DE112009004622B4

DE112009004622B4 - Motorsteuerungssystem

Info

Publication number: DE112009004622B4
Application number: DE112009004622.3T
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: BRPI0904330B1; CN101918693A; WO2010113332A1; DE112009004622T5; US20120136551A1; JPWO2010113332A1; CN101918693B; US8364382B2; JP4858645B2; BRPI0904330A2

Abstract

Verbrennungsmotorsteuerungssystem versehen mit einem Ausgangsleistungsreguliersystem, das in der Lage ist, eine gewünschte Kombination aus einem Verbrennungsmotordrehmoment und einer Verbrennungsmotordrehzahl einzustellen, die eine gleiche Verbrennungsmotorausgangsleistung ergibt, wobei ein Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis, der in der Lage ist, ein mechanisches Kompressionsverhältnis zu ändern, sowie ein Mechanismus für ein variables Ventilzeitzeitverhalten vorgesehen sind, der in der Lage ist, eine Schließzeit eines Einlassventils zu steuern/regeln, wobei dann, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors kleiner als eine vorbestimmte Grenzausgangsleistung ist, eine Minimalkraftstoffsverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung ausgeführt wird, welche eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors durch Ändern der Verbrennungsmotordrehzahl in einen Zustand gewährleistet, in welchem das mechanische Kompressionsverhältnis bei einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder darüber gehalten wird, und dann, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors über die Grenzausgangsleistung steigt, eine Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wird, wonach das Verbrennungsmotordrehmoment nach dem Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses auf das vorbestimmte Kompressionsverhältnis oder darunter angehoben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuerungssystem.
Aus dem Stand der Technik ist ein Fahrzeug der Hybridbauart bekannt, das dafür vorgesehen ist, einen Motor (Verbrennungsmaschine) und/oder einen Elektromotor zu verwenden, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei die Verbrennungsmaschine aus einer Maschine besteht, die mit einem Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis ausgestattet ist, wobei ein Kompressionsverhältnis gefunden wird, wodurch eine Gesamteffizienz unter Beachtung einer Effizienz des Verbrennungsmotors, einer Effizienz des Elektromotors, einer Effizienz des Leistungsübertragungssystems und sämtlicher weiterer Effizienzen am höchsten wird und wobei ein Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors gesteuert wird, um das Kompressionsverhältnis einzustellen, welches diese höchste Gesamteffizienz ermöglicht.
Aus der JP 2004-044 433 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs bekannt. Die Vorrichtung weist einen Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis auf, wobei die Verdichtung unter Berücksichtigung einer Leistungsanforderung so eingestellt wird, dass der Kraftstoffverbrauch minimal wird.
In der WO 2007/145 020 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung beschrieben, die einen Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis und einen Mechanismus für ein variables Ventilzeitverhalten in Bezug auf die Schließzeit eines Einlassventils aufweist. Die Einstellung der beiden Variablen wird in Hinblick auf den thermischen Wirkungsgrad optimiert. Es kann ferner eine variable Kompression in Verbindung mit einer variablen Schließzeit eines Einlassventils zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs zum Einsatz gelangen.
Selbst wenn jedoch lediglich das Kompressionwerhältnis so gesteuert wird, dass die Gesamteffizienz die höchste wird, existiert eine Grenze hinsichtlich der Verbesserung der Kraftstoffverbrauchsrate. Daher ist eine Weiterentwicklung eines Fahrzeugs aktuell wünschenswert, welches eine verbesserte Kraftstoffverbrauchsrate aufweist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verbrennungsmotor-Steuersystem zu schaffen, das den Erhalt einer verbesserten Kraftstoffverbrauchsrate ermöglicht, während eine geforderte Ausgangsleistung eines Verbrennungsmotors gewährleistet bleibt, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors durch Steuern eines mechanischen Kompressionsverhältnisses und einer Schließzeit eines Einlassventils erhöht wird, und das das Unterdrücken des Auftretens von Vibrationen und Störgeräuschen ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotorsteuerungssystem mit einem Ausgangsleistungsreguliersystem vorgeschlagen, welches das Einstellen einer gewünschten Kombination aus einem Verbrennungsmotordrehmoment und einer Verbrennungsmotorgeschwindigkeit (Drehzahl) ermöglicht, die eine gleiche Verbrennungsmotorausgangsleistung ergibt, wobei ein Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis, der in der Lage ist, ein mechanisches Kompressionsverhältnis zu verändern, und ein Mechanismus für ein variables Ventilzeitzeitverhalten, der in der Lage ist, eine Schließzeit eines Einlassventils zu steuern, bereit gestellt werden, wobei dann, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors kleiner als eine vorbestimmte Grenzausgangsleistung ist, eine Minimalkraftstoffverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung ausgeführt wird, die eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors durch Ändern der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit bzw. drehzahl in einem Zustand gewährleistet, bei welchem das mechanische Kompressionsverhältnis bei einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder darüber gehalten wird, und dann, wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors über die Grenzausgangsleistung angehoben wird, eine Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wird, bei welcher das Verbrennungsmotordrehmoment nach Verringerung des mechanischen Kompressionsverhältnisses auf das vorbestimmte Kompressionsverhältnis oder darunter angehoben wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
1 ist eine Übersicht eines Verbrennungsmotors sowie eines Ausgangsleistungsreguliersystems,
2 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Vorgangs des Ausgangsleistungsreguliersystems
3 ist eine Ansicht, welche ein Verhältnis zwischen einer Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors und eines Verbrennungsmotordrehmoments Te sowie einer Verbrennungsmotordrehzahl Ne usw. zeigt,
4 ist ein Fließbild für die Betriebssteuerung eines Fahrzeugs,
5 ist eine Ansicht, die eine Steuerung zum Laden und Entladen einer Batterie erläutert,
6 ist eine Übersicht des Motors gemäß der 1,
7 ist eine Perspektivenansicht eines Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis im auseinandergebauten Zustand,
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, wie er schematisch dargestellt wird,
9 ist eine Ansicht, die einen Mechanismus für ein variables Ventilzeitzeitverhalten zeigt,
10 ist eine Ansicht, welche Beträge bezüglich des Hubs eines Einlassventils und eines Auslassventils zeigt,
11 ist eine Ansicht zum Erklären eines mechanischen Kompressionsverhältnisses sowie eines aktuellen Kompressionsverhältnisses und eines Expansionsverhältnisses,
12 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis (Beziehung) zwischen einer theoretischen thermischen Effizienz und dem Expansionsverhältnis zeigt,
13 ist eine Ansicht, zum Erklären eines normalen Zyklus sowie eines super hohen Expansionsverhältniszyklus,
14 ist eine Ansicht, die Änderungen hinsichtlich des mechanischen Kompressionsverhältnisses im Ansprechen auf das Verbrennungsmotordrehmoment usw. zeigt,
15 ist eine Ansicht, welche gleichmäßige Kraftstoffverbrauchsraten-Graphen sowie Betriebsgraphen zeigt,
16 ist eine Ansicht, welche Änderungen bezüglich der Kraftstoffverbrauchsrate sowie der mechanischen Kompressionsrate zeigt,
17 ist eine Ansicht, die äquivalente Kraftstoffverbrauchsratengraphen und Betriebsgraphen zeigt,
18 ist eine Ansicht, welche äquivalente Ausgangsleistungsgraphen sowie Grenzausgangsleistungen eines Verbrennungsmotors zeigt,
19 zeigt den Zustand des Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wenn eine geforderte Ausgangsleistung erhöht oder verringert wird,
20 ist eine Zeitkarte, die die Änderungen in dem mechanischen Kompressionsverhältnis, die Schließzeiten des Einlassventils und so weiter zeigt,
21 ist eine Ansicht, welche den Änderungszustand bezüglich des Verbrennungsmotordrehmoments Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zeigt, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht oder verringert wird,
22 ist eine Ansicht, welche den Änderungszustand bezüglich des Verbrennungsmotordrehmoments Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zeigt, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht oder verringert wird,
23 ist eine Zeitkarte, welche die Änderungen in dem mechanischen Kompressionsverhältnis, die Schließzeit des Einlassventils usw. zeigt,
24 ist ein Fließbild für die Betriebssteuerung,
25 ist eine Ansicht, welche den Zustand der Änderungen in dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zeigt, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht oder verringert wird,
26 ist eine Ansicht, welche den Zustand an Änderungen in dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zeigt, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht oder verringert wird,
27 ist eine Zeitkarte, welche die Änderungen in dem mechanischen Kompressionsverhältnis, die Schließzeit des Einlassventils usw. zeigt und
28 ist ein Fließbild für eine Betriebssteuerung.
Die 1 ist eine Übersicht eines Verbrennungsmotors der Funkenzündungsbauart und eines Ausgangsleistungsreguliersystems 2, das in einem Fahrzeug der Hybridbauart montiert ist.
Mit Bezug auf die 1 wird als erstes das Ausgangsleistungsreguliersystem 2 in einfacher Weise erläutert. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht das Ausgangsleistungsreguliersystem 2 aus einem paar Motor/Generatoren MG1 und MG2, die als elektrische Motoren und Generatoren betrieben werden, sowie einem Planetengetriebemechanismus 3. Dieser Planetengetriebemechanismus 3 ist mit einem Sonnenrad 4, einem Ringrad 5, Planetenrädern 6, welche zwischen dem Sonnenrad 4 und dem Ringrad 5 angeordnet sind, und einem Planetenradträger 7 versehen, der die Planetenräder 6 trägt. Das Sonnenrad 4 ist an eine Welle 8 des Motor/Generators MG1 anschlossen, wohingegen der Planetenradträger 7 mit einer Ausgangswelle 9 des Verbrennungsmotors 1 gekoppelt ist. Des Weiteren ist das Ringrad 5 auf der einen Seite an eine Welle 10 des Motor/Generators MG2 und auf der anderen Seite an eine Ausgangswelle 12 über einen Riemen 11 gekoppelt, die wiederum an die Antriebsräder angeschlossen ist. Aus diesem Grunde wird hierdurch die Lehre vermittelt, wonach dann, wenn das Ringrad 5 gedreht wird, die Ausgangswelle 12 zusammen mit dieser in Rotation versetzt wird. Die Motor/Generatoren MG1 und MG2 sind jeweils wechselstromsynchronisierte Motoren, die mit Rotoren 13 und 15 versehen sind, welche an entsprechende Wellen 8 und 10 angeschlossen sind und die eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweisen, welche an die äußeren Umfänge von den Statoren 14 und 16 fixiert, die mit Erregerspulen versehen sind, welche Drehmagnetfelder erzeugen. Die Erregerspulen der Statoren 14 und 16 der Motor/Generatoren MG1 und MG2 sind an entsprechende Motorantriebssteuerungsschaltkreise 17 und 18 angeschlossen, wohingegen diese Motorantriebssteuerungsschaltkreise 17 und 18 an eine Batterie 19 angeschlossen sind, welche eine Gleichstrom-Hochspannung erzeugt. In dem in der 1 gezeigtem Ausführungsbeispiel arbeitet der Motor/Generator MG2 hauptsächlich als ein Elektromotor, wohingegen der Motorgenerator MG1 hauptsächlich als ein Generator arbeitet.
Eine elektronische Steuereinheit 20 besteht aus einem Digitalcomputer und ist mit einer ROM (Nur-Lesespeicher) 22, einen RAM (Direktzugriffsspeicher) 23, einer CPU (Mikroprozessor) 24, einem Eingangsanschluss 25 und einem Ausgangsanschluss 26 versehen, welche über einen bidirektionalen Bus 21 miteinander verbunden sind. Ein Beschleunigungspedal 20 ist an einen Lastsensor 28 angeschlossen, der eine Ausgangsspannung proportional zu dem Niederdrückbetrag L des Beschleunigungspedals 27 erzeugt. Eine Ausgangsspannung des Lastsensors 28 wird über einen entsprechenden AD-Konverter bzw. Analog-Digital-Wandler 25a zu einem Eingangsanschluss 25 abgegeben. Des Weiteren ist der Eingangsanschluss 25 an einen Kurbelwellensensor 29 angeschlossen, der ein Ausgangsimpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn eine Kurbelwelle um beispielsweise 15° weitergedreht wird. Des Weiteren empfängt der Eingangsanschluss 25 ein Signal als Eingangssignal, welches den Lade- und Entladestrom der Batterie 19 anzeigt, sowie weiteren verschiedene Signale über dem entsprechenden AD Konverter 25a. Andererseits ist der Ausgangsanschluss 26 an die Motorantriebssteuerungsschaltung 17 und 18 angeschlossen und ist durch eine entsprechende Antriebsschaltung 26a mit Komponenten für das Steuern des Verbrennungsmotors 1 verbunden, wie beispielsweise einen Kraftstoffeinspritzer usw.
Wenn der Motor/Generator MG2 betrieben wird, dann wird die Gleichstrom-Hochspannung der Batterie 19 in dem Motorantriebssteuerungsschaltkreis 18 in einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von fm und einem Stromwert Im konvertiert. Diese dreiphasige Wechselstrom wird an die Erregerspule des Stators 16 angelegt. Diese Frequenz fm ist jene Frequenz, die dafür gefordert wird, dass sich das rotierende Magnetfeld, welches durch die Erregerspule erzeugt wird, synchron zu der Rotation des Rotors 15 dreht. Diese Frequenz fm wird durch die CPU 24 basierend auf der Geschwindigkeit (Drehzahl) der Ausgangswelle 10 berechnet. In dem Motorantriebssteuerschaltkreis 18 wird diese Frequenz fm zu der Frequenz des dreiphasigen AC gemacht. Andererseits wird das Ausgangsdrehmoment des Motor/Generators MG2 im Wesentlichen proportional zu dem Stromwert Im des dreiphasigen Wechselstroms. Dieser Stromwert Im wird basierend auf dem geforderten Ausgangsdrehmoment des Motor/Generators MG2 berechnet. Bei der Motorantriebssteuerschaltung 18 wird dieser Stromwert Im zu dem Stromwert des dreiphasigen Wechselstroms. Wenn des Weiteren ein Zustand unter Verwendung einer externen Kraft zum Betreiben des Motor/Generators MG2 eingestellt wird, dann wirkt der MG2 als ein Generator. Die erzeugte Leistung wird zu diesem Zeitpunkt in der Batterie 19 gespeichert. Das geforderte Antriebsdrehmoment wird für den Fall, dass die externe Kraft für das Antreiben des Motor/Generators MG2 verwendet, in der CPU 24 berechnet. Die Motorantriebssteuerungsschaltung 18 wird so betätigt, dass dieses geforderte Antriebsdrehmoment auf die Welle 10 einwirkt. Diese Art einer Antriebssteuerung für den Motor/Generator MG2 wird in gleicher (ähnlicher) Weise ausgeführt, für den Motor/Generator MG1. Das heißt, wenn der Motor/Generator MG1 betrieben wird, dann wird die Gleichstrom-Hochspannungsbatterie 19 in der Motorantriebssteuerschaltung 17 zu einer dreiphasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von fm und einem Stromwert Im konvertiert. Dieser dreiphasige Wechselstrom wird zu der Erregerspule des Stators 14 geführt. Wenn des Weiteren ein Zustand eingestellt wird, wonach eine externe Kraft zum Antreiben des Motor/Generators MG1 verwendet wird, dann wirkt der Motor/Generator MG1 als ein Generator. Die Leistung, die zu dieser Zeit erzeugt wird, wird in der Batterie 19 gespeichert. Zu dieser Zeit wird die Motorantriebessteuerschaltung 17 so betätigt (betrieben), dass das berechnete geforderte Antriebesmoment auf die Welle 8 einwirkt. Als Nächstes wird mit Bezug auf die 2(A), welche den Planetengetriebemechanismus 3 illustriert, die Beziehung der Drehmomente, welche auf die unterschiedlichen Wellen 8, 9 und 10 einwirken, und die Beziehung der Drehzahlen der Wellen 8, 9 und 10 näher erläutert.
