DE112013006727T5

DE112013006727T5 - Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112013006727T5
Application number: DE112013006727.7T
Authority: DE
Inventors: Hidefumi Aikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP5962840B2; DE112013006727B4; US20160003177A1; US10473045B2; WO2014128974A1; JPWO2014128974A1

Abstract

Diese Steuerungsvorrichtung wird auf eine Verbrennungskraftmaschine (3) angewendet, die imstande ist, einen reduzierten Zylinderbetrieb und einen vollständigen Zylinderbetrieb zu implementieren. Wenn die Verbrennungskraftmaschine (3) während des Implementierens des reduzierten Zylinderbetriebs gestoppt wird und die Verbrennungskraftmaschine (3) dann im reduzierten Zylinderbetrieb mit denselben Zylindern als stillgelegten Zylindern neu gestartet wird, dann wird der anfängliche Kurbelwinkel zu Beginn des Anlassens so gesteuert, dass sich die Position des Kolbens mindestens eines der stillgelegten Zylinder in der Nähe seines oberen Totpunktes befindet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendet wird, die zum Implementieren eines reduzierten Zylinderbetriebs imstande ist.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die die Position eines Kolbens zu seinem oberen Kompressionstotpunkt steuert, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestoppt wird, und die somit das zum Anlassen während eines Neustarts benötigte Drehmoment herabsetzt, ist an sich bekannt (s. Patentdokument 1). Daneben können auch die Patentdokumente 2 und 3 in der folgenden Liste der Entgegenhaltungen als von gewisser Relevanz für die vorliegende Erfindung angesehen werden.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP4075508B
Patentdokument 2: JP2010-71188A
Patentdokument 3: JP2004-225561A

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Eine Verbrennungskraftmaschine, die imstande ist, sowohl einen reduzierten Zylinderbetrieb zu implementieren, bei dem zum Verbessern des Kraftstoffverbrauchs ein Teil der Mehrzahl von Zylindern durch Stoppen in dem Zustand, in dem ihr Einlassventil und ihr Auslassventil geschlossen ist und der verbleibende Zylinder betrieben wird, stillgelegt wird, als auch einen vollständigen Zylinderbetrieb zu implementieren, bei dem alle der Mehrzahl von Zylindern betrieben werden, ist an sich bekannt. Da sich bei dieser Art von Verbrennungskraftmaschine bei einem Neustart im reduzierten Zylinderbetrieb nach einem Stopp während des Implementierens des reduzierten Zylinderbetriebs die stillgelegten Zylinder in dem Zustand befinden, in dem ihr Einlassventil und ihr Auslassventil geschlossen ist, wird dementsprechend die Kompression und Expansion von Luftvolumina, die durch die Kolbenposition zu Beginn des Anlassens bestimmt werden, wiederholt durchgeführt.
Wenn die Steuerungsvorrichtung des Patentdokuments 1 auf eine Verbrennungskraftmaschine dieses Typs angewendet und die Position des Kolbens eines Arbeitszylinders auf seinen oberen Kompressionstotpunkt gesteuert wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestoppt wird, dann befindet sich mitunter die Position des Kolbens eines stillgelegten Zylinders an seinem unterem Totpunkt. Da das Volumen des Zylinders dann maximal ist, wenn sich die Position des Kolbens eines stillgelegten Zylinders an seinem unterem Totpunkt befindet, ist es dementsprechend notwendig, das maximale Luftvolumen während des Anlassens bei einem Neustart zu komprimieren. Aus diesem Grund wird im Vergleich zu dem Fall, dass mit dem Anlassen begonnen wird, wenn sich der Kolben an einer von seinem unteren Totpunkt entfernten Position befindet, das Drehmoment aufgrund eines Anlasswiderstands (d. h. Reibmoments) größer, und überdies werden die Vibrationen stärker, da auch die Drehmomentschwankungen aufgrund der Kompressionsreaktionskraft stärker werden.
Dementsprechend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die imstande ist, Vibrationen während eines Neustarts zu unterdrücken.
LÖSUNG DES TECHNISCHEN PROBLEMS
Die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendet, die eine Mehrzahl von vier oder mehr Zylindern aufweist und die imstande ist, sowohl einen reduzierten Zylinderbetrieb zu implementieren, bei dem ein Teil der Mehrzahl von Zylindern durch Stoppen ihres Einlassventils und ihres Auslassventils in einem geschlossenen Zustand stillgelegt wird, während ein verbleibender Zylinder arbeitet, als auch einen vollständigen Zylinderbetrieb zu implementieren, bei dem alle der Mehrzahl von Zylindern arbeiten, und die überdies durch Anlassen durch einen Elektromotor gestartet wird, umfassend eine Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung, die ausgebildet ist, um einen anfänglichen Kurbelwinkel zu Beginn des Anlassens durch Steuern des Elektromotors zu steuern, wobei, wenn die Verbrennungskraftmaschine während des Implementierens des reduzierten Zylinderbetriebs gestoppt wird und die Verbrennungskraftmaschine dann im reduzierten Zylinderbetrieb mit denselben Zylindern als stillgelegten Zylindern neu gestartet wird, die Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung den anfänglichen Kurbelwinkel so steuert, dass sich die Position des Kolbens mindestens eines Zylinders der stillgelegten Zylinder in der Nähe seines oberen Totpunktes befindet.
Gemäß dieser Steuerungsvorrichtung wird beim Neustart im reduzierten Zylinderbetrieb das Anlassen in dem Zustand begonnen, in dem das Zylindervolumen mindestens eines der stillgelegten Zylinder in ausreichendem Maße kleiner ist als sein maximales Volumen. Mit anderen Worten wird das Anlassen bei einem Zylindervolumen mindestens eines der stillgelegten Zylinder begonnen, das dessen minimales Volumen ist, oder bei einem Volumen, das dessen minimalem Volumen nahekommt. Dementsprechend werden das Reibmoment und die Drehmomentschwankungen kleiner im Vergleich zu dem Fall, dass das Anlassen in einem Zustand begonnen wird, in dem ein Zylindervolumen dessen maximales Volumen ist. Aus diesem Grund ist es möglich, Vibrationen zu unterdrücken, die während eines Neustarts im reduzierten Zylinderbetrieb erzeugt werden. Es sollte verstanden werden, dass die stillgelegten Zylinder nicht völlig dicht sind, und dass sich dementsprechend bei einem Stopp der Verbrennungskraftmaschine während des reduzierten Zylinderbetriebs der Druck in den stillgelegten Zylindern in Atmosphärendruck ändert, sofern nicht das Zeitintervall bis zum Neustart der Maschine extrem kurz ist.
Bei einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei dieser Verbrennungskraftmaschine während des reduzierten Zylinderbetriebs Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder und der Arbeitszylinder identisch sein; und die Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung kann den anfänglichen Kurbelwinkel so steuern, dass zu Beginn des Anlassens Kolbenpositionen der Arbeitszylinder durch ihren Einlasshub einen unteren Totpunkt erreichen, nachdem Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder zuerst am oberen Totpunkt angekommen sind. Der Zeitpunkt, an dem Drehmomentschwankungen der Arbeitszylinder am größten werden, ist der Kompressionshub, nachdem er den unteren Einlasstotpunkt durchlaufen hat. Somit wird gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Zeitpunkt, an dem Drehmomentschwankungen des Arbeitszylinders groß werden, verzögert im Vergleich zu dem Fall, dass – nach Beginn des Anlassens – der Zeitpunkt, an dem die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder zuerst an den oberen Totpunkt gelangen, mit dem Zeitpunkt übereinstimmt, an dem Drehmomentschwankungen der Arbeitszylinder groß werden. Da es somit möglich ist, das Intervall ab dem Beginn des Anlassens bis zum Durchlaufen der Resonanzzone zu verlängern, ist es dementsprechend möglich, das Drehmoment herabzusetzen, das erforderlich ist, bis die Resonanzzone durchlaufen wird.
