist der Betriebszustand, der die geringste Kraftstoffverbrauchsrate ergibt. Bei dem in 6 gezeigten Motor 1 ist der O1-Punkt, wo die Kraftstoffverbrauchsrate minimal wird, der, wenn das Motordrehmoment Te niedrig ist und die Motordrehzahl Ne ungefähr 2000 U/min ist.
  • In 15 zeigt die Volllinie K1 die Beziehung des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne, wo das Motordrehmoment Te der Grenzwert Te2 wird, der in 14 gezeigt ist, das heißt, wo die Kraftstoffverbrauchsrate minimal wird. Daher wird beim Einstellen des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne auf ein Motordrehmoment Te und eine Motordrehzahl Ne auf der Volllinie K1 die Kraftstoffverbrauchsrate minimal. Daher wird die Volllinie K1 die „Betriebslinie mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate” bezeichnet. Diese Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate nimmt die Form einer Kurve an, die sich durch den Punkt O1 in Richtung der Erhöhung der Motordrehzahl Ne erstreckt.
  • Aus 15 wird verständlich, dass sich auf der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate das Motordrehmoment Te überhaupt nicht stark ändert. Daher wird bei der Erhöhung der geforderten Ausgabe bzw. Ausgangsleistung Pe des Motors 1 die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 durch das Erhöhen der Motordrehzahl Ne erfüllt. Auf dieser Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate wird das mechanische Kompressionsverhältnis auf das maximale mechanische Kompressionsverhältnis festgelegt. Das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 ist ebenfalls auf das Zeitverhalten festgelegt, das die geforderte Einlassluftmenge ergibt.
  • In Abhängigkeit von der Gestaltung des Motors ist es möglich, diese Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate einzustellen, so dass sich diese gerade in Richtung der Erhöhung der Motordrehzahl Ne erstreckt, bis die Motordrehzahl Ne maximal wird. Jedoch wird, wenn die Motordrehzahl Ne hoch wird, der Verlust aufgrund der Erhöhung der Reibung größer. Daher bewirkt in dem in 6 gezeigten Motor 1, wenn sich die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 im Vergleich damit erhöht, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gehalten wird, und in diesem Zustand nur die Motordrehzahl Ne erhöht wird, wenn das Motordrehmoment Te zusammen mit der Erhöhung der Motordrehzahl Ne erhöht wird, der Abfall beim mechanischen Kompressionsverhältnis ein Fallen der theoretischen thermischen Effizienz, wobei sich jedoch die thermische Nutzeffizienz bzw. die thermische Nettoeffizienz erhöht. Das heißt, dass in dem in 6 gezeigten Motor 1, wenn die Motordrehzahl Ne hoch wird, der Kraftstoffverbrauch kleiner wird, wenn die Motordrehzahl Ne und das Motordrehmoment Te erhöht werden, im Vergleich zu dem Fall, in dem nur die Motordrehzahl Ne erhöht wird.
  • Daher erstreckt sicht in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung die Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate, wie es durch K1' in 15 gezeigt ist, zur Seite des hohen Motordrehmoments Te zusammen mit einer Erhöhung der Motordrehzahl Ne, wenn die Motordrehzahl Ne höher wird. Auf dieser Betriebslinie K1' mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate ist mit wachsender Entfernung von der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 näher am unteren Totpunkt des Einlasses und ist das mechanische Kompressionsverhältnis stärker vom maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis verringert.
  • Nun wird, wie es vorstehend erläutert wurde, in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung die Beziehung des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne, wenn der Kraftstoffverbrauch minimal wird, beim zweidimensionalen Ausdruck als eine Funktion dieses Motordrehmoments Te und dieser Motordrehzahl Ne als die Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate ausgedrückt, die eine Kurve bildet, die sich in Richtung der Erhöhung der Motordrehzahl Ne erstreckt. Zum Minimieren der Kraftstoffverbrauchsrate, solange es möglich ist, die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 zu erfüllen, ist es zu bevorzugen, das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne zusammen mit dieser Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate zu ändern.