In der 2(A) bezeichnet r₁ den Radius eines Teilungskreises des Sonnenrads 4, wohingegen r₂ den Radius eines Teilungskreises des Ringrades 5 bezeichnet. Es sei nunmehr angenommen, dass in dem Zustand, wie er in der 2(A) gezeigt wird, ein Drehmoment Te an die Ausgangswelle 9 des Verbrennungsmotors 1 angelegt wird, wobei eine Kraft F, die in die Rotationsrichtung der Ausgangswelle 9 wirkt, in dem Rotationsmittelpunkt eines jeden Planetenrades 6 erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden Teile, die mit dem Planetenrad 6, dem Sonnenrad 4 und dem Ringrad 5 im Kämmeingriff sind, durch eine Kraft F/2 beaufschlagt, und zwar in die gleiche Richtung, wie die Kraft F. Als ein Ergebnis hiervon wird die Welle 8 des Sonnenrades 4 mit einem Drehmoment Tes (= (F/2)·r₁) beaufschlagt, wohingegen die Welle 10 des Ringrads 5 durch ein Drehmoment Ter (= (F/2)·r₂) beaufschlagt wird. Andererseits wird ein Drehmoment Te, das auf die Ausgangswelle 9 des Verbrennungsmotors 1 wirkt, durch die Gleichung F × (r₁ + r₂)/2 ausgedrückt, sodass dann, wenn das Drehmoment Tes, das auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 einwirkt, durch r₁, r₂ und Te ausgedrückt wird, das Ergebnis hiervon zu Tes = (r₁/(r₁ + r₂))·Te wird, wohingegen dann, wenn das Drehmoment Ter das auf die Welle 10 des Ringrads 5 einwirkt, durch r₁, r₂ und Te ausgedrückt wird, das Ergebnis zu Ter = (r₂/(r₁ + r₂))·Te wird.
Das heißt, dass das Drehmoment Te, welches an der Ausgangswelle 9 des Verbrennungsmotors 1 auftritt, in das Drehmoment Tes, welches auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 einwirkt, und das Drehmoment Ter aufgeteilt wird, das auf die Welle 10 des Ringrads 5 einwirkt, und zwar mit dem Verhältnis von r₁:r₂.
In diesem Fall ist r₂ > r₁, sodass das Drehmoment Ter, das auf die Welle 10 des Ringrads 5 einwirkt, ständig größer als das Drehmoment Tes wird, welches auf die Welle 8 des Sonnenrades 4 einwirkt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass wenn der Radius r₁ des Teilkreises des Sonnenrads/Radius r₂ des Teilkreises des Ringrads 5 definiert wird, d. h., dass wenn die Anzahl an Zähnen des Sonnenrads 4/Anzahl an Zähnen des Ringrads 5 als ρ definiert ist, dann sich Tes durch die Formel Tes = (ρ/(1 + ρ)) × Te ausdrücken lässt und sich Ter durch die Formel Ter = (1/(1 + ρ))·Te ausdrücken lässt.
Wenn andererseits die Rotationsrichtung der Ausgangswelle 9 des Verbrennungsmotors 1, d. h. die Wirkrichtung des Drehmoment Te, wie sie durch den Pfeil in 2(A) dargestellt ist, in die Vorwärtsrichtung weist, und wenn die Rotation des Planetenradträgers 7 gestoppt wird, sowie der Zustand des Sonnenrads 4 derjenige ist, dass dieses in die vorwärtige Richtung dreht, dann dreht das Ringrad 5 in die entgegengesetzte Richtung. Zu diesem Zeitpunkt wird das Verhältnis der Drehzahlen des Sonnenrads 4 und des Ringrads 5 zu r₂:r₁. Die gestrichelte Linie Z1 gemäß der 2(B) illustriert die Beziehung (das Verhältnis) der Drehzahlen zu diesem Zeitpunkt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass gemäß der 2(B) die Ordinate die Vorwärtsrichtung oberhalb des Wertes Null sowie die entgegengesetzte Richtung unterhalb des Wertes Null zeigt. Darüber hinaus zeigt in der 2(B) der Buchstabe S das Sonnenrad 4, der Buchstabe C den Planetenradträger 7 und der Buchstabe R das Ringrad bzw. Hohlrad 5. Wie in der 2(B) ferner dargestellt ist, wird dann, wenn der Abstand zwischen dem Planetenradträger C und dem Ringrad R auf r₁ gesetzt wird, der Abstand zwischen dem Planetenradträger C und dem Sonnenrad S auf r₂ gesetzt, wobei die Drehzahlen des Sonnenrades S, des Planetenradträgers C sowie des Ringrads R durch die schwarzen Punkte dargestellt sind, wobei die die Drehzahlen darstellenden Punkte auf der Linie positioniert sind, welche durch die gestrichelte Linie Z₁ dargestellt ist.
Wenn andererseits die Relativdrehung des Sonnenrads 4, des Ringrads 5 sowie der Planetenräder 6 gestoppt wird, um den Planetenradträger 7 in die vorwärtige Richtung zu drehen, dann werden das Sonnenrad 4, das Ringrad 5 sowie der Planetenradträger 7 in die vorwärtige Richtung gedreht, und zwar mit der gleichen Drehzahl (Drehgeschwindigkeit). Die Beziehung (das Verhältnis) der Drehzahlen zu diesem Zeitpunkt ist durch die unterbrochene bzw. gestrichelte Linie Z₂ dargestellt. Aus diesem Grund wird die Beziehung der aktuellen Drehzahlen durch die durchgezogene Linie Z ausgedrückt, welche durch Überlagern der unterbrochenen Linie Z₁ und der unterbrochenen Linie Z₂ erhalten wird, wobei folglich die die Drehzahlen des Sonnenrads S des Planetenradträgers C sowie des Ringrads R darstellenden Punke auf der Linie positioniert sind, welche durch die durchgezogene Linie Z dargestellt wird. Wenn folglich zwei beliebige Drehzahlen aus dem Sonnenrad S, dem Planetenradträger C sowie dem Ringrad R bestimmt werden, dann kann die verbleibende einzelne Drehzahl automatisch bestimmt werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn die vorstehend beschriebenen Beziehung gemäß der Gleichung r₁/r₂ = ρ verwendet wird, wie es in der 2(B) gezeigt ist, der Abstand zwischen dem Sonnenrad S und dem Planetenradträger C sowie der Abstand zwischen dem Planetenradträger C und dem Ringrad R zu 1:ρ wird.
Die 2(C) illustriert die Drehzahlen des Sonnenrads S, des Planetenradträgers C sowie des Ringrads R sowie der Drehmomente, die auf das Sonnenrad S, den Planetenradträger C sowie das Ringrad R einwirken. Die Ordinate und die Abszisse gemäß der 2(C) sind die gleichen wie in der 2(B). Des Weiteren entspricht die durchgezogene Linie gemäß der 2(C) der durchgezogenen Linie gemäß der 2(B). Andererseits zeigt die 2(C) die Drehmomente, welche auf die entsprechenden Wellen einwirken, an den schwarzen Punkten, welche die Drehzahlen darstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass wenn die Einwirkrichtung des Drehmoments und die Richtung der Rotation an jedem Drehmoment die gleichen sind, dies den Fall zeigt, wonach ein Antriebsmoment an die entsprechende Welle angelegt wird, wohingegen dann, wenn die Einwirkrichtung des Drehmoments und die Rotationsrichtung entgegengesetzt zueinander sind, dies den Fall zeigt, wonach ein Drehmoment auf die entsprechende Welle angelegt wird.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1(C) wird nunmehr der Planetenradträger C mit dem Verbrennungsmotor-Drehmoment Te beaufschlagt. Dieses Verbrennungsmotor-Drehmoment Te spaltet sich in das Drehmoment Ter, welches an das Ringrad R angelegt wird, und das Drehmoment Tes, welches an das Sonnenrad S angelegt wird, auf. Die Welle 10 des Ringrads R wird durch das aufgesplittete Verbrennungsmotor-Drehmoment Ter, das Drehmoment Tm2 des Motorgenerators MG2 und das Fahrzeugantriebsmoment Tr für das Antreiben des Fahrzeugs beaufschlagt. Diese Drehmomente Ter, Tm₂ und Tr sind im Gleichgewicht. In dem Fall gemäß der 2(C) ist das Drehmoment Tm2 ein solches, wonach die Einwirkrichtung des Drehmoments und die Rotationsrichtung die gleichen sind. Das heißt, dieses Drehmoment Tm₂ erzeugt ein Antriebsmoment auf die Welle 10 des Ringrads R. Folglich wird zu diesem Zeitpunkt der Motor/Generator MG2 als ein Antriebsmotor betrieben. In dem Fall gemäß der 2(C) wird die Summe des Verbrennungsmotordrehmoments Ter zu diesem Zeitpunkt aufgeteilt, wobei das Antriebsmoment Tm₂ durch den Motor/Generator MG2 mit dem Fahrzeugantriebsmoment Tr vergleichmäßigt wird. Aus diesem Grunde wird zu diesem Zeitpunkt das Fahrzeug durch den Verbrennungsmotor 1 sowie den Moto/Ggenerator MG2 angetrieben.
Andererseits wird die Welle 8 des Sonnenrads 5 durch das aufgesplittete Verbrennungsmotordrehmoment Tes und das Drehmoment Tm₁ des Motor/Generators MG1 beaufschlagt. Diese Drehmoment Tes und Tm₁ sind im Gleichgewicht. In dem Fall gemäß der 2(C) ist das Drehmoment Tm₁ ein solches, wobei die Einwirkrichtung des Drehmoments und die Rotationsrichtung entgegengesetzt zueinander sind, das heißt, dass das Drehmoment Tm₁ zu dem Antriebsmoment wird, welches von der Welle 10 des Ringrads R abgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt wird folglich der Motor/Generator MG1 als ein Generator betrieben. Das heißt, das aufgesplittete Verbrennungsmotordrehmoment Tes gleich dem Drehmoment für das Antreiben des Motor/Generators MG1 wird. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der Motor/Generator MG1 durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben.
In der 2(C) zeigen die Größen Nr, Ne, und Nf jeweils die Drehzahlen (Drehgeschwindigkeiten) der Welle 10 des Ringrads R, der Welle des Planetenradträgers C, das heißt, der Antriebswelle 9 beziehungsweise der Welle 8 des Sonnenrads S. Daher wird die Beziehung unter den Drehzahlen der Wellen 8, 9 und 10 sowie die Beziehung unter den Drehmomenten, die auf die Wellen 8, 9 und 10 einwirken aus der 2(C) auf einen Blick deutlich. Die 2(C) wird als ein „Nomogramm” bezeichnet. Die durchgezogen Linie gemäß der 2(C) wird als eine „Betriebslinie” bezeichnet.
Wenn, wie in der (C) gezeigt wird, nunmehr das Fahrzeugantriebsdrehmoment Tr beträgt und die Drehzahl des Ringrads 5 Nr beträgt, dann lässt sich die Fahrzeugsantriebsleistung Pr für das Antreiben des Fahrzeugs ausdrücken durch die Formel Pr = Tr·Nr. Des Weiteren wird die Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 zu diesem Zeitpunkt durch ein Produkt aus Te·Ne des Verbrennungsmotordrehmoments Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgedrückt. Andererseits wird zu diesem Zeitpunkt eine Erzeugungsenergie des Motor/Generators MG1 in ähnlicher Weise durch ein Produkt aus dem Drehmoment und der Drehzahl ausgedrückt. Aus diesem Grunde wird die Erzeugungsenergie des Motor/Generators MG1 zu Tm₁·Ns. Des Weiteren wird die Antriebsenergie des Motor/Generators MG2 ebenfalls durch ein Produkt aus dem Drehmoment und der Drehzahl ausgedrückt. Aus diesem Grunde wird die Antriebsenergie des Motor/Generators MG2 zu Tm₂·Nr. Wenn an dieser Stelle die Erzeugungsenergie Tm₁·Ns des Motor/Generators MG1 gleich zu der Antriebsenergie Tm₂·Nr des Motor/Generators MG2 angenommen wird und die Leistung, welche durch den Motor/Generator MG1 erzeugt wird, dazu verwendet wird, um den Motorgenerator MG2 anzutreiben, dann wird die Gesamtausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 durch die Fahrzeugantriebsleistung Pr verbraucht. Zu diesem Zeitpunkt wird Pr = Pe, wobei folglich gilt Tr·Nr = Te·Ne. Das heißt, dass das Verbrennungsmotordrehmoment Te zu dem Fahrzeugantriebsdrehmoment Tr konvertiert wird. Folglich führt das Ausgangsleistungsreguliersystem 2 einen Drehmomentkonvertierbetrieb durch. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in der Realität ein Erzeugungsverlust sowie ein Getriebeverlust auftritt, sodass die Gesamtausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 nicht vollständig als die Fahrzeugantriebsleistung Pr verwendet werden kann, wobei jedoch das Ausgangsleistungsreguliersystem 2 nach wie vor einen Drehmomentkonvertierbetrieb ausführt.