Bei einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei der Verbrennungskraftmaschine während des reduzierten Zylinderbetriebs die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder und der Arbeitszylinder verschieden sein; und die Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung kann den anfänglichen Kurbelwinkel so steuern, dass sich die Kolbenpositionen der Arbeitszylinder in der Nähe ihres unteren Totpunktes befinden. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Kolben des stillgelegten Zylinders an einer von seinem unteren Totpunkt entfernten Position positioniert, da der anfängliche Kurbelwinkel so gesteuert wird, dass die Kolbenpositionen der Arbeitszylinder in die Nähe ihres unteren Totpunktes geraten, da die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder und der Arbeitszylinder voneinander verschieden sind. Aus diesem Grund wird das Zylindervolumen des stillgelegten Zylinders kleiner als dessen maximales Volumen.
In einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Ventilsteuerungsvorrichtung beinhaltet sein, die ausgebildet ist, um nach Beginn des Anlassens durch Öffnen und Schließen des Einlassventils der stillgelegten Zylinder mindestens einmal einen Einlasshub der stillgelegten Zylinder zu implementieren. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt durch Implementieren eines Einlasshubs der stillgelegten Zylinder nach Beginn des Anlassens ein Wechsel von einem Unterdruckzyklus, in dem eine Expansion vom Atmosphärendruck und eine anschließende Kompression wiederholt werden, zu einem Überdruckzyklus, in dem eine Kompression vom Atmosphärendruck und eine anschließende Expansion wiederholt werden. Da es aufgrund dessen möglich ist, in den stillgelegten Zylindern nach dem Neustart der Verbrennungskraftmaschine einen Überdruck aufrechtzuerhalten, ist es dementsprechend möglich zu verhindern, dass Öl in die stillgelegten Zylinder eingesaugt wird.
In einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Ventilsteuerungsvorrichtung beinhaltet sein, die ausgebildet ist, um während des Stoppvorgangs der Verbrennungskraftmaschine mindestens einmal einen Auslasshub der stillgelegten Zylinder durch Öffnen und Schließen des Auslassventils der stillgelegten Zylinder zu implementieren. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt durch Implementieren eines Auslasshubs der stillgelegten Zylinder während des Vorgangs des Stoppens der Verbrennungskraftmaschine ein Wechsel von einem Überdruckzyklus, in dem eine Kompression vom Atmosphärendruck und eine anschließende Expansion wiederholt werden, zu einem Unterdruckzyklus, in dem eine Expansion vom Atmosphärendruck und eine anschließende Kompression wiederholt werden. Aus diesem Grund wird, wenn sich die Position des Kolbens des stillgelegten Zylinders an einer von seinem unteren Totpunkt entfernten Position befindet, die Veränderung des Reibmoments geringer als im Fall des Überdruckzyklus. Dementsprechend wird ein Steuern zum Stoppen der Position des Kolbens des stillgelegten Zylinders an einer von seinem unteren Totpunkt entfernten Position einfach.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Ventilsteuerungsvorrichtung mindestens einmal einen Auslasshub der stillgelegten Zylinder implementieren, nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist. Falls ein Auslasshub vor dem Beenden der Kraftstoffeinspritzung implementiert wird, dann vermischen sich Abgas, das nach der Verbrennung aus den Arbeitszylindern abgegeben wird, und Luft, die aus den stillgelegten Zylindern abgegeben wird, miteinander, so dass die Sauerstoffdichte im Abgas zunimmt, und es besteht die Möglichkeit, dass eine Reinigung durch einen Abgasreinigungskatalysator evtl. nicht effektiv funktioniert. Dementsprechend ist es möglich, diese Art von Problem durch Implementieren des Auslasshubs der stillgelegten Zylinder nach beendeter Kraftstoffeinspritzung zu vermeiden.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „Nähe des oberen Totpunkts” einen Bereich von Kolbenpositionen nahe einer oberen Totpunktseite, einschließlich des oberen Totpunkts, und der Ausdruck „Nähe des unteren Totpunkts” bedeutet analog einen Bereich von Kolbenpositionen nahe einer unteren Totpunktseite, einschließlich des unteren Totpunkts.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
1 ist eine Figur, die den gesamten Aufbau eines Fahrzeugs zeigt, das eine Verbrennungskraftmaschine beinhaltet, auf die eine Steuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerroutine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Maschinenstoppverarbeitung zeigt, die durch die Steuerroutine der 2 definiert wird;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Motorstartverarbeitung zeigt, die durch die Steuerroutine der 2 definiert wird;
5 ist eine Figur, die ein Beispiel für ein Berechnungskennfeld zeigt, auf das zum Berechnen eines Motordrehmoments während einer Maschinenstoppverarbeitung Bezug genommen wird;
6 ist eine Figur, die ein Beispiel für ein Berechnungskennfeld zeigt, auf das zum Berechnen eines Drosselklappenöffnungsbetrags während einer Maschinenstoppverarbeitung Bezug genommen wird;
7 ist eine Figur, die ein Beispiel für ein Berechnungskennfeld zeigt, auf das zum Berechnen eines Motordrehmoments während einer Maschinenstartverarbeitung Bezug genommen wird;
8 ist eine Figur, die ein Beispiel für ein Berechnungskennfeld zeigt, auf das zum Berechnen eines Drosselklappenöffnungsbetrags während einer Maschinenstartverarbeitung Bezug genommen wird;
9 ist eine Figur, die ein Beispiel für ein Berechnungskennfeld zeigt, auf das zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge während einer Maschinenstartverarbeitung Bezug genommen wird;
10 ist eine Figur, die ein Beispiel für ein Berechnungskennfeld zeigt, auf das zum Berechnen eines Zündzeitpunkts während einer Maschinenstartverarbeitung Bezug genommen wird;
11 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Zylinderinnendrücke während des Anlassens bei einem Neustart zeigt;
12 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Reibmomente während des Anlassens bei einem Neustart zeigt;
13 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Zylinderinnendrücke gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
14 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Reibmomente gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt;
15 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Zylinderinnendrücke gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
16 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Reibmomente gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
17 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Zylinderinnendrücke gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
18 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Reibmomente gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt;
19 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Zylinderinnendrücke gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerroutine gemäß dieser dritten Ausführungsform zeigt;
21 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Zylinderinnendrücke gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
22 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Reibmomente gemäß dieser vierten Ausführungsform zeigt;
23 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerroutine gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
24 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerroutine gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
25 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerroutine gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt; und
26 ist eine Figur, die Veränderungen im Zeitablauf der Maschinendrehzahl und der Drehmomentschwankungshäufigkeit bei Implementierung der Steuerung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Wie in 1 gezeigt, ist ein Fahrzeug 1 als ein Hybridfahrzeug gebaut, in dem eine Mehrzahl von Leistungsquellen kombiniert sind. Als Antriebsleistungsquellen umfasst das Fahrzeug 1 eine Verbrennungskraftmaschine 3 und zwei Motorgeneratoren 4 und 5. Die Verbrennungskraftmaschine 3 ist eine Vierzylinder-Reihen-Verbrennungskraftmaschine vom Fremdzündungstyp, die vier Zylinder 6 aufweist. Wie allgemein üblich bei einer Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine vom Reihen-Typ, wird die Zündung der Verbrennungskraftmaschine 3 in der Reihenfolge implementiert: 1. Zylinder; 3. Zylinder; 4. Zylinder; 2. Zylinder. Jeder der Zylinder 6 ist mit zwei Einlassventilen 7 und zwei Auslassventilen 8 versehen, und diese Ventile 7 und 8 werden durch einen Ventiltrieb 9 betätigt. Der Ventiltrieb 9 hat eine Zylinderstilllegungsfunktion. Entsprechend der Betätigung des Ventiltriebs 9 kann bei dieser Verbrennungskraftmaschine 3 entweder ein reduzierter Zylinderbetrieb, bei dem von den vier Zylindern 6 der 1. Zylinder und der 4. Zylinder stillgelegt sind, während der verbleibende 2. Zylinder und 3. Zylinder betrieben werden, oder ein vollständiger Zylinderbetrieb, bei dem alle vier Zylinder 6 betrieben werden, implementiert werden. Wird der reduzierte Zylinderbetrieb implementiert, stoppt der Ventiltrieb 9 jedes der Einlassventile 7 und der Auslassventile 8, die für den 1. Zylinder und den 4. Zylinder im geschlossenen Zustand bereitgestellt werden, wobei dies die Zylinder sind, die stillgelegt werden sollen. Da ein mechanischer Aufbau für den Ventiltrieb 9 zum Implementieren dieser Art von Funktion an sich bekannt ist, wird auf eine ausführliche Beschreibung desselben verzichtet. Ein Einlasskanal 11 und ein Auslasskanal 12 sind mit jedem der Zylinder 6 verbunden. Ein Luftreiniger 13 zum Filtern der Einlassluft und ein Drosselventil 14, das imstande ist, die Luftstrommenge einzustellen, sind für den Einlasskanal 11 bereitgestellt. Ein A/F-Sensor 15, der ein Signal ausgibt, das dem Luft-/Kraftstoffverhältnis (A/F) der Verbrennungskraftmaschine 3 entspricht, ist in dem Auslasskanal 12 vorgesehen. Überdies sind in dem Auslasskanal 12 ein Dreiwegekatalysator 16 und ein NOx-Katalysator 17 vorgesehen, die schädliche Komponenten in den Abgasen reinigen.