  • Daher werden im Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung solange, wie die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erfüllt werden kann, das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne zusammen mit der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate entsprechend der Änderung der geforderten Ausgabe Pe des Motors 1 geändert. Es ist festzuhalten, dass es nur natürlich ist, dass diese Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate selbst nicht zuvor im ROM 22 gespeichert wird. Die Beziehungen des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne, die die Betriebslinien K1 und K1' mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate zeigen, werden zuvor im ROM 22 gespeichert. Ferner werden in den Ausführungsbeispielen entsprechend der vorliegenden Erfindung das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne innerhalb des Bereiches der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate zusammen mit bzw. entlang der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate geändert, jedoch kann der Bereich der Änderung des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne auch auf die Betriebslinie K1' mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate ausgedehnt werden.
  • Als Nächstes werden die Betriebslinien, die sich von den Betriebslinien K1 und K1' mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate unterscheiden, erläutert.
  • Unter Bezugnahme auf 15 wird zweidimensional als eine Funktion des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne ausgedrückt eine Betriebslinie mit hohem Drehmoment, die durch die gestrichelte Linie K2 gezeigt ist, an der Seite mit hohem Motordrehmoment Te der Betriebslinien K1 und K1' mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate eingestellt. In Wirklichkeit wird diese Beziehung des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne, die diese Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment zeigt, zuvor bestimmt. Diese Beziehung wird zuvor im ROM 22 gespeichert.
  • Als Nächstes wird diese Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment unter Bezugnahme auf 17 erläutert. 17 zeigt die Linien b1, b2, b3 und b4 mit äquivalenter Kraftstoffverbrauchsrate zweidimensional ausgedrückt, wobei die Ordinate das Motordrehmoment Te ist und die Abszisse die Motordrehzahl Ne. Die Linien b1 bis b4 für die äquivalente Kraftstoffverbrauchsrate zeigen die Linien der Kraftstoffverbrauchsrate in dem Fall, in dem der in 6 gezeigte Motor 1 in dem Zustand betrieben wird, in dem das mechanische Kompressionsverhältnis auf den niedrigsten Wert in dem Motor 1 verringert wird, das heißt in dem Fall des normalen Zyklus, der in 13(A) gezeigt ist. Von b1 zu b4 wird bei Kraftstoffverbrauch höher. Das heißt, dass das Innere von b1 der Bereich der geringsten Kraftstoffverbrauchsrate ist. Der durch O2 des Innenbereiches von b1 gezeigte Punkt wird der Betriebszustand der geringsten Kraftstoffverbrauchsrate. Bei dem in 17 gezeigten Motor 1 ist der O2-Punkt, wo die Kraftstoffverbrauchsrate minimal wird, der, wenn das Motordrehmoment Te hoch ist und die Motordrehzahl Ne nahe 2400 U/min ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment die Kurve, wo die Kraftstoffverbrauchsrate minimal wird, wenn der Motor 1 in dem Zustand betrieben wird, in dem das mechanische Kompressionsverhältnis auf den Minimalwert verringert ist.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 15 wird zweidimensional ausgedrückt als eine Funktion des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne eine Betriebslinie K3 der vollen Last, durch die der Betrieb mit voller Last ausgeführt wird, auf die Seite des weiter höheren Drehmoments von der Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment eingestellt. Die Beziehung zwischen dem Motordrehmoment Te und der Motordrehzahl Ne, die diese Betriebslinie K3 mit voller Last zeigt, wird zuvor aufgefunden. Diese Beziehung wird zuvor in ROM 22 gespeichert.
  • Die 16(A) und (B) zeigen die Änderung bei der Kraftstoffverbrauchsrate und die Änderung bei dem mechanischen Kompressionsverhältnis bei Betrachtung entlang der Linie f-f von 15. Wie es in 16 gezeigt ist, wird die Kraftstoffverbrauchsrate das Minimum beim O1-Punkt bei der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate, und wird diese zum Punkt O2 hin auf der Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment höher. Ferner wird das mechanische Kompressionsverhältnis das Maximum am Punkt O1 auf der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate und fällt dieses allmählich zum Punkt O2 ab. Ferner wird mit zunehmendem Motordrehmoment Te die Einlassluftmenge größer, so dass sich die Einlassluftmenge von dem Punkt O1 auf der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate zum Punkt O2 hin erhöht, während sich das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 an dem unteren Totpunkt am Einlass zusammen mit der Bewegung von dem Punkt O1 zum Punkt O2 hin annähert.