Die 3(A) zeigt äquivalente Ausgangsleistungslinien Pe₁ bis Pe₉ des Verbrennungsmotors 1. Unter den einzelnen Werten der Ausgangsleistungen existiert die Beziehung Pe₁ < Pe₂ < Pe₃ < Pe₄ < Pe₅ < Pe₆ < Pe₇ < Pe₈ < Pe₉.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Ordinate gemäß der 3(A) das Verbrennungsmotordrehmoment Te zeigt, wohingegen die Abszisse gemäß der 3(A) die Motordrehzahl Ne darstellt. Aus der 3(A) lässt sich ferner entnehmen, dass zahllose Kombinationen zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne existieren, welche die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 gewährleisten, die für das Antreiben des Fahrzeugs erforderlich ist. Unabhängig davon, welche Kombination aus dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgewählt wird, ist es in diesem Fall möglich, das Verbrennungsmotordrehmoment Te zu dem Fahrzeugantriebsmoment Tr in dem Ausgangsleistungsreguliersystem 2 zu konvertieren. Wenn folglich dieses Ausgangsleistungsreguliersystem 2 verwendet wird, dann wird es möglich, eine gewünschte Kombination aus dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne festzulegen, die eine gleiche Verbrennungsmotorausgangsleistung Pe ergibt. In der vorliegenden Erfindung wird, wie nachfolgend noch beschrieben ist, eine Kombination aus dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne festgelegt, welche in der Lage ist, die erforderliche Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 zu gewährleisten und den besten (günstigsten) Kraftstoffverbrauch zu. erhalten. Die Beziehung, welche in der 3(A) dargestellt ist, wird im Vorfeld in der ROM 22 abgespeichert.
Die 3(B) zeigt die äquivalenten Gaspedalöffnungsgradlinien des Beschleunigungspedals 27, d. h. die äquivalenten Niederdrücklinien L. Die Niederdrückbeträge L sind in Prozent mit Bezug auf die äquivalenten Niederdrücklinien L dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ordinate gemäß der 3(B) das geforderte Fahrzeugantriebsmoment TrX zeigt, welches für das Antreiben des Fahrzeugs erforderlich ist, wohingegen die Abszisse gemäß der 3(B) die Drehzahl Nr des Ringrads 5 zeigt. Aus der 3(B) lässt sich entnehmen, dass das geforderte Fahrzeugantriebsmoment TrX aus dem Niederdrückbetrag L des Beschleunigungspedals 27 sowie aus der Drehzahl Nr des Ringrads 5 zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird. Die Beziehung, wie sie in 3(B) gezeigt ist, wird im Vorfelde in dem ROM 22 abgespeichert. Als nächstes wird mit Bezug auf 4 die Basissteuerroutine für den Betrieb eines Fahrzeugs näher erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Routine durch Unterbrechung zu vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird.
Mit Bezug auf die 4 wird zuerst in dem Schritt 100 die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl Nr des Ringrads 5 erfasst. Als nächstes wird in Schritt 101 der Niederdrückbetrag L des Beschleunigungspedals 27 eingelesen. Als nächstes wird in Schritt 102 das geforderte Fahrzeugantriebsmoment TrX aus der Beziehung, wie sie in der 3(B) gezeigt ist, berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 103 die Drehzahl Nr des Ringrads 5 mit dem geforderten Fahrzeugantriebsmoment TrX multipliziert, um die geforderte Fahrzeugantriebsleistung Pr (= TrX·Nr) zu berechnen. In Schritt 104 wird als nächstes zur geforderten Fahrzeugantriebsleistung Pr die Verbrennungsmotorausgangsleistung Pd, um für ein Laden oder Entladen der Batterie 19 vergrößert oder verkleinert zu werden, und die Verbrennungsmotorausgangsleistung Ph addiert, die für das Betreiben von Hilfsaggregaten erforderlich ist, um die Ausgangsleistung Pn zu berechnen, die von dem Verbrennungsmotor 1 gefordert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verbrennungsmotorausgangsleistung Pd für das Laden und Entladen der Batterie 19 durch eine Routine berechnet wird, wie sie in der nachfolgend noch beschriebenen 5(B) gezeigt ist.
Als Nächstes wird in Schritt 105 die Ausgangsleistung Pr, welche durch den Verbrennungsmotor 1 gefordert ist, durch die Effizienz ηt der Drehmomentkonvertierung in dem Ausgangsleistungsreguliersystem 2 dividiert, um die abschließende geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 zu berechnen (= Pn/ηt). In Schritt 106 werden aus der Beziehung, wie sie in der 3(A) gezeigt ist, das erforderliche Verbrennungsmotordrehmoment TeX und die erforderliche Verbrennungsmotordrehzahl NeX und so weiter festgelegt, welche die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe erfüllen und die den minimalen Kraftstoffverbrauch ergeben. Das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment TeX sowie die geforderte Verbrennungsmotordrehzahl NeX usw. werden durch eine Routine festgelegt, die nachfolgend anhand der 24 und der 28 noch näher beschrieben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Erfindung der „minimale Kraftstoffverbrauch” den minimalen Kraftstoff bedeutet, wenn nicht nur die Effizienz des Verbrennungsmotors 1 sondern auch die Getriebeeffizienz des Ausgangsleistungsreguliersystems 2 usw. betrachtet wird.
In Schritt 107 wird nachfolgend das geforderte Drehmoment Tm₂X des Motor/Generators MG2 (= TrX – Ter = TrX – TeX/(1 + ρ)) aus dem geforderten Fahrzeugsantriebsmoment TrX und dem geforderten Verbrennungsmotor Drehmoment TeX berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 108 die geforderte Drehzahl NsX für das Sonnenrad 4 aus der Drehzahl Nr des Ringrads 5 und der geforderten Verbrennungsmotordrehzahl NeX berechnet. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Beziehung, wie sie in der 2(C) gezeigt ist, der Term entwickelbar ist (NeX – Ns):(Nr – NeX) = 1:ρ, sodass die geforderte Drehzahl NsX des Sonnenrads 4 durch Nr – (Nr – NeX)·(1 + ρ)/ρ ausgedrückt wird, wie dies durch Schritt 108 gemäß der 4 dargestellt wird.
Als Nächstes wird in Schritt 109 der Motor/Generator MG1 so gesteuert, dass die Drehzahl des Motor/Generators MG1 die geforderte Drehzahl NsX annimmt. Falls die Drehzahl des Motor/Generators MG1 die geforderte Drehzahl NsX annimmt, wird die Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der geforderten Verbrennungsmotordrehzahl NeX, wobei folglich die Verbrennungsmotordrehzahl Ne durch den Motor/Generator MG1 in Richtung zu der geforderten Verbrennungsmotordrehzahl NeX gesteuert wird. In Schritt 110 wird als nächstes der Motor/Generator MG2 so gesteuert, dass das Drehmoment des Motorgenerators MG2 zu dem geforderten Drehmoment Tm₂X wird. In Schritt 111 wird dann der Betrag an eingespritztem Kraftstoff, der für das Erhalten des geforderten Verbrennungsmotordrehmoments TeX erforderlich ist, sowie der Soll- bzw. Zielöffnungsgrad des Drosselventils berechnet. In Schritt 112 wird der Verbrennungsmotor 1 basierend auf diesen Werten gesteuert.
In dieser Hinsicht ist es in einem Fahrzeug der Hybridbauart erforderlich, die gespeicherte Ladung der Batterie 19 die gesamte Zeit auf einem konstanten Wert oder darüber aufrechtzuerhalten. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in der 5(A) gezeigt ist, die gespeicherte Ladung SOC zwischen einem unteren Grenzwert SC₁ und einem oberen Grenzwert SC₂ gehalten.
Das heißt, dass wenn in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorlegenden Erfindung die gespeicherte Ladung SOC unterhalb des unteren Grenzwerts SC₁ fällt, die Verbrennungsmotorausgangsleistung beträchtlich angehoben wird, um den Betrag an Leistung, der hierdurch erzeugt wird, zu erhöhen. Falls die gespeicherte Ladung SOC den oberen Grenzwert SC₂ überschreitet, dann wird die Verbrennungsmotorausgangsleistung beträchtlich reduziert, um den Betrag an Leistungsverbrauch durch den Motor/Generator zu erhöhen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die gespeicherte Ladung SOC beispielsweise durch Addieren des Lade- und Entladestroms I der Batterie 19 berechnet wird.
Die 5(B) zeigt eine Steuerroutine für das Laden und Entladen der Batterie 19. Diese Routine wird durch Unterbrechungen in vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt.
Mit Bezug auf die 5(B) wird als erstes in Schritt 120 die gespeicherte Ladung SOC mit dem Lade- und Entladestrom I der Batterie 19 addiert. Dieser Stromwert I wird zu einem Zeitpunkt des Ladens auf plus gesetzt und wird zu einem Zeitpunkt des Entladens auf minus gesetzt. Als Nächstes wird in Schritt 121 beurteilt, ob sich die Batterie 19 in Mitten eines erheblichen Ladezustands befindet. Wenn diese sich nicht in Mitten eines erheblichen Ladezustands befindet, dann schreitet die Routine zu Schritt 122 fort, wo beurteilt wird, ob die gespeicherte Ladung SOC auf einen Wert gefallen ist, der unterhalb des unteren Grenzwerts SC₁ liegt. Falls SOC < SC₁, dann schreitet die Routine zu Schritt 124 fort, wo die Verbrennungsmotorausgangsleistung Pd von Schritt 104 gemäß der 4 auf einen vorbestimmten Wert Pd₁ gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Verbrennungsmotorausgangsleistung erheblich erhöht und die Batterie 19 erheblich geladen. Falls die Batterie 19 erheblich geladen wird (Zwangsgeladen) dann schreitet die Routine von Schritt 121 zu Schritt 123 fort, wo beurteilt wird, ob die Zwangsladungsaktion vervollständigt ist. Die Routine schreitet zu Schritt 124 fort, nachdem die Zwangsladungsaktion vervollständigt worden ist.
Wenn andererseits in Schritt 122 bestimmt wird, dass SOC ≥ SC₁, dann schreitet die Routine zu Schritt 125 fort, wo beurteilt wird, ob sich die Batterie 19 in Mitten einer erheblichen Entladephase befindet. Wenn sich die Batterie nicht in Mitten eines erheblichen Entladevorgangs befindet, dann schreitet die Routine zu Schritt 126 fort, wo beurteilt wird, ob die gespeicherte Ladung SOC den oberen Grenzwert SC₂ überschritten hat. Falls SOC > SC₂, schreitet die Routine zu Schritt 128 fort, wo die Verbrennungsmotorausgangsleistung Pd in Schritt 104 gemäß der 4 auf den vorbestimmten Wert Pd₂ eingestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Verbrennungsmotorausgangsleistung erheblich reduziert und demzufolge die Batterie 19 erheblich entladen. Falls die Batterie 19 erheblich entladen wird, schreitet die Routine von Schritt 125 zu Schritt 127 fort, wo beurteilt wird, ob die erhebliche Entladeaktion vervollständigt ist oder nicht. Die Routine schreitet zu Schritt 128 fort, nachdem die erhebliche Entladeaktion geendet hat.
Als Nächstes wird eine Verbrennungskraftmaschine der Funkenzündungsbauart gemäß der 1 mit Bezug auf die 6 näher erläutert.
Mit Bezug auf die 6 bezeichnet das Bezugszeichen 30 ein Kurbelgehäuse, 31 einen Zylinderblock, 32 einen Zylinderkopf, 33 einen Kolben, 34 eine Verbrennungskammer, 35 eine Zündkerze, die an dem oberen Mittelpunkt der Verbrennungskammer 34 angeordnet ist, 36 ein Einlassventil, 37 ein Einlassanschluss, 38 ein Auslassventil und 39 einen Auslassanschluss. Der Einlassanschluss 37 ist über eine Einlasszweigleitung 40 an einen Drucktank 41 angeschlossen, wohingegen die Einlasszweigleitung 40 mit einem Kraftstoffeinspritzer 42 für das Einspritzen von Kraftstoff in Richtung eines entsprechenden Einlassanschlusses 37 versehen ist. Es sei darauf hingewiesen, dass jeder Kraftstoffeinspritzer 42 an jeder Verbrennungskammer 34 an Stelle der Anordnung an jeder Einlasszweigleitung 40 angeordnet sein kann. Der Drucktank 41 ist über einen Einlasskanal 43 an einen Luftfilter 44 angeschlossen, wohingegen der Einlasskanal 43 mit einem Drosselventil 46 innerhalb von diesen versehen ist, welches durch einen Aktor 45 betrieben wird, sowie mit einem Einlassluftbetragdetektor 47 unter Verwendung beispielsweise eines Heizdrahts versehen ist. Andererseits ist der Auslassanschluss 39 über einen Abgaskrümmer 48 an einen Katalysatorkonverter 49 angeschlossen, der beispielsweise einen Dreiwegekatalysator aufnimmt, wohingegen der Abgaskrümmer 48 mit einem darin angeordneten Luftkraftstoffverhältnissensor 49a versehen ist.
Andererseits ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 6 der Anschlussteil des Kurbelgehäuses 30 und des Zylinderblocks 31 mit einem Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis versehen, der in der Lage ist, die Relativpositionen des Kurbelgehäuses und des Zylinderblocks 31 in der Zylinderaxialrichtung zu verändern, um das Volumen der Verbrennungskammer 34 zu ändern, wenn sich der Kolben 33 in seinem oberen Kompressionstotpunkt positioniert, wobei des Weiteren ein Mechanismus für ein variables Ventilzeitzeitverhalten vorgesehen ist, der in der Lage ist, die Schließzeit des Einlassventils 7 zu steuern, um den eingelagerten Luftbetrag zu steuern, der aktuell in die Verbrennungskammer 34 eingeleitet wird.
Die 7 ist eine demontierte Perspektivenansicht des Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis gemäß der 6, wohingegen die 8 eine seitliche Querschnittsansicht der illustrierten Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Mit Bezug auf die 7 sind an dem Boden der zwei Seitenwände des Zylinderblocks 31 eine Mehrzahl von vorstehenden Teilen 50 ausgeformt, die voneinander in einem vorbestimmten Abstand separiert sind. Jeder vorstehende Teil 50 ist mit einem im Querschnitt kreisförmigen Nockeneinsatzdurchgangsloch 51 ausgeformt. Andererseits ist die obere Fläche des Kurbelgehäuses 30 mit einer Mehrzahl von vorstehenden Teilen 52 ausgeformt, die voneinander um einen vorbestimmten Abstand separiert sind und zwischen den jeweiligen vorstehenden Teilen 50 angeordnet sind. Diese vorstehenden Teile 52 sind ferner mit im Querschnitt kreisförmigen Nockeneinsatzdurchgangslöchern 51 ausgeformt.