Die Verbrennungskraftmaschine 3 und der erste Motorgenerator 4 sind mit einem Leistungsverzweigungsmechanismus 20 verbunden. Die Ausgabe des Leistungsverzweigungsmechanismus 20 wird an ein Abtriebszahnrad 21 übertragen. Das Abtriebszahnrad 21 und der zweite Motorgenerator 5 sind miteinander verbunden und drehen sich als eine Einheit. Die aus dem Abtriebszahnrad 21 ausgegebene Leistung wird über eine Verlangsamungsvorrichtung 22 und eine Differentialvorrichtung 23 an ein Antriebsrad 24 übertragen. Der erste Motorgenerator 4 umfasst einen Stator 4a und einen Rotor 4b. Neben seiner Funktion als ein Generator, der von der Verbrennungskraftmaschine 3 eine Leistung empfängt, welche durch den Leistungsverzweigungsmechanismus 20 abgezweigt wird, und der daraus Strom erzeugt, fungiert dieser erste Motorgenerator 4 auch als ein Elektromotor, der durch Wechselstrom angetrieben wird. Auf eine ähnliche Weise umfasst der zweite Motorgenerator 5 einen Stator 5a und einen Rotor 5b und fungiert sowohl als ein Elektromotor als auch als ein Generator. Jeder dieser Motorgeneratoren 4 und 5 ist über eine Motorsteuerungsvorrichtung 25 mit einer Batterie 26 verbunden. Neben der Umwandlung von elektrischer Leistung, die durch die Motorgeneratoren 4 und 5 erzeugt wird, in Gleichstrom, der in der Batterie 26 gespeichert wird, wandelt die Motorsteuerungsvorrichtung 25 auch elektrische Leistung von der Batterie 26 in Wechselstrom um, der den Motorgeneratoren 4 und 5 zugeführt wird. Die Verbrennungskraftmaschine 3 kann durch Antreiben des ersten Motorgenerators 4 angelassen und gestartet werden; Details hierzu werden nachfolgend beschrieben. Überdies kann ein anfänglicher Kurbelwinkel zu Beginn des Anlassens durch geeignetes Steuern des Motorgenerators 4 gesteuert werden. Dementsprechend fungiert der erste Motorgenerator 4 als der „Elektromotor” der Ansprüche.
Der Leistungsverzeigungsmechanismus 20 ist als ein Planetengetriebemechanismus vom Einzelritzeltyp gebaut und umfasst ein Sonnenrad S, ein Hohlrad R und einen Planetenträger C, der ein Ritzel P abstützt, das mit diesen Rädern S und R in einem Zustand in Eingriff steht, in dem es imstande ist, sich sowohl um seine eigene Achse zu drehen, als auch einen Umlauf zu beschreiben. Das Sonnenrad S ist mit dem Rotor 4a des ersten Motorgenerators 4 verbunden, und das Hohlrad R ist mit dem Abtriebszahnrad 21 verbunden, während der Planetenträger C mit der Kurbelwelle 3a der Verbrennungskraftmaschine 3 verbunden ist. Ein Kurbelwinkelsensor 29 ist für die Kurbelwelle 3a vorgesehen und gibt ein Signal aus, das deren Kurbelwinkel entspricht.
Eine Steuerung des Fahrzeugs 1 erfolgt durch eine elektronische Steuereinheit 30 (d. h. durch eine ECU bzw. „Electronic Control Unit”). Die ECU 30 führt unterschiedliche Arten von Steuerung in Bezug auf die Verbrennungskraftmaschine 3 und die Motorgeneratoren 4 und 5 durch. Neben dem oben beschriebenen Kurbelwinkelsensor 29 sind auch andere Sensoren unterschiedlicher Art, wie etwa ein Gaspedalöffnungsbetragssensor 31, der ein Signal ausgibt, das dem Betrag entspricht, um den ein Gaspedal 32 nach unten getreten wird, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33, der ein Signal ausgibt, das der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, usw., mit der ECU 30 elektrisch verbunden. Im Folgenden wird die wichtigste Form der von der ECU 30 in Bezug auf die vorliegende Erfindung durchgeführten Steuerung erläutert. Die ECU 30 steuert das Fahrzeug 1, während sie zwischen verschiedenen Betriebsarten umschaltet, um die Systemeffizienz in Bezug auf die vom Fahrer geforderte Leistungsmenge zu optimieren. Beispielsweise wird im Niedriglastbereich, in dem der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 3 abnimmt, ein EV-Modus ausgewählt, in dem die Verbrennung durch die Verbrennungskraftmaschine 3 gestoppt wird und der zweite Motorgenerator 5 angetrieben wird. Überdies wird, falls das Drehmoment bei einem ausschließlichen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 3 nicht ausreichen würde, ein Hybridmodus ausgewählt, in dem neben der Verbrennungskraftmaschine 3 auch der erste Motorgenerator 4 und/oder der zweite Motorgenerator 5 als eine Antriebsleistungsquelle eingesetzt werden. Wenn dieser Hybridmodus ausgewählt wird, wird der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 3 zwischen einem reduzierten Zylinderbetrieb und einem vollständigen Zylinderbetrieb entsprechend der geforderten Leistungsmenge umgeschaltet.
Die 2 bis 4 zeigen Beispiele für Steuerroutinen, die durch die ECU 30 in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Die Steuerroutine der 2 ist eine Hauptroutine, und ein Programm für diese Routine ist in der ECU 30 gespeichert und wird zeitnah ausgelesen und wiederholt in einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt. In einem Schritt S1 erlangt die ECU 30 eine Fahrzeuginformation. Die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gaspedalöffnungsbetrag, die Batterierestmenge, usw. sind in dieser von der ECU 30 erlangten Fahrzeuginformation beinhaltet. Es sollte verstanden werden, dass die Batterierestmenge auf Grundlage des Ausgangssignals eines in den Figuren nicht gezeigten SOC-Sensors erlangt wird. In einem Schritt S2 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob gerade ein Betrieb der Maschine stattfindet oder nicht, mit anderen Worten, ob die Verbrennungskraftmaschine 3 betrieben wird oder nicht. Falls die Maschine betrieben wird, führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S3 fort, wohingegen der Steuerungsfluss auf einen Schritt S6 übertragen wird, falls die Maschine nicht arbeitet, also mit anderen Worten während des EV-Modus.