  • Nun wird gemäß Vorbeschreibung in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn sich die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erhöht, solange wie die erforderliche Ausgabe Pe des Motors 1 erfüllt werden kann, das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne veranlasst, sich entlang bzw. zusammen mit der Betriebslinie K1 bei minimaler Kraftstoffverbrauchsrate zu ändern. Das heißt, dass in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn sich die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erhöht, solange wie die erforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erfüllt werden kann, das mechanische Kompressionsverhältnis auf einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis aufrechterhalten wird, das heißt 20 oder mehr, und dass sich in diesem Zustand die Motordrehzahl Ne erhöht, um die geforderte Ausgabe Pe des Motors für die Steuerung zum Aufrecherhalten des minimalen Kraftstoffverbrauches zu erfüllen. Genauer gesagt werden zu diesem Zeitpunkt das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne der Betriebslinie K1 der minimalen Kraftstoffverbrauchsrate, die die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erfüllt, aufeinander folgend eingestellt und werden das Drehmoment und die Drehzahl des Motors 1 so gestaltet, dass diese die jeweils eingestellten Werte Motordrehmoment Te und Motordrehzahl Ne werden, und zwar durch die Steuerung der Motor-Generatoren MG1 und MG2 und des Verbrennungsmotors 1 durch die Betriebssteuerroutine, die in 4 gezeigt ist.
  • Im Gegensatz dazu werden, wenn die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 beim Motordrehmoment Te und der Motordrehzahl Ne auf der Betriebslinie K1 der minimalen Kraftstoffverbrauchsrate nicht erfüllt ist, das heißt, wenn die Steuerung zum Aufrechterhalten des minimalen Kraftstoffverbrauchs nicht länger möglich ist, das Motordrehmoment Te und der Motordrehzahl Ne entlang der Betriebslinie K2 des hohen Drehmoments gesteuert werden. Das heißt, dass, wenn die Steuerung zum Aufrechterhalten des minimalen Kraftstoffverbrauchs nicht länger möglich ist, das Schließzeitverhalten des Einlassventils 36 gesteuert wird, um eine Erhöhung der Menge der Einlassluft in die Verbrennungskammer 34 zu bewirken, während das mechanische Kompressionsverhältnis auf ein vorbestimmtes Kompressionsverhältnis, das heißt 20 oder weniger, abgesenkt wird, wodurch eine Erhöhung des Motordrehmoments Te auf ein Drehmoment auf der Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment veranlasst wird.
  • Auf diese Weise werden in dem Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung die Steuerung zum Aufrechterhalten des minimalen Kraftstoffverbrauchs, die die Motordrehzahl Ne entsprechend der geforderten Ausgabe Pe des Motors 1 in dem Zustand erhöht, in dem das mechanische Kompressionsverhältnis auf einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder mehr aufrechterhalten wird, und dadurch die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 erfüllt, und die Betriebssteuerung mit hohem Drehmoment, die das mechanische Kompressionsverhältnis auf das vorbestimmte Kompressionsverhältnis oder weniger verringert, um das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne auf der Linie K2 mit hohem Drehmoment aufrechtzuerhalten, auswählend ausgeführt. Es ist festzuhalten, dass zu diesem Zeitpunkt, wenn ein weiter höheres Drehmoment Te gefordert wird, das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne entlang der Betriebslinie K3 mit voller Last gesteuert werden.
  • Bis jetzt wurde die Betriebssteuerung des Fahrzeuges für den Fall, in dem sich das Fahrzeug vorwärts bewegt hat, oder für den Fall, in dem das Fahrzeug bei einem Stopp war, erläutert. Im Gegensatz dazu wird, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, eine etwas unterschiedliche Betriebssteuerung im Vergleich zu dem Fall ausgeführt, in dem sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, und zu dem Fall, in dem sich das Fahrzeug beim Stopp befindet. Als Nächstes wird die Betriebssteuerung des Fahrzeuges, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, erläutert.