Wie ferner in der 7 gezeigt wird, ist ein paar Nockenwellen 54, 55 vorgesehen. Jede der Nockenwellen 54, 55 hat kreisförmige Nocken 56, die daran fixiert sind, damit sie drehbar in die Nockeneinsatzlöcher 51 an jeder betreffenden Position eingesetzt werden können. Diese kreisförmigen Nocken 56 sind koaxial zu der Rotationsachse der Nockenwellen 54, 55. Andererseits erstrecken sich zwischen den kreisförmigen Nocken 56, wie es durch die Schraffur in der 8 gezeigt wird, exzentrische Wellen 57, welche exzentrisch mit Bezug auf die Rotationsachse der Nockenwelle 54, 55 angeordnet sind. Jede exzentrische Welle 57 hat weitere kreisförmige Nocken 58, die drehbar an diesen exzentrisch gelagert sind. Wie in der 7 gezeigt ist, sind diese kreisförmigen Nocken 58 zwischen den kreisförmigen Nocken 56 angeordnet. Diese kreisförmigen Nocken 58 sind drehbar in die entsprechenden Nockeneinsatzlöcher 53 eingesetzt.
Wenn die kreisförmigen Nocken 56, welche an den Nockenwellen 54, 55 befestigt sind, in die entgegengesetzten Richtungen drehen, wie dies durch die durchgezogenen Linienpfeile gemäß der 8(A) gezeigt wird, und zwar ausgehend von dem Zustand, wie er in der 8(A) dargestellt ist, dann bewegen sich die exzentrischen Wellen 57 in Richtung zur Bodenmitte, wobei sich die kreisförmige Nocken 58 in die entgegengesetzten Richtungen zu den kreisförmigen Nocken 56 in den Nockeneinsatzlöchern 53 drehen, wie dies durch die unterbrochenen Linienpfeile in der 8(A) gezeigt wird. Wie in der 8(B) dargestellt ist, bewegen sich die Mitten der kreisförmigen Nocken 58 in Richtung unterhalb der exzentrischen Wellen 57, wenn sich die exzentrischen Wellen 57 in Richtung zur Bodenmitte bewegen.
Wie es aus einem Vergleich der 8(A) und der 8(B) zu entnehmen ist, werden die Relativpositionen des Kurbelgehäuses 30 und des Zylinderblocks 31 durch die Distanz zwischen den Mitten der kreisförmigen Nocken 56 und den Mitten der kreisförmigen Nocken 58 bestimmt. Je größer die Distanz zwischen den Mitten der kreisförmigen Nocken 56 und den Mitten der kreisförmigen Nocken 58 ist, desto weiter ist der Zylinderblock 31 von dem Kurbelgehäuse 30 entfernt. Wenn sich der Zylinderblock 31 von dem Kurbelgehäuse 30 wegbewegt, wird das Volumen der Verbrennungskammer 34 vergrößert, wenn sich der Kolben 33 in dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert, wodurch durch In-Rotation-Versetzen der Nockenwellen 54, 55 das Volumen der Verbrennungskammer 34 geändert werden kann, wenn sich der Kolben 33 in dem oberen Totpunkt positioniert.
Um die Nockenwellen 34, 35 in die entgegen gesetzten Richtungen zu drehen, ist, wie es in der 7 gezeigt wird, die Welle des Antriebsmotors 59 mit einem paar Schneckengetrieben 61, 62 mit unterschiedlichen Schraubenrichtungen versehen. Zahnräder 63, 64, die mit diesen Schneckengetrieben/Schneckenrädern 61, 62 in Kämmeingriff sind, sind an Enden der Nockenwellen 54, 55 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Antriebsmotor 59 angetrieben werden, um das Volumen der Verbrennungskammer 34 zu verändern, wenn der Kolben 33 in dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, und zwar über einen weiten Bereich. Dabei sei darauf hingewiesen, dass der Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis, wie er aus der 6 bis 8 gezeigt ist, ein Ausführungsbeispiel darstellt. Jede Art eines Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis kann verwendet werden.
Andererseits zeigt die 9 einen Mechanismus B für ein variables Ventilzeitzeitverhalten, der an das Ende der Nockenwelle 70 für das Antreiben des Einlassventils 36 gemäß der 6 befestigt ist. Mit Bezug auf die 9 ist der Mechanismus B für ein variables Ventilzeitzeitverhalten mit einer Zeitscheibe 71, welche durch die Ausgangswelle 9 des Verbrennungsmotors 1 über einen Zeitriemen in die Pfeilrichtung gedreht wird, mit einem zylindrischen Gehäuse 72, welches zusammen mit der Zeitscheibe 71 dreht, mit einer Welle 73 versehen, die in der Lage ist, zusammen mit einer Eingangsventil-Antriebsnockenwelle 70 zu drehen und relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 zu drehen, mit einer Mehrzahl von Unterteilungen 74, welche sich von einem inneren Umfang des zylindrischen Gehäuses 72 zu einem äußeren Umfang der Welle 73 hin erstrecken, und mit Flügeln 75 versehen, die sich zwischen den Teilungen 74 von dem äußeren Umfang der Welle 73 zum innenseitigen Umfang des zylindrischen Gehäuses 72 erstrecken, wobei die zwei Seiten der Flügel 75 vorauseilende hydraulische Kammern 76 sowie nacheilende hydraulische Kammern 77 ausbilden.
Die Leitung an Betriebsöl zu den Hydraulikkammern 76, 77 wird durch ein Betriebsölzuführsteuerventil 78 gesteuert. Dieses Betriebszuführungssteuerventil 78 ist mit Hydraulikanschlüssen 79, 80, welche an die hydraulischen Kammern 76, 77 angeschlossen sind, einem Förderanschluss 82 für das Arbeitsöl, welches von einer Hydraulikpumpe 81 ausgestoßen wird, einem paar Drainageanschlüsse 83, 84 und einem Schieberventil 85 für das Steuern des Anschließens und Abkoppelns der Anschlüsse 79, 80, 82, 83, 84 versehen.
Um die Phase der Nocken der Einlassventilantriebsnockenwelle 70 gemäß der 9 vorzustellen, wird das Schieberventil 85 dazu gebracht, sich nach rechts zu bewegen, wobei Arbeitsöl, das von dem Förderanschluss 82 zugeführt wird, durch den Hydraulikanschluss 79 den vorauseilenden Hydraulikammern 76 zugeführt wird, wobei Arbeitsöl in den nacheilenden Hydraulikkammern 77 von dem Drainageanschluss 84 abgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Welle 73 dazu gebracht, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in die Pfeilrichtung zu drehen.
Um die Phase der Nocken der Einlassventilantriebsnockenwelle 70 gemäß der 9 zurückzustellen, wird im Gegensatz zu der vorstehenden Beschreibung das Schiebeventil 85 dazu gebracht, sich nach links zu bewegen, wobei Arbeitsöl, welches von dem Förderanschluss 82 zugeführt wird, über den Hydraulikanschluss 80 zu den nacheilenden Hydraulikkammern 77 geleitet wird, wobei das Arbeitsöl in den vorauseilenden Hydraulikkammern 76 von dem Drainageanschluss 83 abgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Welle 73 dazu gebracht, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in eine Richtung entgegengesetzt zu den eingezeichneten Pfeile zu drehen.
Wenn die Welle 73 dazu gebracht wird, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 zu drehen, falls das Schieberventil 85 in seine neutrale Position zurückkehrt, wie dies in der 9 gezeigt ist, dann wird der Betrieb der Relativrotation der Welle 73 beendet, wobei die Welle 73 in der Relativdrehposition zu diesem Zeitpunkt gehalten wird. Folglich ist es möglich, den Mechanismus B für ein variables Ventilzeitzeitverhalten zu verwenden, um die Phase der Nocken der Einlassventilantriebsnockenwelle 70 um exakt den vorbestimmten Betrag vor- oder zurückzustellen.
In 10 zeigt die durchgezogene Linie, wenn der Mechanismus B für ein variables Ventilzeitzeitverhalten dazu verwendet wird, die Phase der Nocken der Einlassventilantriebsnockenwelle 70 maximal vorzustellen, wohingegen die unterbrochene Linie zeigt, wie dieser verwendet wird, um die Phase der Nocken der Einlassventilantriebsnockenwelle 70 maximal zurückzustellen. Daher kann die Öffnungszeit des Einlassventils 36 zwischen einem Bereich, welcher durch die durchgezogene Linie gemäß der 10 dargestellt wird, und dem Bereich frei eingestellt werden, welcher durch die unterbrochene Linie dargestellt wird, wodurch die Schließzeit des Einlassventils 36 auf jeden Kurbelwinkel in dem durch den Pfeil C gemäß der 10 dargestellten Bereich eingestellt werden kann.
Der Mechanismus B für ein variables Ventilzeitzeitverhalten gemäß der 6 und gemäß der 9 stellt ein Beispiel dar. Beispielsweise kann ein Mechanismus für ein variables Ventilzeitzeitverhalten oder andere verschiedene Arten von variablen Ventilzeitmechanismen verwendet werden, die in der Lage sind, lediglich die Schließzeit des Einlassventils zu verändern, wohingegen die Öffnungszeit des Einlassventils konstant verbleibt.
Als Nächstes werden die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Terme sowie deren Bedeutung nachfolgend mit Bezug auf die 11 erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die 11(A), (B) und (C) beispielhaft Anwendungen eines Verbrennungsmotors 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, wenn sich der Kolben in seinem oberen Kompressionstodpunkt befindet.
Die 11(A) erläutert das mechanische Kompressionsverhältnis. Demzufolge ist das mechanische Kompressionsverhältnis ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens sowie dem Verbrennungskammervolumen zu einem Zeitpunkt eines Kompressionshubs mechanisch bestimmt wird. Dieses mechanische Kompressionsverhältnis wird ausgedrückt durch (Kompressionskammervolumen + Hubvolumen)/Verbrennungskammervolumen). In dem in der 11(A) gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieses mechanische Kompressionsverhältnis zu (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
Die 11(B) erläutert das aktuelle Kompressionsverhältnis (Ist-Kompressionsverhältnis). Dieses Ist-Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem aktuellen Hubvolumen des Kolbens von dem Zeitpunkt an, wenn die Kompressionsaktion aktuell gestartet wird, zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und dem Verbrennungskammervolumen bestimmt wird. Dieses aktuelle Kompressionsverhältnis lässt sich durch (Kompressionskammervolumen + aktuelles Hubvolumen)/Verbrennungskammervolumen a usdrücken. Das heißt, dass gemäß der 11(B), selbst wenn der Kolben beginnt, sich in dem Kompressionshub anzuheben, keine Kompressionsaktion ausgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet ist. Die aktuelle Kompressionsaktion wird gestartet, nachdem das Einlassventil geschlossen wird. Daher lässt sich das aktuelle Kompressionsverhältnis unter Verwendung des aktuellen Hubvolumens wie folgt ausdrücken. In dem Beispiel gemäß der 11(B) erhält man für das aktuelle Kompressionsverhältnis (50 ml + 450 ml)/50 m1 = 10.
Die 11(C) erläutert das Expansionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens zu dem Zeitpunkt eines Expansionshubs und aus dem Verbrennungskammervolumen bestimmt wird. Dieses Expansionsverhältnis wird durch die Formel (Kompressionskammervolumen + Hubvolumen)/Verbrennungskammervolumen) ausgedrückt. In dem in der 11(C) dargestellten Ausführungsbeispiel erhält man für dieses Expansionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
Als Nächstes wird ein super erhöhter Expansionsverhältniszyklus, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit Bezug auf die 12 und die 13 näher erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die 12 die Beziehung zwischen der theoretischen thermischen Effizienz und dem Expansionsverhältnis zeigt, wohingegen die 13 einen Vergleich zwischen dem durchschnittlichen Zyklus und dem super hohen Expansionsverhältniszyklus zeigt, welche wahlweise in Übereinstimmung mit der Belastung in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die 13(A) zeigt den durchschnittlichen Zyklus, wenn das Einlassventil nahe dem unteren Totpunkt geschlossen ist und die Kompressionsaktion durch den Kolben von im Wesentlichen nahe dem unteren Kompressionstodpunkt aus startet. In dem in der 13(A) weiterhin gezeigten Ausführungsbeispiel wird in der gleichen Weise wie in den Ausführungsbeispielen gemäß der 11(A), (B) und (C) das Verbrennungskammervolumen auf 50 ml eingestellt und wird das Hubvolumen des Kolbens auf 500 ml festgelegt. Wie aus der 13(A) entnommen werden kann, ist in einem durchschnittlichen Zyklus das mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, wobei das aktuelle Kompressionsverhältnis ebenfalls einen Wert um 11 annimmt, und das Expansionsverhältnis erhält ebenfalls den Wert (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Das heißt, dass in einer durchschnittlichen Verbrennungsmaschine das mechanische Kompressionsverhältnis sowie das aktuelle Kompressionsverhältnis und das Expansionsverhältnis im Wesentlichen einander gleich werden.
Die durchgezogene Linie in der 12 zeigt eine Änderung hinsichtlich der theoretischen thermischen Effizienz in dem Fall, wonach das aktuelle Kompressionsverhältnis und das Expansionsverhältnis im Wesentlichen einander gleich sind, d. h., in dem durchschnittlichen Zyklus. In diesem Fall lässt sich entnehmen, dass, je größer das Expansionsverhältnis ist, d. h. je höher das aktuelle Kompressionsverhältnis ist, desto höher wird die theoretische thermische Effizienz. Um folglich in einem durchschnittlichen Zyklus die theoretische thermische Effizienz zu erhöhen, sollte das aktuelle Kompressionsverhältnis höher eingestellt werden. Infolge der Beschränkungen bei dem Auftreten von Klopfen zu einem Zeitpunkt, an welchem die Verbrennungsmaschine in einem Hochlastbetrieb gefahren wird, kann jedoch das aktuelle Kompressionsverhältnis lediglich gerade auf das Maximum von ungefähr 12 angehoben werden, wobei demzufolge in einem herkömmlichen Zyklus die theoretische thermische Effizienz nicht ausreichend hoch gemacht werden kann.