Im Schritt S3 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob eine Maschinenstoppbedingung gültig ist oder nicht. Diese Maschinenstoppbedingung wird gültig, wenn Bedingungen erfüllt sind, die für verschiedene Arten von Parameter, wie etwa die geforderte Leistung und die Batterierestmenge, usw., festgelegt sind. Falls die Maschinenstoppbedingung gültig geworden ist, dann führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S4 zum Stoppen des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 3 fort, und eine Maschinenstoppverarbeitung, die nachfolgend beschrieben wird, wird durchgeführt. Falls dagegen die Maschinenstoppbedingung nicht gültig geworden ist, dann führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S5 fort und der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 3 wird fortgesetzt. Mit anderen Worten wird der Hybridmodus fortgesetzt.
Im Schritt S6 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob eine Maschinenstartbedingung zutrifft oder nicht. Auf eine ähnliche Weise wie im Fall der Maschinenstoppbedingung wird diese Maschinenstartbedingung gültig, wenn Bedingungen erfüllt sind, die für verschiedene Arten von Parameter, wie etwa die geforderte Leistung und die Batterierestmenge, usw., festgelegt sind. Falls die Maschinenstartbedingung gültig geworden ist, dann fährt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S7 zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 3 fort, und eine Maschinenstartverarbeitung, die nachfolgend beschrieben wird, wird durchgeführt. Falls dagegen die Maschinenstartbedingung nicht gültig geworden ist, dann führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S8 fort und der Stoppzustand der Verbrennungskraftmaschine 3 wird fortgesetzt. Mit anderen Worten wird der EV-Modus fortgesetzt.
Die Maschinenstoppverarbeitung ist ein Vorgang, bei dem die Kurbelwelle 3a der Verbrennungskraftmaschine 3 bei einem gewünschten Kurbelwinkel gestoppt wird durch Steuern des ersten Motorgenerators 4, so dass der anfängliche Kurbelwinkel bei einem späteren Anlassen für einen Neustart gesteuert wird. Im Stand der Technik wurden zur Durchführung dieser Art von Maschinenstoppverarbeitung verschiedene Vorschläge gemacht; zum Beispiel kann die in 3 gezeigte Steuerroutine implementiert werden. Ein Programm für diese Routine ist in der ECU 30 gespeichert und wird ausgelesen und ausgeführt, wenn die Maschinenstoppverarbeitung durchgeführt werden soll.
In einem Schritt S41 erlangt die ECU 30 eine Fahrzeuginformation, wie etwa die Maschinendrehzahl, usw. In einem Schritt S42 berechnet die ECU 30 das Motordrehmoment, das der Maschinendrehzahl entspricht, und steuert den ersten Motorgenerator 4 durch Befehligen der Motorsteuerungsvorrichtung 25, um sie zu veranlassen, dieses Motordrehmoment bereitzustellen. Diese Berechnung des Motordrehmoments wird durch Bezugnahme auf ein Berechnungskennfeld M1, das eine Datenstruktur wie in 5 gezeigt enthält, und durch Spezifizieren des Motordrehmoments, das der gegenwärtigen Maschinendrehzahl entspricht, implementiert. Es sollte verstanden werden, dass ein negatives Motordrehmoment ein Drehmoment in der Richtung von der Verbrennungskraftmaschine 3 hin zum ersten Motorgenerator 4 ist. Anders ausgedrückt, ist ein negatives Motordrehmoment ein Drehmoment, das dergestalt wirkt, dass die Maschinendrehzahl verringert wird.
In einem Schritt S43 berechnet die ECU 30 den Drosselklappenöffnungsbetrag, der der Maschinendrehzahl entspricht, und steuert das Drosselventil 14 so, dass es diesen Drosselklappenöffnungsbetrag bereitstellt. Diese Berechnung des Drosselklappenöffnungsbetrags wird durch Bezugnahme auf ein Berechnungskennfeld M2, das eine Datenstruktur wie in 6 gezeigt enthält, und durch Spezifizieren des Drosselklappenöffnungsbetrags, der der gegenwärtigen Maschinendrehzahl entspricht, implementiert. In einem Schritt S44 stoppt die ECU 30 die Kraftstoffeinspritzung für die Verbrennungskraftmaschine 3. In einem Schritt S45 stoppt die ECU 30 die Bereitstellung einer Zündung für die Verbrennungskraftmaschine 3. Aufgrund der Implementierung der Verarbeitung der Schritte S42 bis S45 nimmt die Maschinendrehzahl allmählich ab, und schließlich hört die Kurbelwelle 3a auf sich zu drehen.
In einem Schritt S46 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob die Maschinenstoppverarbeitung mit der Kolbenposition abgeschlossen wurde, bei der die Steuerung der Kurbelwelle 3a auf eine vorbestimmte Position aufgehört hat, oder nicht. Falls die Stoppverarbeitung nicht abgeschlossen wurde, dann kehrt der Steuerungsfluss zu Schritt S41 zurück, und die Verarbeitung der Schritte S41 bis S45 wird wiederholt ausgeführt, bis die Stoppverarbeitung abgeschlossen ist. Dabei unterscheiden sich die Kolbenpositionen beim Stoppen der Kurbelwelle 3a für den Fall des reduzierten Zylinderbetriebs und für den Fall des vollständigen Zylinderbetriebs. Im Fall des reduzierten Zylinderbetriebs wird entschieden, dass die Stoppverarbeitung abgeschlossen ist, falls sich die Positionen der Kolben des 1. Zylinders und des 4. Zylinders, wobei diese die stillgelegten Zylinder sind, beim Stoppen der Kurbelwelle 3a nahe ihrer oberen Totpunkte befinden. Da die Phasen der stillgelegten Zylinder und der Arbeitszylinder um 180° auseinanderliegen, befinden sich dementsprechend zu diesem Zeitpunkt die Positionen der Kolben der Arbeitszylinder nahe ihrer unteren Totpunkte. Dagegen wird im Fall des vollständigen Zylinderbetriebs entschieden, dass die Stoppsteuerung abgeschlossen ist, falls sich die Positionen der Kolben des 2. Zylinders und des 3. Zylinders, wobei diese Arbeitszylinder sind, beim Stoppen der Kurbelwelle 3a nahe ihrer oberen Totpunkte befinden. Da bei einem Neustart der Verbrennungskraftmaschine 3, nachdem die Maschinenstoppverarbeitung auf diese Weise durchgeführt wurde, das Anlassen in einem Zustand begonnen wird, in dem die Kolben an vorbestimmten Positionen positioniert sind, entspricht der Kurbelwinkel in diesem Zustand demgemäß dem anfänglichen Kurbelwinkel.
Die Maschinenstartverarbeitung ist ein Vorgang, bei dem die Verbrennungskraftmaschine 3 durch Steuern des ersten Motorgenerators 4 angelassen und gestartet wird; zum Beispiel kann die in 4 gezeigte Steuerroutine implementiert werden. Ein Programm für diese Routine ist in der ECU 30 gespeichert und wird ausgelesen und ausgeführt, wenn die Maschinenstartverarbeitung durchgeführt werden soll.
In einem Schritt S71 erlangt die ECU 30 eine Fahrzeuginformation. Die Fahrzeuginformation, die dabei erlangt wird, ist die Maschinendrehzahl und der umgebende Atmosphärendruck. Es sollte verstanden werden, dass der Atmosphärendruck auf Grundlage des Ausgangssignals eines in den Figuren nicht gezeigten Drucksensors erlangt wird. In einem Schritt S27 berechnet die ECU 30 ein Motordrehmoment, das dieser Maschinendrehzahl entspricht, und steuert den ersten Motorgenerator 4 durch Befehligen der Motorsteuerungsvorrichtung 25, ihn zu veranlassen, dieses Motordrehmoment bereitzustellen. Diese Berechnung des Motordrehmoments wird durch Bezugnahme auf ein Berechnungskennfeld M3, das eine Datenstruktur wie in 7 gezeigt enthält, und durch Spezifizieren des Motordrehmoments, das der gegenwärtigen Maschinendrehzahl entspricht, implementiert.