  • Die 18(A) und (B) sind Nomogramme für den Fall, für den das Fahrzeug rückwärts fährt. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 ausreichend ist, das heißt, wenn die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 größer als der untere Grenzwert SC1 ist, wird der Betrieb des Motors 1 gestoppt und wird der Motor-Generator MG2 verwendet, um das Fahrzeug rückwärts zu bewegen. Diese Zeit ist in 18(A) gezeigt. Das heißt, dass, wie es in 18(A) gezeigt ist, zu dieser Zeit der Betrieb des Motors 1 zum Stopp geführt wird, so dass die Drehzahl des Planetenradträgers C Null wird. Andererseits wird zu diesem Zeitpunkt der Motor-Generator MG2 verwendet, um das Fahrzeug anzutreiben, damit das geforderte Drehmoment Tm2 des Motor-Generators MG2 mit dem Fahrzeugantriebsmoment Tr ausgeglichen ist. Ferner befindet sich zu diesem Zeitpunkt das Sonnenrad S bei der Drehzahl Ns im Leerlauf.
  • Andererseits besteht beim Rückwärtsfahren des Fahrzeuges, wenn die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 kleiner wird, die Gefahr, dass das Fahrzeug nicht länger in der Lage sein wird, durch den Motor-Generator MG2 angetrieben zu werden. Daher wird in der vorliegenden Erfindung, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 niedrig wird, der Motor 1 betrieben, damit die elektrische Leistung bzw. elektrische Energie, die durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird. Dieser Zeitpunkt ist in 18(B) gezeigt.
  • Das heißt, dass zu diesem Zeitpunkt, wie es in 18(B) gezeigt ist, das Ausgabedrehmoment Te des Motors 1 auf die Welle des Planetenradträgers C aufgebracht wird. Dieses Ausgabedrehmoment Ce des Motors 1 wird zwischen dem Hohlrad R und dem Sonnenrad S aufgeteilt, wie es durch Ter und Tes gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Energieerzeugungsbetrieb am Motor-Generator MG1 ausgeführt, der mit dem Sonnenrad S gekoppelt ist. Andererseits ist zu diesem Zeitpunkt am Hohlrad R das geforderte Drehmoment Tm2 des Motor-Generators MG2 mit der Summe des aufgeteilten Drehmoments Ter des Motorausgabedrehmoments und dem Drehmoment Ter für die Fahrzeugantriebsverwendung ausgeglichen. Das heißt, dass zu diesem Zeitpunkt das aufgeteilte Drehmoment Ter des Motorausgabedrehmoments der Rückwärtsrotationsrichtung und das Drehmoment Tr für die Fahrzeugantriebsverwendung auf dem Motor-Generator MG2 aufgebracht werden.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn das Ausgabedrehmoment Te des Motors erhöht wird, das aufgeteilte Drehmoment Ter des Motorausgabedrehmoments auf das Hohlrad R größer, so dass das geforderte Drehmoment Tm2 des Motor-Generators MG2 erhöht wird und daher die elektrische Leistung, die durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, erhöht wird. Andererseits wird, wenn sich das Ausgabedrehmoment Te des Motors erhöht, das aufgeteilte Drehmoment Tes des Motorausgabedrehmoments zum Sonnenrad S ebenfalls größer, so dass sich die Größe der Leistung, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird, erhöht. Das heißt, dass sich bei der Erhöhung des Ausgabedrehmoments Te des Motors die elektrische Leistung, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird und die durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, erhöht.
  • Jedoch erhöht sich, wenn sich auf diese Weise die elektrische Leistung, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird und die durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, erhöht, wie es vorstehend erläutert ist, der Energieverlust, und daher fällt die Effizienz. In diesem Fall ist es zum Verhindern des Abfallens der Effizienz notwendig, die elektrische Leistung zu verringern, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt und durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird. Daher ist es notwendig, das Ausgabedrehmoment Te des Motors so stark wie möglich zu reduzieren.