Andererseits lässt sich bei dieser Situation entnehmen, wie die theoretische thermische Effizienz angehoben werden kann, während strikt zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem aktuellen Kompressionsverhältnis unterschieden wird, wobei als ein Ergebnis hiervon feststellbar ist, dass bei der theoretischen thermischen Effizienz das Expansionsverhältnis dominant (maßgeblich) ist und die theoretische thermische Effizienz durch das aktuelle Kompressionsverhältnis nicht derart beeinflusst wird. Das heißt, dass, wenn das aktuelle Kompressionsverhältnis ansteigt, die Explosionskraft ebenfalls ansteigt, wobei jedoch eine Kompression eine hohe Energie erforderlich macht, so dass demzufolge selbst dann, wenn das aktuelle Kompressionsverhältnis angehoben wird, die theoretische thermische Effizienz nicht in der Art ansteigen wird.
Wenn im Gegensatz hierzu das Expansionsverhältnis angehoben wird, bedeutet dies, dass je länger die Zeitdauer, während welcher eine Kraft einwirkt, um den Kolben nach unten zu drücken, und zwar zu einer Zeit eines Expansionshubs, ist, desto länger wird die Zeit, in welcher der Kolben eine Rotationskraft auf die Kurbelwelle abgibt. Dies bedeutet, dass je größer das Expansionsverhältnis wird, desto höher wird die theoretische thermische Effizienz. Die unterbrochenen Linien gemäß der 12 zeigen die theoretische thermische Effizienz in dem Fall, wonach die aktuellen Kompressionsverhältnisse auf die Werte 5, 6, 7, 8, 9, 10 jeweils festgelegt sind und die Expansionsraten in diesem Zustand ansteigen. Es sei darauf hingewiesen, dass in der 12 die schwarzen Punkte die Spitzenpositionen bzgl. der theoretischen thermischen Effizienz darstellen, wenn die aktuellen Kompressionsverhältnisse ε auf die Werte 5, 6, 7, 8, 9, 10 festgelegt sind. Aus der 12 lässt sich daher entnehmen, dass der Steigerungsbetrag der theoretischen thermischen Effizienz dann, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand angehoben wird, wonach das aktuelle Kompressionsverhältnis ε bei einem niedrigen Wert von beispielsweise 10 beibehalten bleibt, und der Anstiegsbetrag der theoretischen, thermischen Effizienz in dem Fall, wonach das aktuelle Kompressionsverhältnis ε entlang dem Expansionsverhältnis, wie es durch die durchgezogene Linie gemäß der 12 dargestellt wird angehoben wird, nicht besonders voneinander verschieden sind.
Falls das aktuelle Kompressionsverhältnis ε in dieser Weise auf einem niedrigen Wert gehalten wird, dann wird kein Klopfen auftreten, so dass folglich dann, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand angehoben wird, wonach das aktuelle Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert beibehalten bleibt, das Auftreten von Klopfen verhindert werden kann und die theoretische thermische Effizienz deutlich angehoben werden kann.
Die 13(B) zeigt ein Beispiel des Falles, wenn der Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis und der Mechanismus B für ein variables Ventilzeitzeitverhalten verwendet wird, um das aktuelle Kompressionsverhältnis ε auf einem niedrigen Wert zu halten und das Expansionsverhältnis anzuheben.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 13(B) wird der Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis verwendet, um das Verbrennungskammervolumen von 50 ml auf 20 ml zu verkleinern. Andererseits wird der variable ventilseitige Mechanismus dazu verwendet, die Schließzeit des Einlassventils zu verzögern, bis das aktuelle Hubvolumen des Kolbens von 500 ml auf 200 ml geändert worden ist. Als ein Ergebnis hiervon wird in diesem Ausführungsbeispiel das aktuelle Kompressionsverhältnis zu (20 ml –+ 200 ml)/20 ml = 11 und das Expansionsverhältnis wird zu (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26). In dem durchschnittlichen Zyklus gemäß der 13(A) wie dieser vorstehend beschrieben wurde, beträgt das aktuelle Kompressionsverhältnis ungefähr 11 und das Expansionsverhältnis ungefähr 11.
Im Vergleich mit diesem Fahl lässt sich aus dem Fall gemäß der 13(B) entnehmen, dass lediglich das Expansionsverhältnis auf den Wert 26 angehoben wird. Dies ist der Grund dafür, dass dieser Fall als „superhoher Expansionsverhältniszyklus” bezeichnet wird.
Wenn, wie vorstehend ausgeführt wurde, das Expansionsverhältnis ansteigt, dann wird die theoretische thermische Effizienz verbessert und folglich auch der Kraftstoffverbrauch verbessert. Aus diesem Grunde wird das Expansionsverhältnis vorzugsweise angehoben und zwar so weit wie möglich in einen Betriebsbereich hinein. Da jedoch, wie in der 13(B) gezeigt ist, bei dem super hohen Expansionsverhältniszyklus das aktuelle Kolbenhubvolumen zum Zeitpunkt des Kompressionshubs kleiner gemacht wird, wird die Menge an Einlassluft, welche in die Verbrennungskammer 34 einströmt, ebenfalls kleiner gemacht. Aus diesem Grunde kann dieser superhohe Expansionsverhältniszyklus lediglich angewendet werden, wenn die Menge an Einlassluft, welche die Verbrennungskammer 34 eingeleitet wird, klein ist, d. h., wenn das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te klein ist. Wenn aus diesem Grunde in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedrig ist, dann wird der superhohe Expansionsverhältniszyklus gemäß der 13(B) verwendet, wohingegen dann, wenn das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te hoch ist, der normale Zyklus verwendet, wie dieser in der 13(A) gezeigt ist.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 14 erläutert, wie der Verbrennungsmotor 1 im Ansprechen auf das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te gesteuert wird.
Die 14 zeigt die Änderungen bezüglich des mechanischen Kompressionsverhältnisses, des Expansionsverhältnisses, der Schließzeit des Einlassventils 36, des aktuellen Kompressionsverhältnisses, der Einlassluftmenge, des Öffnungsgrades des Drosselventils 46 sowie der Kraftstoffverbrauchsrate in Übereinstimmung mit dem geforderten Verbrennungsmotordrehmoment Te. Die Kraftstoffverbrauchsrate zeigt die Menge an Kraftstoffverbrauch, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Fahrstrecke und in einem vorbestimmten Fahrmodus läuft. Daher wird der Wert, welcher die Kraftstoffverbrauchsrate darstellt, kleiner, je besser die Kraftstoffverbrauchsrate wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung für gewöhnlich das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 34 in Form einer Feedbacksteuerung basierend auf dem Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 49a und auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt/gesteuert wird, sodass ein Dreiwegekatalysator eines Katalysatorkonverters 49 gleichzeitig das unverbrannte HC, CO und NOX in dem Abgas reduzieren kann. Die 12 zeigt die theoretische thermische Effizienz, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 34 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dieser Weise eingestellt wird.
Andererseits wird in dieser Weise gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 34 auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert/geregelt, sodass das Verbrennungsmotordrehmoment Te proportional zu der Menge an Einlassluft wird, welche in die Verbrennungskammer 34 eingeleitet wird. Je mehr folglich das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te abfällt, je mehr wird die Einlassluftmenge reduziert, wie dies in der 14 dargestellt ist. Um folglich die Einlassluftmenge zu reduzieren, je mehr das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te abfällt, wie dies durch die durchgezogene Linie in der 14 gezeigt ist, wird die Schließzeit des Einlassventils 36 zurückgezogen (verzögert). Das Drosselventil 46 wird in dem voll geöffneten Zustand gehalten, während die Einlassluftmenge durch eine zurückgezogene (verzögerte) Schließzeit des Einlassventils 36 und in dieser Weise gesteuert wird. Wenn andererseits das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedriger als ein bestimmter Wert Te₁ wird, ist es nicht länger möglich, die Einlassluftmenge auf die geforderte Einlassluftmenge durch Steuern/Regeln der Schließzeit des Einlassluftventils 36 zu steuern/regeln. Wenn daher das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te kleiner als dieser Wert Te₁ wird, wobei dieser den Grenzwert Te₁ darstellt, dann wird die Schließzeit des Einlassventils 36 auf der Grenzschließzeit zum Zeitpunkt des Erreichens des Grenzwertes Te₁ gehalten. Zu dieser Zeit wird die Einlassluftmenge durch das Drosselventil 46 gesteuert/geregelt.
Wenn, wie vorstehend ausgeführt wurde, andererseits das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedrig ist, dann wird der superhohe Expansionsverhältniszyklus folglich angewendet, wie es in der 14 dargestellt ist, wobei wenn das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedrig ist, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis angehoben, wodurch das Expansionsverhältnis höher eingestellt wird. Wenn in dieser Hinsicht, wie in der 12 gezeigt ist, beispielsweise das aktuelle Kompressionsverhältnis η auf 10 eingestellt ist, dann gipfelt die theoretische thermische Effizienz, wenn das Expansionsverhältnis auf 35 oder dergleichen eingestellt ist. Wenn folglich das geforderte Verbrennungsdrehmoment Te niedrig ist, dann ist es vorteilhaft, das mechanische Kompressionsverhältnis anzuheben, bis das Expansionsverhältnis den Wert 35 oder dergleichen annimmt. Jedoch ist es infolge struktureller Beschränkungen schwierig, das mechanische Kompressionsverhältnis anzuheben, bis das Expansionsverhältnis den Wert 35 oder dergleichen annimmt.
Wenn folglich in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedrig ist, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis auf das strukturell mögliche maximale mechanische Kompressionsverhältnis eingestellt, sodass ein Expansionsverhältnis erhalten wird, das so hoch wie möglich ist.
Wenn andererseits die Schließzeit des Einlassventils 36 vorauseilend ist, sodass die Einlassluftmenge angehoben wird, in dem Zustand, in welchem das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gehalten wird, dann wird auch das aktuelle Kompressionsverhältnis höher. Jedoch hat das aktuelle Kompressionsverhältnis selbst im Falle des Maximums auf dem Wert 12 oder darunter zu verbleiben. Wenn folglich das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te hoch wird und die Einlassluftmenge angehoben wird, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis verringert, sodass das aktuelle Kompressionsverhältnis auf dem optimalen aktuellen Kompressionsverhältnis beibehalten wird. Wenn in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wie dieses in der 14 dargestellt ist, das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te den Grenzwert Tee überschreitet, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis verringert, wenn das gefordert Verbrennungsmotordrehmoment Te angehoben wird, sodass das aktuelle Kompressionsverhältnis auf dem optimalen aktuellen Kompressionsverhältnis verbleibt.
Falls das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te höher wird, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis auf das minimale mechanische Kompressionsverhältnis verringert. Zu dieser Zeit wird der Zyklus auf den normalen Zyklus eingestellt, wie dieser in der 13(A) gezeigt ist.
Wenn in dieser Hinsicht in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die Verbrennungsmotordrehzahl Ne niedrig ist, dann wird das aktuelle Kompressionsverhältnis ε auf den Wert 9 bis 11 eingestellt. Wenn jedoch die Verbrennungsmotordrehzahl Ne höher wird, dann wird die Luft-Kraftstoff-Mischung in der Verbrennungskammer 34 gestört, sodass ein Klopfen weniger leicht auftritt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es folglich so, dass je höher die Verbrennungsmotordrehzahl Ne wird, desto höher wird das aktuell Kompressionsverhältnis ε.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird andererseits für das Expansionsverhältnis dann, wenn der superhohe Expansionsverhältniszyklus vorgesehen ist, ein Wert zwischen 26 bis 30 eingestellt. Andererseits zeigt in der 12 das aktuelle Kompressionsverhältnis ε = 5 den unteren Grenzwert des praktisch möglichen aktuellen Kompressionsverhältnisses an. In diesem Fall erreicht die theoretische thermische Effizienz einen Gipfelwert, wenn das Expansionsverhältnis einen Wert um 20 annimmt.
Das Expansionsverhältnis, bei welchem das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Gipfelwert annimmt, wird höher als der Wert 20, wenn das aktuelle Kompressionsverhältnis ε größer als der Wert 5 wird. Wenn folglich das praktisch durchführbare aktuelle Kompressionsverhältnis ε betrachtet wird, kann ausgesagt werden, dass das Expansionsverhältnis vorzugsweise den Wert 20 oder darüber annimmt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich am Schluss der Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis so geformt, dass das Expansionsverhältnis 20 oder größer wird. Des Weiteren wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 14 das mechanische Kompressionsverhältnis in Übereinstimmung mit dem geforderten Verbrennungsmotordrehmoment Te kontinuierlich geändert. Jedoch kann das mechanische Kompressionsverhältnis in Übereinstimmung mit dem geforderten Verbrennungsmotordrehmoment Te auch in Stufen geändert werden. Wie es andererseits durch die unterbrochenen Linien in der 14 dargestellt wird, ist es möglich, dass, wenn das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedriger wird, die Einlassluftmenge sogar durch Vorrauseilen der Schließzeit des Einlassventils 36 gesteuert wird. Wenn folglich dies ausgedrückt wird, um in der Lage zu sein, sowohl den Fall einzuschließen, welcher durch die durchgezogene Linie dargestellt wird, und als auch den Fall einzuschließen, welcher durch die unterbrochene Linie in 14 dargestellt wird, dann wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die Schließzeit des Einlassventils 36 in eine Richtung von dem unteren Einlasstodpunkt BDC weg bis zur Grenzschließzeit bewegt, um in der Lage zu sein, die Menge an Einlassluft zu steuern/regeln, welche in die Verbrennungskammer 34 eingeleitet wird, wenn das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedriger wird. Wenn in dieser Hinsicht das Expansionsverhältnis höher wird, dann wird die theoretische thermische Effizienz höher und verbessert sich der Kraftstoffverbrauch, d. h. die Kraftstoffsverbrauchsrate wird kleiner. Wenn folglich gemäß der 14 das gefordert Verbrennungsmotordrehmoment Te den Grenzwert Te₂ annimmt oder darunter liegt, dann wird die Kraftstoffverbrauchsrate am kleinsten. Zwischen dem Grenzwert Te₁ und Te₂ fällt jedoch das aktuelle Kompressionsverhältnis, falls das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te niedriger wird, sodass sich die Kraftstoffverbrauchsrate nur ein wenig verschlechtert, d. h., sodass die Kraftstoffverbrauchsrate höher wird. Des Weiteren wird in dem Bereich, in welchem das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te kleiner als der Grenzwert Te₁ wird, das Drosselventil 46 geschlossen, sodass die Kraftstoffsverbrauchsrate weiter angehoben wird. Wenn andererseits das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te höher als der Grenzwert Te₂ wird, dann fällt das Expansionsverhältnis, sodass die Kraftstoffverbrauchsrate ansteigt, falls das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te höher wird.