In einem Schritt S73 berechnet die ECU 30 einen Drosselklappenöffnungsbetrag, der dem Atmosphärendruck entspricht, und steuert das Drosselventil 14, so dass es diesen Drosselklappenöffnungsbetrag bereitstellt. Diese Berechnung des Drosselklappenöffnungsbetrags wird durch Bezugnahme auf ein Berechnungskennfeld M4, das eine Datenstruktur wie in 8 gezeigt enthält, und durch Spezifizieren des Drosselklappenöffnungsbetrags, der dem gegenwärtigen Atmosphärendruck entspricht, implementiert. In einem Schritt S74 berechnet die ECU 30 eine Kraftstoffeinspritzmenge, die der Maschinendrehzahl entspricht, und steuert die Verbrennungskraftmaschine 3, so dass diese Kraftstoffeinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird. Diese Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge wird durch Bezugnahme auf ein Berechnungskennfeld M5, das eine Datenstruktur wie in 9 gezeigt enthält, und durch Spezifizieren der Kraftstoffeinspritzmenge, die der gegenwärtigen Maschinendrehzahl entspricht, implementiert. In einem Schritt S75 berechnet die ECU 30 einen Zündzeitpunkt, der der Maschinendrehzahl entspricht, und steuert die Verbrennungskraftmaschine 3, so dass die Zündung gemäß diesem Zündzeitpunkt durchgeführt wird. Diese Berechnung des Zündzeitpunkts wird durch Bezugnahme auf ein Berechnungskennfeld M6, das eine Datenstruktur wie in 10 gezeigt enthält, und durch Spezifizieren des Zündzeitpunkts, der der gegenwärtigen Maschinendrehzahl entspricht, implementiert.
In einem Schritt S76 entscheidet die ECU 30, ob die Startverarbeitung abgeschlossen ist oder nicht, und falls die Startverarbeitung nicht abgeschlossen ist, kehrt der Steuerungsfluss zu Schritt S71 zurück und die Verarbeitung der Schritte S71 bis S75 wird wiederholt ausgeführt, bis die Startverarbeitung abgeschlossen ist. Ob die Startverarbeitung abgeschlossen ist oder nicht, wird in Übereinstimmung damit bestimmt, ob die Maschinendrehzahl an einem Entscheidungsschwellenwert, an dem ein eigenständiger Maschinenbetrieb möglich wird, angelangt ist.
Dadurch, dass die ECU 30 die oben beschriebene Steuerung der 2 bis 4 ausführt, fungiert die ECU 30 als die „Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung” der Ansprüche, und die nachstehend beschriebenen günstigen Wirkungen lassen sich erhalten. Für einen Stopp der Verbrennungskraftmaschine 3 während des reduzierten Zylinderbetriebs und einen anschließenden Neustart im reduzierten Zylinderbetrieb zeigen die 11 bzw. 12 die Veränderungen im Zeitablauf während des Druckanstiegs in jedem der Zylinder 6 und des Reibmoments jedes der Zylinder 6. Überdies zeigen die dünnlinigen Kurven in den 13 und 14 die Drücke in den Zylindern und die Reibmomente für den Fall des Startens im vollständigen Zylinderbetrieb. Wie oben beschrieben, steuert die Maschinenstoppverarbeitung die Positionen der Kolben der stillgelegten Zylinder in die Nähe ihrer oberen Totpunkte. Demgemäß, wie in 11 gezeigt, sind die Schwankungen der Zylinderinnendrücke der stillgelegten Zylinder relativ gering, und überdies, wie in 12 gezeigt, sind auch die Schwankungen der Reibmomente der stillgelegten Zylinder relativ gering. Ferner, wie in 12 gezeigt, werden für das kombinierte Reibmoment, wenn das Reibmoment der Zylinder 6 mit dem Fall des Startens im vollständigen Zylinderbetrieb verglichen wird, der Peak-Wert und der Schwankungsbereich des kombinierten Reibmoments nicht verändert.
Im Gegensatz dazu werden im Fall des in den 13 und 14 gezeigten Vergleichsbeispiels während der Maschinenstoppverarbeitung die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder so gesteuert, dass sie sich in der Nähe ihrer unteren Totpunkte befinden. Da aufgrund dessen das Anlassen in dem Zustand begonnen wird, in dem die Volumina in den stillgelegten Zylindern groß sind, sind dementsprechend während des Startens sowohl die Drücke in den stillgelegten Zylindern als auch deren Reibmomente relativ groß. Und, wie in 14 gezeigt, wird für das kombinierte Reibmoment im Vergleich zum Fall des Startens im vollständigen Zylinderbetrieb der Peak-Wert des kombinierten Reibmoments relativ groß, und dessen Schwankungsbereich wird ebenfalls relativ groß.
Da auf diese Weise gemäß der Steuerung dieser Ausführungsform sowohl der Peak-Wert des kombinierten Reibmoments als auch der Bereich, über den dieses schwankt, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel kleiner wird, ist es dementsprechend möglich, die Erzeugung von Vibrationen während eines Neustarts im reduzierten Zylinderbetrieb zu unterdrücken.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 15 bis 18 erläutert. Diese zweite Ausführungsform ist eine, bei der die vorliegende Erfindung auf eine Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine vom V-Typ mit einem Bankwinkel von 60° angewendet wird. Die Zündung für diese Verbrennungskraftmaschine wird in der Reihenfolge implementiert: 1. Zylinder; 2. Zylinder; 3. Zylinder; 4. Zylinder; 5. Zylinder; 6. Zylinder. Die anderen Merkmale entsprechen denen in der ersten Ausführungsform, und demzufolge wird auf eine erneute Erläuterung verzichtet. Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist imstande, sowohl einen reduzierten Zylinderbetrieb als auch einen vollständigen Zylinderbetrieb zu implementieren, und während des reduzierten Zylinderbetriebs sind die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder und der Arbeitszylinder identisch. Mit anderen Worten, wie in 15 gezeigt, sind während des reduzierten Zylinderbetriebs der 1. Zylinder, der 3. Zylinder und der 5. Zylinder alle stillgelegte Zylinder, während die übrigen Zylinder Arbeitszylinder sind. Die stillgelegten Zylinder und die Arbeitszylinder arbeiten an Kolbenpositionen. Bei der Steuerung dieser zweiten Ausführungsform steuert die ECU 30 den anfänglichen Kurbelwinkel so, dass die Position des Kolbens des 1. Zylinders, welcher ein stillgelegter Zylinder ist, in die Nähe seines oberen Kompressionstotpunkts gelangt. Aufgrund dessen befinden sich die Positionen der Kolben des 3. Zylinders und des 5. Zylinders, welche stillgelegte Zylinder sind, zwar nahe ihrer unteren Totpunkte, doch nicht exakt am unteren Totpunkt. Dementsprechend sind auch die Zylindervolumina des 3. Zylinders und des 5. Zylinders, welche stillgelegte Zylinder sind, kleiner als ihre maximalen Volumina. Da in dieser zweiten Ausführungsform der anfängliche Kurbelwinkel so gesteuert wird, dass die Kolbenpositionen beim Stoppen in diese Art von Zustand versetzt werden, erreicht dementsprechend, wenn der Neustart im reduzierten Zylinderbetrieb durchgeführt wird und das Anlassen begonnen wird, nachdem die Position des Kolbens des 3. Zylinders, welcher ein stillgelegter Zylinder ist, an seinem oberen Totpunkt angelangt ist, die Position des Kolbens des 6. Zylinders, welche dieselbe Kolbenposition ist wie jene des 3. Zylinders, über seinen Einlasshub seinen unteren Totpunkt. Aufgrund dessen fungiert die ECU 30 als die „Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung” der Ansprüche.