  • Daher werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und der Motor bzw. der Verbrennungsmotor 1 betrieben wird, das Motor-Drehmoment Te und die Motordrehzahl Ne entsprechend der geforderten Ausgabe Pe des Motors 1 entlang der Betriebslinie K1 der minimalen Kraftstoffverbrauchsrate, wie es in 15 gezeigt ist, geändert. Das heißt, das, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und der Motor 1 betätigt wird, wenn eine Änderung des Motordrehmoments Te und der Motordrehzahl Ne bewirkt wird, beispielsweise entlang der Betriebslinie K2 mit hohem Drehmoment, wie es in 15 gezeigt ist, das Motordrehmoment Te höher wird und daher die Effizienz die Abwärtsbewegung beendet. Jedoch wird zu diesem Zeitpunkt, wenn das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne entlang der Betriebslinie K1 minimaler Kraftstoffverbrauchsrate geändert werden, das Motordrehmoment Te niedriger, so dass ein Abfall bei der Effizienz unterdrückt wird. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt der Kraftstoffverbrauch minimal. Daher wird es möglich, eine hohe Gesamteffizienz zu erreichen.
  • Andererseits wird, selbst wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, eine gute Fahrfähigkeit des Fahrzeuges gefordert. Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das geforderte Fahrzeugsantriebsdrehmoment TrX, das eine gute Fahrbarkeit ergibt, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, als eine Funktion der Größe des Niederdrückens L des Fahrpedals 27 und der Drehzahl Nr des Hohlrades 5 in Form eines Verzeichnisses, wie es in 19 gezeigt ist, zuvor im ROM 22 gespeichert. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 ausreichend ist, wird der Betrieb des Motors 1 gestoppt und wird der Motor-Generator MG2 verwendet, um dem Fahrzeug eine Antriebskraft zu verleihen. Zu diesem Zeitpunkt wird das geforderte Drehmoment Tm2 des Motor-Generators MG2 zu dem geforderten Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX.
  • Andererseits wird, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung der Batterie 19 niedriger als der untere Grenzwert SC1 wird, der Motor 1 betrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 beispielsweise zu einem Wert, der zur geforderten Antriebsausgabe TrX·Nr proportional ist. Das heißt, dass mit zunehmender elektrischer Leistung, die durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 größer gestaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt werden das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne entsprechend der geforderten Ausgabe Pe des Motors entlang der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate geändert. Das heißt, dass sich zu diesem Zeitpunkt, wenn die geforderte Ausgabe Pe größer wird, das Motordrehmoment Te überhaupt nicht stark ändert und das sich die Motordrehzahl Ne erhöht. Wenn die Motordrehzahl Ne größer wird, wird die Drehzahl Ns des Sonnenrads S höher und daher wird eine Erhöhung der Größe der Energieerzeugung durch den Motor-Generator MG1 veranlasst.
  • Auf diese Weise wird in der vorliegenden Erfindung, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, keine Erhöhung des Motordrehmoments Te veranlasst, sondern wird die Motordrehzahl Ne erhöht, um die Ausgabe des Motors zu erhöhen. Daher kann eine hohe Effizienz aufrechterhalten werden. Es ist festzuhalten, dass in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Größe der elektrischen Leistung, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird, und die Größe der elektrischen Leistung, die durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, nicht besonders aneinander angepasst sind. Daher gibt es Fälle, in denen die elektrische Leistung, die durch den Motor-Generator MG1 erzeugt wird, durch den Motor-Generator MG2 verbraucht wird, und gibt es Fälle, in denen ein Teil der erzeugten elektrischen Leistung in der Batterie 19 gesammelt wird.
  • Gemäß Vorbeschreibung ist die vorliegende Erfindung mit dem Ausgabereguliersystem 2 versehen, das ein Paar von Motor-Generatoren MG1 und MG2 hat und das als eine Eingabe und eine Ausgabe eines Motors bzw. eines Verbrennungsmotors 1 aufnimmt und eine Ausgabe für die Fahrzeugantriebsverwendung erzeugt. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, wird der Motor-Generator MG2 verwendet, um die Ausgabe für die Fahrzeugantriebsverwendung zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn der Motor 1 betrieben wird, ein Rückwärtsrotationsrichtungsdrehmoment auf den Motor-Generator MG2 und führt der Motor-Generator MG1 einen Leistungserzeugungsbetrieb aus. Zu diesem Zeitpunkt wird am Motor 1 das mechanische Kompressionsverhältnis auf einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder mehr aufrechterhalten und wird das Schließzeitverhältnis des Einlassventils 36 an einer Seite entfernt vom unteren Totpunkt des Einlasses gehalten.
  • Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Batterie 19 vorgesehen, die bei den Motor-Generatoren MG1 und MG2 elektrische Leistung vorsehen kann, wenn die Motor-Generatoren MG1 und MG2 als Elektromotoren betrieben werden, während elektrische Leistung, die erzeugt wird, wenn die Motor-Generatoren MG1 und MG2 als Generatoren betrieben werden, gesammelt wird. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 zumindest ein unterer Grenzwert SC1 ist, wird der Motor 1 gestoppt. Wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 unterhalb des unteren Grenzwertes SC1 fällt, wird der Betrieb des Motors 1 veranlasst.
  • 20 zeigt die Routine zur Betriebssteuerung, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt. Diese Routine wird ebenfalls durch Unterbrechung jede bestimmte Zeitperiode ausgeführt.
  • Unter Bezugnahme auf 20 wird als Erstes in Schritt 200 die Drehzahl Nr des Hohlrades 5 erfasst. Als Nächstes wird in Schritt 201 die Größe des Niederdrückens L des Fahrpedals 27 gelesen. Als Nächstes wird in Schritt 202 das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX aus dem in 19 gezeigten Verzeichnis berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 203 bestimmt, ob bzw. wenn die gespeicherte Ladung SOC der Batterie 19 größer als der untere Grenzwert SC1 ist. Wenn SOC > SC1 ist, geht die Routine zu Schritt 204, wo die geforderte Motordrehzahl NeX Null wird. Das heißt, dass der Motor 1 gestoppt ist. Als Nächstes wird in Schritt 205 das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX das geforderte Drehmoment Tm2 des Motor-Generators MG2. Als Nächstes wird in Schritt 206 das Drehmoment des Motor-Generators MG2 so gestaltet, dass dieses das geforderte Drehmoment Tm2X wird, und zwar durch die Steuerung des Motor-Generators MG2. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Motor-Generator MG1 im Leerlauf.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 203 beurteilt wird, dass SOC ≤ SC1 ist, die Routine zu Schritt 207, wo zum Beispiel die geforderte Fahrzeugantriebsausgabe NrX·Nr mit einer Konstante C multipliziert wird, damit die geforderte Ausgabe Pe des Motors 1 berechnet wird. Das heißt, dass zu diesem Zeitpunkt der Motor 1 in Betrieb genommen wird. Als Nächstes werden in Schritt 208 das geforderte Motordrehmoment TeX und die geforderte Motordrehzahl NeX usw. auf der Betriebslinie K1 mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate entsprechend der geforderten Ausgabe Pe des Motors 1 eingestellt. Als Nächstes werden in Schritt 209 das geforderte Fahrzeugantriebsdrehmoment TrX und das geforderte Motordrehmoment TeX verwendet, um das geforderte Drehmoment Tm2X des Motor-Generators MG2 zu berechnen (= TrX + Ter = TrX + TeX/(1 + ρ)). Als Nächstes werden im Schritt 210 die Drehzahl Nr des Hohlrades 5 und die geforderte Motordrehzahl NeX verwendet, um die geforderte Drehzahl NsX des Sonnenrades 4 zu berechnen (= Nr – (Nr – NeX)·(1+ ρ)/ρ).