Wenn folglich das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment Te den Grenzwert Te₂ annimmt, das heißt, an der Grenze jenes Bereiches, an welchem das mechanische Kompressionsverhältnis durch Anheben des geforderten Verbrennungsmotordrehmoments Te verringert wird, sowie jenes Bereiches liegt, an welchem das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gehalten wird, dann wird die Kraftstoffverbrauchsrate am kleinsten. Der Grenzwert Te₂ des Verbrennungsmotordrehmoments Te, bei welchem der Kraftstoffverbrauch am kleinsten wird, ändert sich etwas in Übereinstimmung mit der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wobei es jedoch, egal bei welchem Fall, vorgesehen ist, dass wenn es möglich ist, das Verbrennungsmotordrehmoments Te auf den Grenzwert Te₂ zu halten, ein minimaler Kraftstoffverbrauch erhalten wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangsleistungsreguliersystem 2 für ein Beibehalten des Verbrennungsmotordrehmoment Te auf dem Grenzwert Te₂ verwendet, selbst wenn sich die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 ändert.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 15 das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Verbrennungsmotors 1 genauer beschrieben.
15 zeigt die äquivalente Kraftstoffverbrauchsraten-Linien a₁, a₂, a₃, a₄, a₅, a₆, a₇ und a₈, welche mit der Ordinate, welche das Verbrennungsmotordrehmoment Te repräsentiert, und mit der Abszisse, welche die Verbrennungsmotordrehzahl Ne repräsentiert, zweidimensional ausgedrückt werden. Die äquivalenten Kraftstoffverbrauchsratenlinien a₁ bis a₈ sind äquivalente Kraftstoffverbrauchsratenlinien, die erhalten werden, wenn der Verbrennungsmotor 1 gemäß der 6 gesteuert wird, wie dies in der 14 dargestellt ist. Je weiter von a₁ zu klein a₈ gegangen wird, desto höher wird die Kraftstoffverbrauchsrate. Das heißt, dass innerhalb von a₁ der Bereich der kleinsten Kraftstoffverbrauchsrate liegt. Der Punkt O₁, welcher in dem internen Bereich von a₁ gezeigt ist, betrifft den Betriebszustand, welcher die kleinste Kraftstoffverbrauchsrate bedeutet. In dem Verbrennungsmotor 1 bedeutet, wie er in der 6 gezeigt ist, der Punkt O₁, an welchem die Kraftstoffverbrauchsrate ein Minimum annimmt, jenen Punkt, wenn das Verbrennungsmotordrehmoment Te niedrig ist und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne bei ungefähr 2000 U/min liegt.
In der 15 zeigt die durchgezogene Linie K1 die Beziehung des Verbrennungsmotorsdrehmoments Te zu der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wo das Verbrennungsmotordrehmoment Te den Grenzwert Te₂ gemäß der 14 annimmt, das heißt, wo die Kraftstoffverbrauchsrate zu dem Minimum wird. Wenn folglich das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu einem Verbrennungsmotordrehmoment Te und einer Verbrennungsmotordrehzahl Ne auf der durchgezogenen Linie K1 wird, dann erhält die Kraftstoffverbrauchsrate ein Minimum. Folglich bezeichnet man die durchgezogene Linie K1 als die „minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie”. Diese minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 erhält die Form einer Kurve, welche sich durch den Punkt O₁ in die Richtung einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl Ne erstreckt.
Aus der 15 lässt sich entnehmen, dass sich das Verbrennungsmotordrehmoment Te auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 nicht all zu sehr verändert. Wenn folglich die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 ansteigt, dann wird die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 durch Anheben der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zufriedenstellend. Auf dieser minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ist das mechanische Kompressionsverhältnis auf das maximale mechanische Kompressionsverhältnis festgelegt. Die Schließzeit des Einlassventils 36 ist ebenfalls auf die Zeit festgelegt, welche die geforderte Einlassluftmenge gewährleistet.
In Abhängigkeit von der Konstruktion des Verbrennungsmotors ist es daher möglich, die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 so festzulegen, dass sie sich in gerader Richtung in Richtung einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl Ne erstreckt, bis die Verbrennungsmotordrehzahl Ne maximal wird. Wenn jedoch die Verbrennungsmotordrehzahl Ne hoch wird, dann wird der Verlust in Folge einer Erhöhung der Reibung größer. Wenn folglich in dem Verbrennungsmotor 1 gemäß der 6 die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 angehoben wird, in Vergleich von jenem Zustand, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis bei dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gehalten wird, und von jenem Zustand, wonach lediglich die Verbrennungsmotordrehzahl Ne angehoben wird, wenn das Verbrennungsmotordrehmoment Te zusammen mit einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl Ne angehoben wird, dann bewirkt ein Abfall des mechanischen Kompressionsverhältnisses, dass die theoretische thermische Effizienz ebenfalls abfällt, wobei sich jedoch die thermische Netto-Effizienz erhöht. D. h., dass wenn in dem Verbrennungsmotor 1 gemäß der 6 die Verbrennungsmotordrehzahl Ne hoch wird, der Kraftstoffverbrauch kleiner wird, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl Ne und das Verbrennungsmotordrehmoment Te angehoben werden, als wenn lediglich die Verbrennungsmotordrehzahl Ne angehoben wird.
Folglich erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1, wie dies durch K1' gemäß der 15 gezeigt wird, zu der hohen Verbrennungsmotordrehmoment Te-Seite zusammen mit einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, falls die Verbrennungsmotordrehzahl Ne höher wird. Auf dieser minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1' verhält es sich so, dass je weiter man sich von der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 entfernt, desto näher liegt die Schließzeit des Einlassventil 36 an dem unteren Einlasstodpunkt und desto mehr wird das mechanische Kompressionsuerhältnis ausgehend vom maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis reduziert.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie dies vorstehend beschrieben wurde, nunmehr die Beziehung des Verbrennungsmotordrehmoments Te zu der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wenn der Kraftstoffverbrauch minimal wird, falls diese als eine Funktion aus diesem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zweidimensional ausgedrückt wird, als die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ausgedrückt, welche eine Kurve formt, die sich in Richtung einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl Ne erstreckt. Um die Kraftstoffverbrauchsrate solange es möglich ist zu minimieren, um die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 zu erfüllen, ist es vorteilhaft, das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang dieser minimalen Kraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie K1 zu ändern.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung werden folglich, solange die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 erfüllt werden kann, das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 in Übereinstimmung mit der Änderung der geforderten Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 geändert. Es sei darauf hingewiesen, dass naturgemäß diese minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ihrerseits nicht in dem ROM 22 im Voraus abgespeichert ist. Die Beziehungen des Verbrennungsmotordrehmoments Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, welche die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinien K1 und K1' zeigen, sind im Voraus in dem ROM 22 gespeichert. Des Weiteren werden in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegende Erfindung das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne innerhalb des Bereichs der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 verändert, wobei jedoch der Bereich der Änderung bezüglich des Verbrennungsmotordrehmoments Te und bezüglich der Verbrennungsmotordrehzahl Ne auch auf die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1' erstreckt werden kann.
Als nächstes werden die Betrieblinien, die sich von den minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinien K1 und K1' unterscheiden, näher erläutert.
Wenn mit Bezug auf die 15 die Angelegenheit als eine Funktion aus dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zweidimensional ausgedrückt wird, dann wird eine Hochdrehmoment-Betriebslinie, wie sie durch die unterbrochene Linie K2 dargestellt wird, auf der Hoch-Verbrennungsmotordrehmoment-Seite Te der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinien K1 und K1 festgelegt. In Wirklichkeit wird die Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, welche diese Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 zeigt, im Voraus bestimmt. Diese Beziehung wird im Vorfeld in dem ROM 22 abgespeichert.
Als nächstes wird diese Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 mit Bezug auf die 17 näher beschrieben.
Die 17 zeigt die äquivalenten Kraftstoffverbrauchsratenlinien b₁, b₂, b₃ und b₄, welche zweidimensional dargestellt sind, mit der Ordinate aus dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Abszisse aus der Verbrennungsmotordrehzahl Ne. Die äquivalenten Kraftstoffverbrauchsratenlinien b₁ bis b₄ zeigen die Kraftstoffverbrauchsratenlinien in dem Fall, wonach der Verbrennungsmotor 1 gemäß der 6 in dem Zustand betrieben wird, in welchem das mechanische Kompressionsverhältnis auf den niedrigsten Wert in dem Verbrennungsmotor 1 verringert ist, d. h., in dem Fall des normalen Zyklus, wie dieser in der 13A gezeigt ist. Ausgehend von b1 bis hin zu b4 wird der Kraftstoffverbrauch allmählich höher. D. h., die Innenseite von b1 ist der Bereich der kleinsten Kraftstoffverbrauchsrate. Der Punkt, welcher durch O₂ in dem innenseitigen Bereich von b₁ gezeigt ist, wird zu dem Betriebszustand der kleinsten Kraftstoffverbrauchsrate. In dem Verbrennungsmotor 1 gemäß der 17 ist O₂ der Punkt, an welchem die Kraftstoffverbrauchsrate das Minimum einnimmt, wenn das Verbrennungsmotordrehmoment Te hoch ist und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne nahe 2400 U/min beträgt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 eine Kurve aus, auf welcher die Kraftstoffsverbrauchsrate das Minimum einnimmt, wenn der Verbrennungsmotor 1 in dem Zustand betrieben wird, wonach das mechanische Kompressionsverhältnis auf den minimalen Wert reduziert ist.
Wenn mit erneutem Bezug auf die 15 die Sache zweidimensional als eine Funktion aus dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgedrückt wird, dann wird eine Volllast-Betriebslinie K3, durch welche ein Volllastbetrieb ausgeführt wird, auf der weiter höheren Drehmomentseite ausgehend von der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 festgelegt. Die Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, welche diese Volllast-Betriebslinie K3 darstellt, wird im Voraus aufgefunden. Diese Beziehung wird auch im Voraus in der ROM 22 abgespeichert.
Die 16(A) und 16(B) zeigen die Änderung bezüglich der Kraftstoffverbrauchsrate sowie die Änderung bezüglich der mechanischen Kompressionsrate, entlang der Linie f-f gemäß der 15 gesehen. Wie es in der 16 dargestellt ist, wird die Kraftstoffverbrauchsrate bei O₁, das einen Punkt auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 darstellt, zu einem Minimum und wird in Richtung zum Punkt O₂ auf der Hoch-Drehmomentbetriebslinie K2 höher. Des Weiteren wird die mechanische Kompressionsrate ein Maximum in dem Punkt O₁ auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 und fällt graduell in Richtung zum Punkt O₂ ab. Des Weiteren wird die Einlassluftmenge größer, je höher das Verbrennungsmotordrehmoment Te wird, wobei sich die Einlassluftmenge ausgehend von dem Punkt O₁ auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 in Richtung zu dem Punkt O₂ erhöht, während die Schließzeit des Einlassventils 36 den unteren Einlasstodpunkt annähert, zusammen mit der Bewegung ausgehend von dem Punkt O₁ zu dem Punkt O₂.
Die 18 zeigt äquivalente Ausgangsleistungslinien Pe₁ bis Pe₉ sowie Betriebslinien K1, K2 und K3 des Verbrennungsmotors 1, wie es in der 3(A) dargestellt ist, und des weiteren zwei Grenzausgangsleistungen bestehend aus einer ersten Grenzausgangsleistung PY und einer zweiten Grenzausgangsleistung PZ. Wie es aus der 18 zu entnehmen ist, geht die äquivalente Ausgangsleistungslinie der ersten Grenzausgangsleistung PY durch den Schnittpunkt zwischen der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 und K1', während die äquivalente Ausgangsleistungslinie der zweiten Grenzausgangsleistung PZ sich erstreckt, um die hohe Drehmomentbetriebslinie K2 zu berühren.
Wenn, wie es vorstehend ausgeführt wurde, nunmehr in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 angehoben wird, dann werden, solange die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 erfüllt werden kann, das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 geändert. D. h., dass wenn in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 kleiner als die vorbestimmte erste Grenzausgangsleitung PY ist, eine minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Aufrechterhaltungssteuerung ausgeführt wird, welche die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors durch Ändern der Verbrennungsmotordrehzahl in einem Zustand gewährleistet, in welchem das mechanische Kompressionsverhältnis bei einem vorbestimmten Kompressionsuerhältnis oder darüber gehalten wird.
Wenn im Gegensatz hierzu die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 durch das Verbrennungsmotordrehmoment sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 nicht gewährleistet wird, d. h., dass die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors über die erste Grenzausgangsleistung PY schreitet, dann wird eine Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt, welche das Verbrennungsmotordrehmoment Te nach Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses auf das vorbestimmte Kompressionsverhältnis, d. h., auf 20 oder kleiner, anhebt.
Diese Ausgangsleistungserhöhungssteuerung/Regelung wird durch Steuern/Regeln der Schließzeit des Einlassventils 36 ausgeführt, um die Menge an Einlassluft in die Verbrennungskammer 34 anzuheben und dadurch das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne von den Punkten auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 in eine Richtung zur Erhöhung des Verbrennungsmotordrehmoments Te zu verändern.
Als nächstes werden mit Bezug auf die 19 und auf die 28 zwei Ausführungsbeispiele näher beschrieben, welche das Verfahren zur Steuerung/Regelung des Verbrennungsmotordrehmoments Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zeigen. Es sei darauf hingewiesen, dass die 18, 19, 21, 22, 25 und 26 die äquivalenten Verbrennungsmotorausgangsleistungslinien Pe₁ bis Pe₉, die Betriebslinien K1, K2 und K3 sowie die Grenzausgangsleistungen PY und PZ zeigen, welche die gleichen sind, wie es in 18 gezeigt ist.
Die 19 zeigt den Fall, wonach, dann, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 Pe₂ beträgt und sich in dem Betriebszustand befindet, welcher durch den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 gezeigt wird, die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 den Wert Pe₄ erhält. In diesem Fall wird die vorstehend beschriebene minimale Kraftstoffsverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung ausgeführt. D. h., dass in Übereinstimmung mit der Änderung der geforderten Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne geändert werden, wie es durch den Pfeil entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ausgehend von dem Punkt R bis zu dem Punkt Pe dargestellt ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass in der Tat zu diesem Zeitpunkt das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment TeX sowie die geforderte Verbrennungsmotordrehzahl NeX bei verschiedenen Punkten auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ausgehend von dem Punkt R bis zu dem Punkt Pe gefunden werden, wobei das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment TeX und die geforderte Verbrennungsmotordrehzahl NeX aus der Anzahl von gefundenen geforderten Verbrennungsmotordrehmomenten TeX und geforderten Verbrennungsmotordrehzahlen NeX aufeinanderfolgend festgelegt werden, so dass sich das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ausgehend von dem Punkt R bis zu dem Punkt Pe ändern.