Aufgrund des Vorstehenden erfolgt der Zeitpunkt t, an dem eine Überschneidung stattfindet zwischen dem Zeitpunkt, an dem der 3. Zylinder, welcher ein stillgelegter Zylinder ist, an seinen oberen Totpunkt gelangt, und dem Zeitpunkt, an dem der 6. Zylinder, welcher ein Arbeitszylinder ist, an seinen oberen Kompressionstotpunkt gelangt, einen Zyklus nach dem Zeitpunkt t0, an dem zuerst der 3. Zylinder an seinen oberen Totpunkt gelangt. Anders ausgedrückt, wird der Zeitpunkt t', an dem der 6. Zylinder, welcher ein Arbeitszylinder ist, über seinen Einlasshub an seinen unteren Totpunkt gelangt, später als der Zeitpunkt t0, an dem zuerst der 3. Zylinder an seinen oberen Totpunkt gelangt. Dementsprechend wird der Zeitpunkt t, an dem der Zeitpunkt, an dem die Schwankung des in 16 gezeigten kombinierten Reibmoments groß wird, verzögert. Im Gegensatz dazu wird dementsprechend im Fall des in den 17 und 18 gezeigten Vergleichsbeispiels aufgrund der Überschneidung des Zeitpunkts t0, an dem der stillgelegte Zylinder zuerst an seinen oberen Totpunkt gelangt, und des Zeitpunkts t, an dem der Arbeitszylinder an seinen oberen Kompressionstotpunkt gelangt, der Zeitpunkt, an dem die in 18 gezeigte Schwankung des kombinierten Reibmoments groß wird, vorverlegt. Es sollte verstanden werden, dass das in den 17 und 18 gezeigte Vergleichsbeispiel ein Fall ist, bei dem während des reduzierten Zylinderbetriebs der 2. Zylinder, der 4. Zylinder und der 6. Zylinder stillgelegte Zylinder sind, während die verbleibenden Zylinder Arbeitszylinder sind.
Gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird der Zeitpunkt, an dem die Drehmomentschwankung der Arbeitszylinder groß wird, verzögert im Vergleich zu dem Fall, bei dem nach dem Beginn des Anlassens der Zeitpunkt, an dem die Position des Kolbens eines stillgelegten Zylinders zuerst an seinen oberen Totpunkt gelangt, mit dem Zeitpunkt übereinstimmt, an dem die Drehmomentschwankungen der Arbeitszylinder groß werden. Dementsprechend ist es möglich, das zum Durchlaufen der Resonanzzone erforderliche Drehmoment herabzusetzen, da es möglich ist, das Zeitintervall ab dem Beginn des Anlassens während eines Neustarts bis zum Durchlaufen der Resonanzzone zu verlängern.
Dritte Ausführungsform
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 19 und 20 erläutert. Diese dritte Ausführungsform zeichnet sich durch eine Steuerung aus, die zusammen mit der Steuerung der ersten Ausführungsform implementiert wird. Und zwar wird bei der Steuerung dieser dritten Ausführungsform nach dem Beginn des Anlassens während eines Neustarts der Verbrennungskraftmaschine 3 mindestens ein Einlasshub für mindestens einen der stillgelegten Zylinder implementiert, während ein Einlassventil 7 des stillgelegten Zylinders geöffnet und geschlossen wird.
Wie in 19 gezeigt, implementiert die ECU 30 Einlasshübe für die stillgelegten Zylinder durch Öffnen und Schließen der Einlassventile 7 des 1. Zylinders, welcher ein stillgelegter Zylinder ist, während des Intervalls ta1–ta2 und auch durch Öffnen und Schließen der Einlassventile 7 des 4. Zylinders, welcher ebenfalls ein stillgelegter Zylinder ist, während des Intervalls tb1–tb2. Durch Implementieren derartiger Einlasshübe für die stillgelegten Zylinder nach Beginn des Anlassens erfolgt ein Wechsel von einem Unterdruckzyklus, in dem eine Expansion vom Atmosphärendruck und eine anschließende Kompression wiederholt werden, zu einem Überdruckzyklus, in dem eine Kompression vom Atmosphärendruck und eine anschließende Expansion wiederholt werden. Da es aufgrund dessen möglich ist, in den stillgelegten Zylindern nach dem Neustart der Verbrennungskraftmaschine 3 einen Überdruck aufrechtzuerhalten, ist es dementsprechend möglich zu verhindern, dass Öl in die stillgelegten Zylinder eingesaugt wird. Es sollte verstanden werden, dass es auch akzeptabel wäre vorzusehen, dass Einlasshübe für die stillgelegten Zylinder zweimal oder öfter implementiert werden.
Durch Implementieren der Steuerroutine der 20 fungiert die ECU 30 als die „Ventilsteuerungsvorrichtung” der Ansprüche. Ein Programm für die Steuerroutine der 20 ist in der ECU 30 gespeichert und wird zeitnah ausgelesen und in einem vorbestimmten Zyklus wiederholt ausgeführt. In einem Schritt S101 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob die stillgelegten Zylinder in einem Unterdruckzyklus arbeiten oder nicht. Diese Entscheidung wird auf Grundlage des Wertes des Innendrucks in den Zylindern getroffen, der von einem Drucksensor gemessen wird, welcher in einem Zylinder vorgesehen ist. Es sollte verstanden werden, dass es auch möglich wäre, den Zylinderinnendruck aus anderen Parametern zu schätzen, die mit dem Reibmoment oder dem Zylinderinnendruck korrelieren, und die obige Entscheidung auf Grundlage jenes geschätzten Wertes zu implementieren. Falls die stillgelegten Zylinder in einem Unterdruckzyklus arbeiten, fährt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S102 fort, wohingegen die anschließende Verarbeitung übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls die stillgelegten Zylinder nicht in einem Unterdruckzyklus arbeiten.
Im Schritt S102 nimmt die ECU 30 Bezug auf das Signal vom Kurbelwinkelsensor 29 und erlangt die Maschinendrehzahl. Im Schritt S103 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob die Maschinendrehzahl eine Resonanzzone durchlaufen hat oder nicht. Es sollte verstanden werden, dass diese Resonanzzone einen Bereich der Maschinendrehzahl bedeutet, in dem die Resonanz während des Zustands des Betriebs in einem Überdruckzyklus angeregt wird, und kein Bereich der Maschinendrehzahl ist, in dem die Resonanz während des Zustands des Betriebs in einem Unterdruckzyklus angeregt wird. Falls die Maschinendrehzahl die Resonanzzone durchlaufen hat, führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S104 fort, wohingegen die anschließende Verarbeitung übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls sie die Resonanzzone nicht durchlaufen hat. Im Schritt S104 erlangt die ECU 30 den Einlassdruck durch Bezugnahme auf das Ausgangssignal eines Drucksensors 34 (s. 1), der in dem Einlasskanal 11 vorgesehen ist. In einem Schritt S105 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob dieser Einlassdruck größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist oder nicht, mit anderen Worten, ob der Einlassdruck mit dem vorbestimmten Wert identisch ist oder nicht, oder ob sein Wert dem Atmosphärendruck näher ist als der vorbestimmte Wert. Dieser vorbestimmte Wert wird auf einen Druckwert eingestellt, den die Luft in den stillgelegten Zylindern zuverlässig annehmen kann, falls die Einlassventile 7 geöffnet werden. Falls der Einlassdruck größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, fährt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S106 fort, wohingegen die anschließende Verarbeitung übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls der Einlassdruck kleiner ist als der vorbestimmte Wert. Im Schritt S106 öffnet und schließt die ECU 30 die Einlassventile 7 der stillgelegten Zylinder. Im Einzelnen öffnet die ECU 30 die Einlassventile 7 und schließt dann die Einlassventile 7 nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums ab dem Öffnen der Einlassventile 7. Aufgrund dessen ist es möglich, Einlasshübe für die stillgelegten Zylinder zu implementieren.