  • Als Nächstes wird in Schritt 211 die Drehzahl des Motor-Generators MG1 gestaltet, um die geforderte Drehzahl NsX zu werden, und zwar durch die Steuerung des Motor-Generators MG1. Wenn die Drehzahl des Motor-Generators MG1 die geforderte Drehzahl NsX wird, wird die Motordrehzahl Ne die geforderte Motordrehzahl NeX. Als Nächstes wird in Schritt 212 das Drehmoment des Motor-Generators MG2 gestaltet, um das geforderte Drehmoment Tm2X zu werden, und zwar durch die Steuerung des Motor-Generators MG2. Als Nächstes werden in Schritt 213 die Größe des Kraftstoffeinspritzens, die zum Erhalten des geforderten Motordrehmoments TeX erforderlich ist, und der beabsichtigte Öffnungsgrad des Drosselventils usw. berechnet. Bei Schritt 214 werden diese als die Basis zum Steuern des Motors 1 verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Ausgabereguliersystem
    3
    Planetengetriebemechanismus
    33
    Kolben
    34
    Verbrennungskammer
    36
    Einlassventil
    A
    Mechanismus für das variable Kompressionsverhältnis
    B
    Mechanismus für das variable Ventilzeitverhalten
    MG1, MG2
    Motor-Generator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 3337026 [0002]

Claims (5)

  1. Ein Motorsteuersystem, das ein Ausgabereguliersystem aufweist, das ein Paar von Motor-Generatoren hat und das als eine Eingabe eine Ausgabe eines Motors aufnimmt und eine Ausgabe für die Fahrzeugantriebsverwendung erzeugt, wobei das Ausgabereguliersystem ausgebildet ist, so dass ein Ausgabedrehmoment des Motors zu den Motor-Generatoren aufgeteilt wird, wobei der Motor mit einem Kompressionsverhältnismechanismus, der in der Lage ist, ein mechanisches Kompressionsverhältnis zu ändern, und einem Mechanismus für das variable Ventilzeitverhalten versehen ist, der in der Lage ist, ein Schließzeitverhalten eines Einlassventils zu steuern, wobei einer der Motor-Generatoren verwendet wird, um die Ausgabe der Fahrzeugantriebsverwendung zu erzeugen, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, wenn der Motor zu diesem Zeitpunkt betrieben wird, wobei ein Rückwärtsrotationsrichtungsdrehmoment auf den anderen Motor-Generator wirkt und dieser andere Motor-Generator für einen Leistungserzeugungsbetrieb verwendet wird, und zu diesem Zeitpunkt am Motor das mechanische Kompressionsverhältnis auf einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder mehr aufrechterhalten wird und das Schließzeitverhalten des Einlassventils an einer Seite entfernt vom unteren Totpunkt des Einlasses gehalten wird.
  2. Ein Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Kompressionsverhältnis 20 ist.
  3. Ein Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei eine Beziehung zwischen einem Motordrehmoment und einer Motordrehzahl, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder mehr aufrechterhalten wird und ein Kraftstoffverbrauch minimal wird, zweidimensional ausgedrückt als eine Funktion dieses Motordrehmoments und dieser Motordrehzahl, als eine Betriebslinie mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate ausgedrückt wird, die eine Kurve bildet, die sich in einer Richtung der Erhöhung der Motordrehzahl erstreckt, und wobei, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und der Motor betrieben wird, das Motordrehmoment und die Motordrehzahl zur Änderung entlang der Betriebslinie mit minimaler Kraftstoffverbrauchsrate veranlasst werden.
  4. Ein Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das System ferner eine Batterie aufweist, die den Motor-Generator mit elektrischer Energie versorgen kann, wenn der Motor-Generator als Elektromotor betrieben wird, und die die elektrische Leistung, die erzeugt wird, wenn der Motor-Generator als Generator betrieben wird, sammeln kann, wobei der Motor gestoppt wird, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und eine gespeicherte Ladung der Batterie ein vorbestimmter unterer Grenzwert oder mehr ist, und der Motor veranlasst wird, betrieben zu werden, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die gespeicherte Ladung der Batterie unterhalb des unteren Grenzwertes fällt.
  5. Ein Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Ausgabereguliersystem mit einem Planetengetriebemechanismus versehen ist, der ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder, die durch ein Planetenradträger getragen werden, aufweist, wobei eine Abtriebswelle des Motors mit dem Planetenradträger verbunden ist, der eine Motor-Generator mit dem Hohlrad verbunden Ist, das Hohlrad mit einer Abtriebswelle für die Fahrzeugantriebsverwendung verbunden ist und der andere Motor-Generator mit dem Sonnenrad verbunden ist.
DE112009004501T 2009-03-10 2009-03-10 Motorsteuersystem Ceased DE112009004501T5 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/054977 WO2010103667A1 (ja) 2009-03-10 2009-03-10 エンジン制御装置

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