Andererseits zeigt die 19 auch den Fall, wonach dann, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 den Wert Pe₄ annimmt und sich in dem Betriebszustand befindet, wie er durch den Punkt Pe auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 dargestellt wird, die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 den Wert Pe erhält. Auch in diesem Fall wird die vorstehend beschriebene Minimal-Kraftstoffverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung/Regelung ausgeführt. D. h., dass das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne geändert werden, wie dies durch den Pfeil entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 ausgehend von dem Punkt Pe bis zu dem Punkt R dargestellt ist.
Die 20 zeigt die Änderungen in dem mechanischen Kompressionsverhältnis, der Schließzeit des Einlassventils 36, des Verbrennungsmotordrehmoments Te sowie der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wenn solch eine minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung/Regelung ausgeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in der 20 MAX das maximale mechanische Kompressionsverhältnis zeigt, wohingegen MIM das minimale mechanische Kompressionsverhältnis zeigt.
Des Weiteren zeigt die Zeit t₁ gemäß der 20 an, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors sich von dem Punkt P₂ auf Pe ändert, während die Zeit t₂ zeigt, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors sich von Pe auf Pe₂ ändert.
Wie aus der 20 zu entnehmen ist, werden dann, wenn die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung ausgeführt wird und selbst wenn sich die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors ändert, die mechanische Kompressionsrate sowie die Schließzeit des Einlassventils 36 nicht geändert. Wenn sich im Gegensatz hierzu die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors von Pe₂ auf Pe ändert, dann erhöht sich die Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wohingegen dann, wenn sich die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors von Pe auf Pe₂ ändert, die Verbrennungsmotordrehzahl Ne verringert wird. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich das Verbrennungsmotordrehmoment Te nur geringfügig.
Die 21 zeigt den Fall, wonach dann, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 Pe₂ beträgt und sich in dem Betriebszustand befindet, wie er durch den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 angezeigt wird, ein Beschleunigungsbetrieb ausgeführt wird, wobei die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 zu Pe₇ wird. In diesem Fall wird die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 höher als die erste Grenzausgangsleistung PY, sodass die Ausgangsleistungerhöhungssteuerung ausgeführt wird. Das heißt, zuerst wird das mechanische Kompressionsverhältnis verringert, als nächstes werden das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgehend von dem Punkt R auf der minimalen Kraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie K1 auf den Punkt Pe auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 angehoben, wo die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die geforderte Ausgangsleistung Pe₇ annimmt.
In diesem Fall werden das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment TeX sowie die geforderte Verbrennungsmotordrehzahl NeX an verschiedenen Punkten auf der geraden Linie R-Pe, welche den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 und den Punkt Pe auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 verbindet, aufgefunden, wobei das geforderte Verbrennungsmotordrehmoment TeX und die geforderte Verbrennungsmoment TeX und die geforderte Verbrennungsmotordrehzahl NeX aus der Mehrzahl von aufgefundenen geforderten Verbrennungsmotordrehmomenten TeX und geforderten Verbrennungsmotordrehzahlen NeX aufeinanderfolgend festgelegt werden, sodass sich das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang dieser Geraden R-Pe ausgehend von dem Punkt R bis hin zu dem Punkt Pe ändern.
Wenn andererseits für den Fall eines Zustands, wie er durch den Punkt Pe auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 gezeigt wird, die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe₂ annimmt, wie dies in der 21 gezeigt ist, dann werden das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgehend von dem Punkt Pe auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 entlang der Geradlinie R-Pe bis hin zu dem Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 reduziert, wo die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die geforderte Ausgangsleistung Pe₂ annimmt.
Die 22 zeigt den Fall, wonach dann, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 Pe₂ ist und sich in dem Betriebszustand befindet, wie er durch den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 dargestellt wird, ein Beschleunigungsbetrieb ausgeführt wird, wobei die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 die zweite Grenzausgangsleistung PZ überschreitet, insbesondere in dem Fall, wonach die geforderte Ausgangsleistung Pe des Verbrennungsmotors 1 die maximale Ausgangsleistung annimmt. In diesem Fall wird zuerst das mechanische Kompressionsverhältnis reduziert, als nächstes das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgehend von dem Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsrate-Betriebslinie K1 bis zu dem Punkt Pe auf der Voll-Last-Betriebslinie K3 erhöht, wo die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die geforderte Ausgangsleistung Pe annimmt und zwar entlang der Geraden R-Pe, welche den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 mit dem Punkt Pe auf der Voll-Last-Betriebslinie K3 verbindet.
Wenn andererseits dann, wenn sich der Zustand, wie er durch den Punkt Pe auf der Voll-Last-Bestriebslinie K3 dargestellt wird, einstellt, die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe₂ wird, wie dies in der 22 gezeigt ist, dann werden das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgehend von dem Punkt Pe auf der Voll-Last-Betriebslinie K3 bis zu dem Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1, wo die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die geforderte Ausgangsleistung Pe₂ annimmt, und entlang der Geraden R-Pe reduziert.
Die 23 zeigt Änderungen bezüglich des mechanischen Kompressionsverhältnisses, der Schließzeit des Einlassventils 36, des Verbrennungsmotordrehmoments Te und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne, wenn die Ausgangsleistungs-Erhöhungssteuerung gemäß der 21 und der 22 ausgeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass auch in der 23 die Zeit t₁ zeigt, wenn sich die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors von Pe₂ zu Pe ändert, während die Zeit t₂ zeigt, wenn sich die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors sich von Pe zu Pe₂ ändert.
Wenn sich, wie es in 23 gezeigt wird, die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Von Pe₂ zu Pe ändert, dann wird zuerst das mechanische Kompressionsverhältnis reduziert. Nachdem der Betrieb für ein Reduzieren des mechanischen Kompressionsverhältnisses vervollständigt ist, wird die Schließzeit des Einlassventils 34 dazu gebracht, sich dem unteren Einlasstodpunkt anzunähern, das heißt, die Menge an Einlassluft wird erhöht, wodurch das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne angehoben werden. In diesem Fall wird in der Realität das mechanische Zielkompressionsverhältnis für den Fall voreingestellt, dass das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 liegen. Wenn die. Ausgangssleistungserhöhungssteuerung/Regelung ausgeführt wird, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis auf diesen mechanischen Zielkompressionsverhältniswert verringert, wobei anschließend das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ausgehend von den Werten auf der minimalen Kraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie K1 zu Werten auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 geändert werden.
Wie es vorstehend bereits ausgeführt wurde, ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die Hochdrehmomentbetriebslinie K2 eine Kurve, wo dann, wenn der Verbrennungsmotor in dem Zustand betrieben wird, in welchem das mechanische Kompressionsverhältnis auf den minimalen Wert verringert wird, der Kraftstoffverbrauch minimal ist. Aus diesem Grund wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das mechanische Zielkompressionsverhältnis als das minimale mechanische Kompressionsverhältnis eingestellt. Wenn folglich in diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung/Regelung ausgeführt wird, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis von dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis MAX zu dem minimalen mechanischen Kompressionsverhältnis verringert.
Die Verringerung des mechanischen Kompressionsverhältnisses dauert jedoch einige Zeit. Wenn sich folglich die Schließzeit des Einlassventils 34 den unteren Einlasstodpunkt annähert, um die Menge an Einlassluft anzuheben, unmittelbar wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors angehoben wird, dann ist der Betrieb für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses nicht in der Lage, weiter fort zu fahren, sodass das aktuelle Kompressionsverhältnis damit endet, extrem hoch zu werden. Als ein Ergebnis hiervon wird ein Klopfen auftreten. Um das Auftreten von Klopfen zu verhindern, wird folglich gemäß der vorliegenden Erfindung in dieser Weise zuerst das mechanische Kompressionsverhältnis verringert, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors ansteigt.
Falls das mechanische Kompressionsverhältnis abfällt, dann fällt auch das aktuelle Kompressionsverhältnis. Um zu dieser Zeit zu verhindern, dass das aktuelle Kompressionsverhältnis zu sehr abfällt, nähert sich in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in der 23 gezeigt wird, die Schließzeit des Einlassventils 34 dem unteren Einlasstotpunkt Stück für Stück, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis abfällt. Wenn das mechanische Kompressionsverhältnis das minimale mechanische Kompressionsverhältnis MIN annimmt, dann wird die Schließzeit des Einlassventils 34 in schneller Weise dazu gebracht, sich dem unteren Einlasstodpunkt anzunähern, um das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne anzuheben. Es sei darauf hingewiesen, dass wenn der Betrieb für ein Erhöhen der geforderten Ausgangsleistung, die von dem Fahrzeug zu einem Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs gefordert wird, nicht durch den Betrieb für ein Erhöhen der Verbrennungsmotorausgangsleistung abgedeckt wird, der Mangel hinsichtlich der Verbrennungsmotorausgangsleistung durch Erhöhen der Ausgangsleistung des Motor/Generators MG1 ausgeglichen wird.
Wenn sich andererseits die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors von Pe auf Pe₂ zu der Zeit t₂ ändert, dann wird die Schließzeit des Einlassventils 34 in eine Richtung von dem unteren Einlasstotpunkt weg bewegt, wobei das Eingangsdrehmoment Te sowie die Eingangsdrehzahl Ne verringert werden. Wenn als Nächstes die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe₂ wird, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis ausgehend von dem minimalen mechanischen Kompressionsverhältnis MIN auf das maximale mechanische Kompressionsverhältnis MAX angehoben.
Die Schließzeit des Einlassventils 34 wird dazu gebracht, sich in eine Richtung von dem unteren Einlasstotpunkt weg zu bewegen, worauf das mechanische Kompressionsverhältnis in dieser Weise angehoben wird, dass es das Auftreten von Klopfen verhindert.
Nachdem die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung/Regelung ausgeführt ist, wie diese in der 21 dargestellt wird, und das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne Werte erreichen, die auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 liegen, werden das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 geändert, solange bis die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die erste Grenzausgangsleistung PY erreicht oder darüber geht.
Nachdem die Ausgangsleitungserhöhungssteuerung/Regelung ausgeführt ist, wie es beispielsweise in der 22 gezeigt wird, und das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne Werte erreichen, die auf der Voll-Last-Betriebslinie K3 liegen, werden des Weiteren das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne und entlang der Voll-Last-Betriebslinie K3 geändert, solange bis die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die zweite Grenzausgangsleistung PZ erreicht oder darüber geht.
Das heißt, dass in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne normalerweise auf Werten gehalten werden, die auf den Betriebslinien K1, K2 und K3 liegen. Mit der Ausnahme der Zeit einer Ausgangsleistungserhöhungssteuerung usw. werden das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne nicht zwischen den Betriebslinien K1 und K2 oder den Betriebslinien K2 und K3 gehalten. Wenn beispielsweise das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne auf irgendwelchen Werten zwischen den Betriebslinien K1 und K2 gehalten werden, dann wird das mechanische Kompressionsverhältnis häufig geschaltet, wobei die Haltbarkeit des Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis A zu einem Problem wird.
Wenn im Gegensatz hierzu gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne nicht unter den Betriebslinien K1, K2 und K3 gehalten wird, sondern wenn diese auf den Betriebslinien K1, K2 und K3 gehalten werden, dann wird die Frequenz eines Schaltens des mechanischen Kompressionsverhältnisses in erheblichen Maße reduziert und wird folglich die Haltbarkeit des Mechanismus A für ein variables Kompressionsverhältnis verbessert.
Die 24 zeigt eine Betriebssteuerungsroutine für das Ausführen des ersten Ausführungsbeispiels, wie aus der 19 bis 23 zu entnehmen ist. Diese Routine wird durch Unterbrechen in vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt.
Mit Bezug auf die 24 wird als erstes in Schritt 200 beurteilt, ob zu der Zeit einer vorhergehenden Unterbrechung die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Te niedriger als die erste Grenzausgangsleistung PY war. Wenn zu dem Zeitpunkt der vorangehenden Unterbrechung Pe < PY ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 201 fort, wo bestimmt wird, ob zu der Zeit der aktuellen Unterbrechung Pe < PY ist. Wenn zu der Zeit der aktuellen Unterbrechung Pe < PY, d. h., wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe kontinuierlich kleiner als die erste Grenzausgangsleistung PY ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 202 fort, wo das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne gesteuert entlang der Kraftstoffverbrauchsraten-Beibehaltungsbetriebslinie K1 werden.
Wenn andrerseits in Schritt 200 beurteilt wird, dass Pe nicht kleiner als PY zu der Zeit der vorangehenden Unterbrechung war, dann schreitet die Routine zu Schritt 203 fort, wo beurteilt wird, ob Pe < PY zu einer Zeit der aktuellen Unterbrechung ist. Wenn Pe nicht kleiner als PY zu der Zeit der aktuellen Unterbrechung ist, d. h., wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe fortlaufend höher als die erste Grenzausgangsleistung PY ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 204 fort, wo bestimmt wird, ob die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe niedriger als die zweite Grenzausgangsleistung PZ ist. Wenn Pe < PZ ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 205 fort, wo das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 gesteuert werden. Wenn im Gegensatz hierzu bestimmt in Schritt 204 wird, dass Pe ≥ PZ, dann schreitet die Routine zu Schritt 206 fort, wo das Verbrennungsmotordrehmoment Te sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der Voll-Last-Betriebslinie K3 gesteuert werden.
Wenn andererseits in Schritt 201 bestimmt wird, dass Pe nicht kleiner als PY zu der Zeit des aktuellen Unterbrechens ist, d. h., wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die erste Grenzausgangsleistung PY übersteigt, dann springt die Routine auf Schritt 207. In Schritt 207 wird beurteilt, ob der Vorgang für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses vervollständigt ist, wenn der Vorgang für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses noch nicht vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 208 fort, wo das mechanische Kompressionsverhältnis verringert wird. Wenn als nächstes in Schritt 207 bestimmt wird, dass der Vorgang für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 209 fort, wo die Ausgangsleistungs-Erhöhungssteuerung/Regelung ausgeführt wird. Wenn andererseits in Schritt 203 beurteilt wird, dass Pe < PY zu der Zeit der aktuellen Unterbrechung, d. h., dass die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors niedriger als die erste Grenzausgangsleistung PY wird, dann springt die Routine zu Schritt 210. In Schritt 210 wird beurteilt, ob die Steuerung für ein Verringern der Verbrennungsmotorausgangsleistung beendet/vervollständigt ist. Wenn die Steuerung für ein Verringern der Verbrennungsmotorausgangsleistung noch nicht vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 111 fort, wo die Steuerung für ein Verringern des Verbrennungsmotorausgangsleistung ausgeführt wird. Wenn als nächstes in Schritt 210 beurteilt wird, dass die Steuerung für ein Verringern der Verbrennungsmotorausgangsleistung beendet ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 212 fort, wo der Vorgang für ein Erhöhen des mechanischen Kompressionsverhältnisses ausgeführt wird.
Die 25 bis 28 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel. Wenn in diesem Ausführungsbeispiel, wie es in den 25 und 27 gezeigt ist, die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 Pe₂ beträgt und sich in dem Betriebszustand befindet, wie er durch den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 gezeigt ist, wird, falls die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe die erste Grenzausgangsleistung PY übersteigt, zuerst die Verbrennungsmotordrehzahl Ne entlang der minimalen Kraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie K1 erhöht, bis eine Verbrennungsmotordrehzahl auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 erreicht wird, die die geforderte Ausgangsleistung Pe erfüllt, wobei als nächstes das mechanische Kompressionsverhältnis von dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis MAX auf das minimale mechanische Kompressionsverhältnis MIN verringert wird und wobei als nächstes die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung in dem Zustand ausgeführt wird, in welchem die Verbrennungsmotordrehzahl Ne konstant gehalten bleibt.
Das heißt, dass in diesem Fall zuerst das Zielverbrennungsmotordrehmoment und die Zielverbrennungsmotordrehzahl auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 gefunden werden, welche die geforderte Ausgangsleistung Pe gewährleistet, als nächstes die Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zielverbrennungsmotordrehzahl gemacht wird, als nächstes das mechanische Kompressionsverhältnis auf das mechanische Zielkompressionsverhältnis verringert wird, worauf dann das Verbrennungsmotordrehmoment Te von einem Wert auf der minimalen Kraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie K1 zu dem Zielverbrennungsmotordrehmoment auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 angehoben wird.
Wenn man sich im Gegensatz hierzu in dem Betriebszustand befindet, wonach die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 durch den Punkt Pe auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie K2 gezeigt wird, dann wird dann, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe niedriger als die erste Grenzausgangsleistung PY wird, zuerst die Verbrennungsmotordrehzahl Ne konstant gehalten, wobei in den Zustand die Ausgangsleistungsverringerungssteuerung ausgeführt wird, als nächstes das mechanische Kompressionsverhältnis von dem minimalen mechanischen Kompressionsverhältnis MIN auf das maximale mechanische Kompressionsverhältnis MAX erhöht wird, wobei als nächstes die Motordrehzahl Ne verringert wird. Wenn andererseits gemäß der 26 die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 Pe₂ ist und man sich in dem Betriebszustand befindet, welcher durch den Punkt R auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 befindet, falls die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe die zweite Grenzausgangsleistung PZ übersteigt, dann wird in der gleichen Weise in dem Fall gemäß der 25 und wie in der 27 gezeigt wird, als erstes die Verbrennungsmotordrehzahl Ne angehoben und zwar entlang der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 bis die Verbrennungsmotordrehzahl auf der Voll-Last-Betriebslinie K3 die geforderte Ausgangsleistung Pe gewährleistet, wobei als nächstes die mechanische Kompressionsrate von der maximalen mechanischen Kompressionsrate MAX auf die minimale mechanische Kompressionsrate MIN verringert wird, wobei als nächstes die Verbrennungsmotordrehzahl Ne konstant beibehalten wird, wobei in diesem Zustand eine Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wird.
Wenn im Gegensatz hierzu die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 der Betriebszustand ist, wie er durch den Punkt Pe auf der Voll-Last-Betriebslinie K3 gezeigt wird, und wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors Pe niedriger als die erste Grenzausgangsleistung PY wird, dann wird als erstes eine Ausgangsleistungsverringerungssteuerung in dem Zustand ausgeführt, in welchem die Verbrennungsmotordrehzahl Ne konstant gehalten bleibt. Als Nächstes wird das mechanische Kompressionsverhältnis von dem minimalen mechanischen Kompressionsverhältnis MIN auf das maximale mechanische Kompressionsverhältnis MAX erhöht, wobei als nächstes die Verbrennungsmotordrehzahl Ne verringert wird.
Wenn das Verbrennungsmotordrehmoment Te und die Verbrennungsmotordrehzahl Ne auf die minimale Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie K1 gesteuert werden, dann wird, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl Ne abfällt, die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht. Andererseits wird, wie dies vorstehend bereits ausgeführt wurde, die Verbrennungsmotordrehzahl Ne durch den Motor/Generator MG1 gesteuert. Die Steuerung der Verbrennungsmotordrehzahl Ne durch diesen Motor/Generator MG1 ist extrem günstig im Ansprechen. Wenn daher, wie dies in der 25 oder der 26 gezeigt wird, die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ansteigt, wenn eine Anforderung für eine Beschleunigung existiert, dann erhöht sich die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors unmittelbar, wobei folglich ein gutes Gefühl bei der Beschleunigung erhalten werden kann.
Die 28 zeigt eine Betriebssteuerroutine für das Ausführen des zweiten Ausführungsbeispiels, wie es in der 25 bis 27 gezeigt ist. Diese Routine wird auch durch Unterbrechungen in konstanten Zeitintervallen ausgeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Routine der Schritt 300 bis Schritt 306 die gleichen sind wie Schritt 200 bis 206 der Routine, welche in der 24 dargestellt ist, sodass eine Erläuterung des Schritts 300 bis 306 nachfolgend unterbleiben kann.
Wenn mit Bezug auf die 28 in diesem zweiten Ausführungsbeispiel in Schritt 301 beurteilt wird, dass Pe nicht kleiner als PY zu einer Zeit der aktuellen Unterbrechung ist, das heißt, dass wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die erste Grenzausgangsleistung PY übersteigt, dann springt die Routine zu Schritt 307. In Schritt 307 wird beurteilt, ob der Vorgang für ein Erhöhen der Verbrennungsmotordrehzahl Ne beendet ist. Wenn der Vorgang für ein Erhöhen der Verbrennungsmotordrehzahl noch nicht vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 308 fort, wo die Verbrennungsmotordrehzahl Ne erhöht wird. Wenn als Nächstes in Schritt 307 bestimmt wird, dass der Vorgang für ein Erhöhen der Verbrennungsmotordrehzahl vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 309 fort. In Schritt 309 wird bestimmt, ob der Vorgang für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses vervollständigt ist.
Wenn der Vorgang für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses noch nicht vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 310 fort, wo das mechanische Kompressionsverhältnis verringert wird. Wenn als Nächstes in Schritt 309 bestimmt wird, dass der Vorgang für ein Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses beendet ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 311 fort, wo die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wird.
Wenn andererseits in Schritt 303 beurteilt wird, dass Pe < PY zu einer Zeit der aktuellen Unterbrechung ist, das heißt, dass wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors kleiner als die erste Grenzausgangsleistung PY wird, dann springt die Routine zu Schritt 312. In Schritt 312 wird beurteilt, ob die Steuerung für ein Verringern der Verbrennungsmotorausgangsleistung beendet ist. Wenn die Steuerung für ein Verringern der Motorausgangsleistung noch nicht vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 313 fort, wo die Steuerung zur Verringerung der Verbrennungsmotorausgangleistung ausgeführt wird. Wenn als Nächstes in Schritt 312 bestimmt wird, dass die Steuerung für ein Verringern der Motorausgangsleistung vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 314 fort.
In Schritt 314 wird beurteilt, ob der Vorgang für ein Erhöhen des mechanischen Kompressionsverhältnisses vervollständigt ist. Wenn der Vorgang für ein Erhöhen des mechanischen Kompressionsverhältnisses nicht vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 315 fort, wo das mechanische Kompressionsverhältnis angehoben wird. Wenn als Nächstes in Schritt 314 bestimmt wird, dass der Vorgang für ein Erhöhen des mechanischen Kompressionsverhältnisses vervollständigt ist, dann schreitet die Routine zu Schritt 316 fort, wo die Verbrennungsmotordrehzahl Ne verringert wird.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor der Funkenzündungsbauart
2: Ausgangsleistungsreguliersystem
30: Kurbelgehäuse
31: Zylinderblock
34: Verbrennungskammer
36: Einlassventil
A: variabler Kompressionsverhältnismechanismus
B: variabler Ventilzeitmechanismus
MG1, MG2: Motor/Generator

Claims

Verbrennungsmotorsteuerungssystem versehen mit einem Ausgangsleistungsreguliersystem, das in der Lage ist, eine gewünschte Kombination aus einem Verbrennungsmotordrehmoment und einer Verbrennungsmotordrehzahl einzustellen, die eine gleiche Verbrennungsmotorausgangsleistung ergibt, wobei ein Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis, der in der Lage ist, ein mechanisches Kompressionsverhältnis zu ändern, sowie ein Mechanismus für ein variables Ventilzeitzeitverhalten vorgesehen sind, der in der Lage ist, eine Schließzeit eines Einlassventils zu steuern/regeln, wobei dann, wenn eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors kleiner als eine vorbestimmte Grenzausgangsleistung ist, eine Minimalkraftstoffsverbrauchsraten-Beibehaltungssteuerung ausgeführt wird, welche eine geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors durch Ändern der Verbrennungsmotordrehzahl in einen Zustand gewährleistet, in welchem das mechanische Kompressionsverhältnis bei einem vorbestimmten Kompressionsverhältnis oder darüber gehalten wird, und dann, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors über die Grenzausgangsleistung steigt, eine Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wird, wonach das Verbrennungsmotordrehmoment nach dem Verringern des mechanischen Kompressionsverhältnisses auf das vorbestimmte Kompressionsverhältnis oder darunter angehoben wird.
Verbrennungsmotorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung durch Steuern der Schließzeit des Einlassventils zur Erhöhung der Menge an Einlassluft in eine Verbrennungskammer ausgeführt wird.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Kompressionsverhältnis 20 ist.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei eine Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment und der Verbrennungsmotordrehzahl, wenn ein Kraftstoffverbrauch minimal wird, als eine Minimalkraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie ausgedrückt wird, die als eine Kurve geformt ist, welche sich in eine Richtung einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl erstreckt, wenn diese zweidimensional als eine Funktion aus dem Verbrennungsmotordrehmoment und der Verbrennungsmotordrehzahl ausgedrückt wird, wobei dann, wenn die Minimalkraftstoffverbrauchsraten-Beibehaltungsteuerung ausgeführt wird, das Verbrennungsmotordrehmoment und die Verbrennungsmotordrehzahl entlang der Minimalkraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie in Übereinstimmung mit einer Änderung der geforderten Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors geändert werden.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 4, wobei, wenn diese zweidimensional als eine Funktion aus dem Verbrennungsmotordrehmoment und der Verbrennungsmotordrehzahl ausgedrückt wird, eine Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment und der Verbrennungsmotordrehzahl, ausgedrückt als eine Hochdrehmoment-Betriebslinie, auf eine Hochverbrennungsmotordrehmomentseite ausgehend von der Minimalkraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie voreingestellt wird, wobei ein mechanisches Zielkompressionsverhältnis voreingestellt wird, wenn das Verbrennungsmotordrehmoment und die Verbrennungsmotordrehzahl auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie liegen, wobei dann, wenn die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wird, das Verbrennungsmotordrehmoment sowie die Verbrennungsmotordrehzahl von den Werten auf der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie zu den Werten auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie geändert werden, nachdem das mechanische Kompressionsverhältnis auf das mechanische Zielkompressionsverhältnis verringert worden ist.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 5, wobei das mechanische Zielkompressionsverhältnis der Minimalwert des mechanischen Kompressionsverhältnisses ist und die Hochdrehmoment-Betriebslinie zu einer Kurve geformt ist, wo der Kraftstoffverbrauch ein Minimum wird, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand betrieben wird, wonach das mechanische Kompressionsverhältnis auf den minimalen Wert verringert wird.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 5, wobei, nachdem die Ausgangsleistungserhöhungssteuerung ausgeführt wurde und das Verbrennungsmotordrehmoment sowie die Verbrennungsmotordrehzahl Werte auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie erreichen, das Verbrennungsmotordrehmoment und die Verbrennungsmotordrehzahl entlang der Hochdrehmoment-Betriebslinie solange geändert werden, bis dass die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors die Grenzausgangsleistung oder darüber ist.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 5, wobei, wenn dieses als eine Funktion aus einem Verbrennungsmotordrehmoment und einer Verbrennungsmotordrehzahl zweidimensional ausgedrückt wird, eine Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment und der Verbrennungsmotordrehzahl, ausgedrückt als eine Voll-Last-Betriebslinie auf eine weiter höhere Drehmomentsseite ausgehend von der Hochdrehmoment-Betriebslinie voreingestellt wird, und dann, wenn ein noch höheres Drehmoment gefordert ist, das Verbrennungsmotordrehmoment und die Verbrennungsmotordrehzahl entlang dieser Voll-Last-Betriebslinie geändert werden.
Verbrennungsmotorsteuersystem nach Anspruch 4, wobei, wenn dieses zweidimensionale als ein Funktion des Verbrennungsmotordrehmoments und der Verbrennungsmotordrehzahl ausgedrückt wird, eine Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotordrehmoment und der Verbrennungsmotordrehzahl, ausgedrückt durch eine Hochdrehmoment-Betriebslinie, auf eine hohn Verbrennungsmotordrehmoment-Seite ausgehend von der minimalen Kraftstoffverbrauchsraten-Betriebslinie voreingestellt wird, wobei ein mechanisches Zielkompressionsverhältnis eingestellt wird, wenn das Verbrennungsmotordrehmoment und die Verbrennungsmotordrehzahl auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie liegen, wobei dann, wenn die geforderte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors über die Grenzausgangsleistung erhöht wird, das Verbrennungsmotordrehmoment sowie die Verbrennungsmotordrehzahl auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie, welche die geforderte Ausgangsleistung gewährleisten, zuerst aufgefunden werden, wobei als nächstes die Verbrennungsmotordrehzahl zu der Zielverbrennungsmotordrehzahl gemacht wird, als nächstes das Verbrennungsmotordrehmoment von einem Wert auf der minimalen Kraftstoffsverbrauchsraten-Betriebslinie zu dem Zielverbrennungsmotordrehmoment auf der Hochdrehmoment-Betriebslinie angehoben wird, nachdem das mechanische Kompressionsverhältnis auf das mechanische Zielkompressionsverhältnis verringert wurde.