Gemäß dieser dritten Ausführungsform ist es möglich, das Einsaugen von Öl nach einem Neustart zu verhindern, da – wie oben beschrieben – ein Wechsel von einem Unterdruckzyklus zu einem Überdruckzyklus erfolgt. Und insbesondere ist es mit der Steuerroutine der 20 möglich, eine Resonanz des Systems nach einem Wechsel vom Unterdruckzyklus zum Überdruckzyklus zu vermeiden, da der Leerhub für die stillgelegten Zylinder implementiert wird, nachdem die Resonanzzone während des Überdruckzyklus durchlaufen wurde.
Vierte Ausführungsform
Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 21 bis 23 erläutert. Diese vierte Ausführungsform zeichnet sich durch eine Steuerung aus, die zusammen mit der Steuerung der ersten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform implementiert wird. Und zwar ist die Steuerung dieser vierten Ausführungsform ein Verfahren, bei dem in dem Vorgang, in dem die Verbrennungskraftmaschine 3 stoppt, vorgesehen ist, dass für die stillgelegten Zylinder mindestens ein Auslasshub durch Öffnen und Schließen der Auslassventile 8 der stillgelegten Zylinder implementiert wird.
Wie in 21 gezeigt, implementiert die ECU 30 Auslasshübe für die stillgelegten Zylinder durch Öffnen und Schließen der Auslassventile 8 des 1. Zylinders, welcher ein stillgelegter Zylinder ist, während des Intervalls tc1–tc2, und auch durch Öffnen und Schließen der Auslassventile 8 des 4. Zylinders, welcher ebenfalls ein stillgelegter Zylinder ist, während des Intervalls td1–td2. Durch Implementieren derartiger Auslasshübe für die stillgelegten Zylinder im Vorgang des Stoppens der Verbrennungskraftmaschine erfolgt ein Wechsel von einem Unterdruckzyklus, in dem eine Expansion vom Atmosphärendruck und eine anschließende Kompression wiederholt werden, zu einem Überdruckzyklus, in dem eine Kompression vom Atmosphärendruck und eine anschließende Expansion wiederholt werden.
Wie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erläutert, ist es zum Stoppen der Position des Kolbens eines stillgelegten Zylinders in der Nähe seines oberen Totpunktes notwendig, die Kurbelwelle 3a im Intervall zwischen kurz vor dem Ende des Kompressionshubs der Kolbenposition des stillgelegten Zylinders und kurz nach dem Beginn seines Expansionshubes zu stoppen. Wie in 22 gezeigt, kann, falls der stillgelegte Zylinder in einem Überdruckzyklus arbeitet, selbst wenn beispielsweise vorgesehen ist, dass die Kurbelwelle 3a im Intervall T1 stoppt, der Kolben des stillgelegten Zylinders dennoch ungewollt beschleunigen, nachdem er seinen oberen Totpunkt durchlaufen hat, da die Schwankungen des kombinierten Drehmoments groß sind. Aufgrund dessen ist es schwierig, die Kurbelwelle 3a im Intervall T1 zu stoppen. Falls der stillgelegte Zylinder dagegen in einem Unterdruckzyklus arbeitet, ist es im Gegensatz dazu einfach, die Kurbelwelle beispielsweise im Intervall T2 zu stoppen, da die Schwankungen des kombinierten Drehmoments im Intervall zwischen kurz vor dem Ende des Kompressionshubs der Kolbenposition des stillgelegten Zylinders bis kurz nach dem Beginn seines Expansionshubs gering sind. Dementsprechend liegt der vorteilhafte Aspekt vor, dass durch Implementieren der Steuerung der vierten Ausführungsform zusammen mit der Maschinenstoppverarbeitung der ersten Ausführungsform diese Verarbeitung einfach ist. Es sollte verstanden werden, dass es auch akzeptabel wäre vorzusehen, dass zwei oder mehr Auslasshübe der stillgelegten Zylinder implementiert werden.
Durch Implementieren der Steuerroutine der 23 fungiert die ECU 30 als die „Ventilsteuerungsvorrichtung” der Ansprüche. Ein Programm für die Steuerroutine der 23 ist in der ECU 30 gespeichert und wird zeitnah ausgelesen und in einem vorbestimmten Zyklus wiederholt ausgeführt. In einem Schritt S111 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob eine Maschinenstoppbedingung gültig ist oder nicht. Diese Verarbeitung ist identisch mit derjenigen, die im Schritt S3 der 2 durchgeführt wird. Falls die Maschinenstoppbedingung gültig ist, dann führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S112 fort, wohingegen der Schritt S112 übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls die Maschinenstoppbedingung nicht gültig ist. Im Schritt S112 öffnet und schließt die ECU 30 die Auslassventile 8 der stillgelegten Zylinder. Mit anderen Worten öffnet die ECU 30 die Auslassventile 8 und schließt anschließend die Auslassventile 8, nachdem sie die Auslassventile 8 für ein vorbestimmtes Zeitintervall offen gehalten hat. Dadurch ist es möglich, Auslasshübe für die stillgelegten Zylinder zu implementieren.
Fünfte Ausführungsform
Als Nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 24 erläutert. Die Steuerung dieser fünften Ausführungsform kommt einer Verbesserung der Steuerung der vierten Ausführungsform gleich. Und zwar wird bei der Steuerung dieser fünften Ausführungsform das Öffnen und Schließen der Auslassventile 8 implementiert, nachdem die Kraftstoffeinspritzung für die Verbrennungskraftmaschine 3 gestoppt wurde. Ein Programm für die Steuerroutine der 24 ist in der ECU 30 gespeichert und wird zeitnah ausgelesen und in einem vorbestimmten Zyklus wiederholt ausgeführt. In einem Schritt S121 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob eine Maschinenstoppbedingung gültig ist oder nicht. Diese Verarbeitung ist identisch mit jener in Schritt S111 der 23. Falls die Maschinenstoppbedingung gültig geworden ist, fährt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S122 fort, wohingegen die anschließende Verarbeitung übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls die Maschinenstoppbedingung nicht gültig geworden ist. Im Schritt S122 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine 3 beendet ist oder nicht. Falls die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, fährt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S123 fort, wohingegen die anschließende Verarbeitung übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls die Kraftstoffeinspritzung nicht beendet ist. Im Schritt S123 öffnet und schließt die ECU 30 die Auslassventile 8 der stillgelegten Zylinder und implementiert Auslasshübe für die stillgelegten Zylinder.
Gemäß dieser fünften Ausführungsform lassen sich dieselben günstigen Wirkungen erhalten wie im Fall der vierten Ausführungsform. Falls ein Auslasshub implementiert wird, bevor die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, vermischen sich Abgas, das ausden Arbeitszylindern nach der Verbrennung abgegeben wird, und Luft, die aus den stillgelegten Zylindern abgegeben wird, miteinander, so dass die Sauerstoffdichte im Abgas zunimmt, und zu befürchten steht, dass ein Abgasreinigungskatalysator, wie der in 1 gezeigte Dreiwegekatalysator 16 oder NOx-Katalysator 17 oder dergleichen, möglicherweise nicht effektiv funktioniert. Jedoch ist es gemäß dieser fünften Ausführungsform möglich, diese Art von Problem zu vermeiden, da die Auslasshübe der stillgelegten Zylinder durch Öffnen und Schließen der Auslassventile 8 implementiert werden, nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist.
Sechste Ausführungsform
Als Nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 25 und 26 erläutert. Die Steuerung dieser sechsten Ausführungsform kommt einer Verbesserung der Steuerung der vierten Ausführungsform gleich. Die Steuerung dieser sechsten Ausführungsform ist durch den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Auslassventile 8 gekennzeichnet. Ein Programm für die Steuerroutine der 25 ist in der ECU 30 gespeichert und wird zeitnah ausgelesen und in einem vorbestimmten Zyklus wiederholt ausgeführt. In einem Schritt S131 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob eine Maschinenstoppbedingung gültig ist oder nicht. Diese Verarbeitung ist mit derjenigen identisch, die im Schritt S111 der 23 durchgeführt wird. Falls die Maschinenstoppbedingung gültig geworden ist, führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S132 fort, wohingegen die anschließende Verarbeitung übersprungen wird und dieser Routinezyklus endet, falls die Maschinenstoppbedingung nicht gültig geworden ist. Im Schritt S132 trifft die ECU 30 eine Entscheidung dahingehend, ob die Maschinendrehzahl geringer ist oder nicht als ein oberer Grenzwert a des Drehzahlbereichs, in dem die Resonanz durch einen Überdruckzyklus angeregt wird, oder ob die Maschinendrehzahl geringer ist als ein unterer Grenzwert β des Drehzahlbereichs, in dem die Resonanz durch einen Unterdruckzyklus angeregt wird. Falls in diesem Schritt S132 eine bejahende Entscheidung getroffen wird, dann führt der Steuerungsfluss mit einem Schritt S133 fort und Auslasshübe der stillgelegten Zylinder werden durch Öffnen und Schließen der Auslassventile 8 implementiert. Falls dagegen in diesem Schritt S132 eine negative Entscheidung getroffen wird, dann wird der Schritt S133 übersprungen und dieser Routinezyklus endet.
Gemäß dieser sechsten Ausführungsform werden Auslasshübe der stillgelegten Zylinder implementiert, falls die Maschinendrehzahl geringer ist als der obere Grenzwert α des Drehzahlbereichs, in dem die Resonanz durch einen Überdruckzyklus angeregt wird, oder falls die Maschinendrehzahl geringer ist als der untere Grenzwert β des Drehzahlbereichs, in dem die Resonanz durch einen Unterdruckzyklus angeregt wird. Aufgrund dessen verändert sich die Häufigkeit der Drehmomentschwankungen entlang der durchgezogenen Linie. Mit anderen Worten verändert sich vor dem Durchlaufen der Resonanzzone die Häufigkeit der Drehmomentschwankungsveränderungen entsprechend der Häufigkeit fp während eines Überdruckzyklus. Und da beim Eintritt in die Resonanzzone ein Wechsel hin zu einem Unterdruckzyklus erfolgt, verändert sich demgemäß die Häufigkeit der Drehmomentschwankungen entsprechend der Häufigkeit fn von Drehmomentschwankungen während des Unterdruckzyklus, so dass sowohl die Amplitude als auch die Häufigkeit der Drehmomentschwankungen abnimmt. Aufgrund dessen wird das Zeitintervall T zum Durchlaufen der Resonanzzone verkürzt im Vergleich zum Durchlaufen des Zeitintervalls Tp, falls die Resonanzzone durchlaufen würde, während der Überdruckzyklus unverändert fortgesetzt würde. Infolgedessen wird die Vibration verringert, da es möglich ist, die Resonanz zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht so verstanden werden, dass sie durch die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt wird; sie kann auf vielerlei unterschiedliche Weisen implementiert werden, vorausgesetzt, dass der Umfang ihres Kerns erhalten bleibt. Zwar wurden in den oben beschriebenen Ausführungsformen die stillgelegten Zylinder durch die Maschinenstoppverarbeitung auf vorbestimmte Kolbenpositionen festgelegt, doch wäre es auch möglich, den anfänglichen Kurbelwinkel durch Steuern des ersten Motorgenerators 4 während des Intervalls nach dem Stoppen der Kurbelwelle 3a und vor dem Neustart davon so zu steuern, dass die Kurbelwelle 3a derart gedreht wird, dass die stillgelegten Zylinder an vorbestimmten Kolbenpositionen stoppen.
Überdies wurde zwar in der ersten Ausführungsform die Steuerung so durchgeführt, dass die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder in die Nähe ihrer oberen Totpunkte gelangen, doch wäre es auch akzeptabel, dass sich die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder nicht nahe ihrer oberen Totpunkte befinden, vorausgesetzt, dass die Zylindervolumina der stillgelegten Zylinder kleiner sind als ihre maximalen Volumina. Mit anderen Worten ist es akzeptabel, die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder so zu steuern, dass sie von ihren oberen Totpunkten etwas entfernt sind.
Falls die Verbrennungskraftmaschine, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, eine Verbrennungskraftmaschine ist, die imstande ist, während eines Stopps der Maschine von einem reduzierten Zylinderbetrieb zu einem vollständigen Zylinderbetrieb zu wechseln, dann wäre es akzeptabel vorzusehen, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem vollständigen Zylinderbetrieb gestartet wird, falls die Maschinenstoppverarbeitung der oben beschriebenen Ausführungsformen nicht auf angemessene Weise implementiert wurde. Falls überdies die Verbrennungskraftmaschine, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, eine Verbrennungskraftmaschine ist, die imstande ist, während eines Stopps der Maschine die Anzahl der stillgelegten Zylinder zu ändern, dann wäre es akzeptabel vorzusehen, dass die Verbrennungskraftmaschine im vollständigen Zylinderbetrieb gestartet wird, falls die Maschinenstoppverarbeitung der oben beschriebenen Ausführungsformen nicht auf angemessene Weise implementiert wurde. Die Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine kann vier oder mehr betragen; die Anzahl der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, sollte nicht als besonders beschränkt verstanden werden.
Die vorliegende Erfindung könnte auch für ein Hybridfahrzeug implementiert werden, in dem eine Verbrennungskraftmaschine und ein einzelner Elektromotor kombiniert sind.

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendet wird, die eine Mehrzahl von vier oder mehr Zylindern aufweist und die imstande ist, sowohl einen reduzierten Zylinderbetrieb zu implementieren, bei dem ein Teil der Mehrzahl von Zylindern durch Stoppen ihres Einlassventils und ihres Auslassventils in einem geschlossenen Zustand stillgelegt wird, während ein verbleibender Zylinder arbeitet, als auch einen vollständigen Zylinderbetrieb zu implementieren, bei dem alle der Mehrzahl von Zylindern arbeiten, und die überdies durch Anlassen durch einen Elektromotor gestartet wird, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist, um einen anfänglichen Kurbelwinkel zu Beginn des Anlassens durch Steuern des Elektromotors zu steuern, wobei, wenn die Verbrennungskraftmaschine während des Implementierens des reduzierten Zylinderbetriebs gestoppt wird und die Verbrennungskraftmaschine dann im reduzierten Zylinderbetrieb mit denselben Zylindern als stillgelegten Zylindern neu gestartet wird, die Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung den anfänglichen Kurbelwinkel so steuert, dass sich die Position des Kolbens mindestens eines Zylinders der stillgelegten Zylinder in der Nähe seines oberen Totpunktes befindet.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: bei der Verbrennungskraftmaschine während des reduzierten Zylinderbetriebs Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder und Arbeitszylinder identisch sind; und die Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung den anfänglichen Kurbelwinkel so steuert, dass zu Beginn des Anlassens Kolbenpositionen der Arbeitszylinder durch ihren Einlasshub einen unteren Totpunkt erreichen, nachdem Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder zuerst an einen oberen Totpunkt gelangt sind.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: bei der Verbrennungskraftmaschine während des reduzierten Zylinderbetriebs die Kolbenpositionen der stillgelegten Zylinder und der Arbeitszylinder verschieden sind; und die Kurbelwinkelsteuerungsvorrichtung den anfänglichen Kurbelwinkel so steuert, dass sich Kolbenpositionen der Arbeitszylinder in der Nähe ihres unteren Totpunktes befinden.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Ventilsteuerungsvorrichtung, die ausgebildet ist, um nach Beginn des Anlassens mindestens einmal einen Einlasshub der stillgelegten Zylinder durch Öffnen und Schließen des Einlassventils der stillgelegten Zylinder zu implementieren.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Ventilsteuerungsvorrichtung, die ausgebildet ist, um während des Stoppvorgangs der Verbrennungskraftmaschine mindestens einmal einen Auslasshub der stillgelegten Zylinder durch Öffnen und Schließen des Auslassventils der stillgelegten Zylinder zu implementieren.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ventilsteuerungsvorrichtung mindestens einmal einen Auslasshub der stillgelegten Zylinder implementiert, nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist.