DE60017517T2

DE60017517T2 - Regenerativ-katalytische Vorrichtung für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE60017517T2
Application number: DE60017517T
Authority: DE
Inventors: Makoto Toyota-shi Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: EP1085177B1; EP1085177A3; JP2001082130A; EP1085177A2; JP3956548B2; DE60017517D1; US6718758B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Verbessern einer Abgasemission eines Hybridfahrzeugs, das durch wahlweises Einsetzen einer Brennkraftmaschine und einer Hilfsleistungsquelle eingetrieben wird.
In den vergangenen Jahren war es erforderlich, dass Brennkraftmaschinen, die an Automobilien und dergleichen montiert sind, das Abgas in die Luft nach einer ausreichenden Entfernung von gefährlichen Gasbestandteilen ausstoßen, wie zum Beispiel Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxid (NOx) und Kohlenwasserstoff (HC), die in dem Abgas enthalten sind. Zum Erfüllen der vorstehend erwähnten Anforderung war es eine gut bekannte Technologie, in einem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine einen Abgasreinigungskatalysator zum Entfernen der gefährlichen Gasbestandteile vorzusehen, die in dem Abgas enthalten sind.
Beispielsweise weist ein derartiger Abgasreinigungskatalysator einen Dreiwegekatalysator auf, der durch Beschichten einer Fläche eines keramischen Trägers mit Aluminiumoxid und Trägern einer Platin-Rhodiumbasierten Edelmetall Katalysatorsubstanz an der Aluminiumoxidfläche ausgebildet ist.
Wenn das in den Dreiwegekatalysator eingeführte Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, das in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, reagiert der Dreiwegekatalysator Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO), das in dem Abgas enthalten ist, mit Sauerstoff (O₂) darin, um dadurch Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) zu oxidieren. Gleichzeitig reagiert der Dreiwegekatalysator Stickstoffoxid (NOx), das in dem Abgas enthalten ist, mit Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) darin, um dadurch das Stickstoffoxid (NOx) zu Wasser (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Stickstoff (N₂) zu reduzieren.
Ein solcher Dreiwegekatalysator, der in dem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, entfernt Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxid (NOx) und Kohlenwasserstoff (HC), das in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthalten ist. Daher kann unterdrückt werden, dass solche gefährlichen Gasbestandteile in die Luft ausgestoßen werden.
Der Dreiwegekatalysator ist bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur (beispielsweise 300°C bis 500°C) oder darüber aktiv. Wenn die Temperatur des Dreiwegekatalysators geringer als die vorbestimmte Temperatur beispielsweise beim Kaltstarten der Brennkraftmaschine ist, können daher die gefährlichen Gasbestandteile in dem Abgas nicht ausreichend entfernt werden.
Im Hinblick auf das vorangehende Problem hat die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-236147 eine regenerative Katalysatorvorrichtung vorgeschlagen. Die darin beschriebene regenerative Katalysatorvorrichtung hat einen katalytischen Wabenkörper, der innerhalb eines wärmeisolierenden Behälters vorgesehen ist, eine Vielzahl von zylindrischen Wärmespeicherbehältern, die parallel innerhalb des katalytischen Körpers entlang der Abgasströmungsrichtung vorgesehen sind, und ein Wärmespeichermaterial, das in jedem zylindrischen Wärmespeicherbehälter vorgesehen ist. Während die Brennkraftmaschine sich in dem Betriebszustand befindet, wird die Wärme des Abgases in dem Wärmespeichermaterial gespeichert. Nachdem die Brennkraftmaschine angehalten ist, wird die Verringerung der Temperatur des katalytischen Körpers durch Verwenden der Wärmeisolationswirkung des wärmeisolierenden Behälters und der in dem Wärmespeichermaterial gespeicherten Wärme unterdrückt. Somit wird der katalytische Körper bei dem nächsten Starten des Verbrennungsmotors frühzeitig aktiviert.
Eine weitere Technologie ist in EP 0 596 854 A1 offenbart, wobei ein Katalysator für ein Hybridfahrzeug, der eine Wärmespeichereinrichtung zum Unterdrücken einer Verringerung der Temperatur des Katalysators aufweist, nachdem die Brennkraftmaschine angehalten ist, beschrieben ist. Des Weiteren ist die Wärmespeichereinrichtung mit einem Wärmespeichermaterial zum Speichern von Wärme des Abgases versehen, das von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird, wobei der Katalysator in direktem thermischen Kontakt mit der Wärmespeichereinrichtung steht, um die Ansprecheigenschaften zu verbessern.
Bei einer derartigen regenerativen katalytischen Vorrichtung hängt die Menge von in dem Wärmespeichermaterial gespeicherten Wärme von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine hängt wiederum von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs ab. Daher hängt die Menge der in dem Wärmespeichermaterial gespeicherten Wärme von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs ab. Demgemäß hat das Wärmespeichermaterial nicht notwendigerweise eine spezifische Menge von Wärme oder mehr zu dem Zeitpunkt gespeichert, bei dem die Brennkraftmaschine angehalten wird. Als Folge kann es schwierig sein, den katalytischen Körper auf einer spezifischen Temperatur oder höher zu halten, bis der Verbrennungsmotor nachfolgend gestartet wird.
In den vergangenen Jahren wurde zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs, der Menge einer Abgasemission oder von Lärm der Brennkraftmaschine, die an den Automobilien oder dergleichen montiert ist, ein Hybridfahrzeug entwickelt, das zwei Antriebsquellen aufweist, insbesondere eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor, und das durch wahlweises Betreiben der Brennkraftmaschine und des Elektromotors angetrieben wird.
Bei einem derartigen Hybridfahrzeug ist es ebenso wichtig, gefährliche Gasbestandteile zu entfernen, die in dem Abgas enthalten sind, das von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird, bevor das Abgas in die Luft ausgestoßen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abgasemission eines Hybridfahrzeugs durch Vorsehen einer Technologie zum Erzielen einer wirksamen Funktion einer regenerativen katalytischen Vorrichtung durch Verwenden des Merkmals eines Hybridfahrzeugs, das es durch wahlweises Betreiben einer Brennkraftmaschine und einer Hilfsleistungsquelle angetrieben wird, zu verbessern.
Zum Lösen der Aufgabe ist eine regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Hybridmechanismus zum Antreiben des Fahrzeugs durch wahlweises Betreiben einer Brennkraftmaschine und einer Hilfsleistungsquelle; einem Abgasreinigungskatalysator, der in einem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine zum Reinigen von in dem Abgasdurchgang strömenden Abgas vorgesehen ist; und einer Wärmespeichereinrichtung zum Speichern von Wärme versehen, die in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, während die Brennkraftmaschine sich in einem Betriebszustand befindet, und zum Einsetzen der gespeicherten Wärme, um eine Verringerung der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zu unterdrücken, nachdem die Brennkraftmaschine angehalten ist.
Bei einer solchen regenerativen katalytischen Vorrichtung bei dem Hybridfahrzeug treibt der Hybridmechanismus das Fahrzeug nur durch eine Abgabe der Hilfsleistungsquelle, nur durch eine Abgabe der Brennkraftmaschine oder durch beide Abgaben von der Brennkraftmaschine und von der Hilfsleistungsquelle an, wenn es erforderlich ist.
Wenn beispielsweise die Menge der Wärme, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, geringer als eine erwünschte Menge ist, treibt der Hybridmechanismus das Fahrzeug durch hauptsächliches Verwenden der Abgabe der Hilfsleistungsquelle an und steuert ebenso den Betriebszustand der Brennkraftmaschine, um die Menge der Wärme in der Wärmespeichereinrichtung zu erhöhen.
Da in diesem Fall das Hybridfahrzeug hauptsächlich durch die Abgabe der Hilfsleistungsquelle angetrieben wird, fährt das Fahrzeug unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Andererseits wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine lediglich zum Erhöhen der Menge der Wärme in der Wärmespeichereinrichtung ungeachtet der Fahrbedingungen des Hybridfahrzeugs gesteuert. Als Folge kann die Wärmespeichereinrichtung ständig die erwünschte Menge der Wärme oder mehr ungeachtet der Fahrbedingungen des Hybridfahrzeugs speichern.
Folglich speichert die Wärmespeichereinrichtung die erwünschte Menge der Wärme oder mehr immer dann, wenn die Brennkraftmaschine angehalten ist. Daher kann eine Verringerung der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zuverlässig unterdrückt werden, nachdem die Brennkraftmaschine angehalten ist. Somit kann die Abgasemission nach einem Neustart der Brennkraftmaschine verbessert werden und kann auch der Kraftstoffverbrauch zum Aufwärmen des Abgasreinigungskatalysators verringert werden.
Eine regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einem Hybridmechanismus zum Antreiben des Fahrzeugs durch wahlweises Betreiben einer Brennkraftmaschine und einer Hilfsleistungsquelle; einem Abgasreinigungskatalysator, der in einem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine zum Reinigen von in dem Abgasdurchgang strömenden Abgas vorgesehen ist; einer Wärmespeichereinrichtung zum Speichern von Wärme, die bei der Brennkraftmaschine erzeugt wird, während die Brennkraftmaschine sich in dem Betriebszustand befindet, und zum Verwenden der gespeicherten Wärme, um eine Verringerung der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zu unterdrücken, nachdem die Brennkraftmaschine angehalten ist; und einer Verbrennungsmotorsteuereinrichtung zum Steuern des Betriebszustands der Brennkraftmaschine durch den Hybridmechanismus versehen sein, sodass die Menge der Wärme, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge wird.
Wenn bei einer solchen regenerativen katalytischen Vorrichtung bei dem Hybridfahrzeug die Menge von Wärme, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, geringer als die vorbestimmte Menge ist, steuert die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch den Hybridmechanismus, sodass die bei der Brennkraftmaschine gespeicherte Wärme in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert wird.
Zu diesem Zeitpunkt treibt der Hybridmechanismus das Fahrzeug durch hauptsächliches Verwenden einer Abgabe der Hilfsleistungsquelle an. Genauer gesagt steuert der Hybridmechanismus den Betriebszustand der Brennkraftmaschine gemäß einer Anforderung von der Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung und steuert ebenso die Hilfsleistungsquelle, um die Fahrbedingungen des Fahrzeugs zu erfüllen.
In diesem Fall wird das Hybridfahrzeug hauptsächlich durch die Abgabe der Hilfsleistungsquelle unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine angetrieben. Anders gesagt wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine lediglich zum Speichern der Wärme in der Wärmespeichereinrichtung ungeachtet der Fahrbedingungen des Fahrzeugs gesteuert. Als Folge speichert die Wärmespeichereinrichtung ständig die vorbestimmte Menge der Wärme oder mehr ungeachtet der Fahrbedingungen des Fahrzeugs. Somit speichert die Wärmespeichereinrichtung die vorbestimmte Menge der Wärme oder mehr zu dem Zeitpunkt, wenn die Brennkraftmaschine angehalten ist. Folglich wird, nachdem die Brennkraftmaschine angehalten ist, eine Verringerung der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators durch die vorbestimmte Menge der Wärme oder mehr verhindert, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist.
Die regenerative katalytische Vorrichtung bei dem Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur der Wärmespeichereinrichtung aufweisen. In diesem Fall kann die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung die Menge der Wärme, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, durch Verwenden eines Erfassungswerts der Temperaturerfassungseinrichtung als einen Parameter bestimmen. Genauer gesagt kann die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung bestimmen, dass die Menge der Wärme, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, die vorbestimmte Menge oder mehr ist, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, und kann bestimmen, dass die Menge der Wärme, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, geringer als die vorbestimmte Menge ist, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung geringer als der vorbestimmte Wert ist.
Die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung kann den Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuern, um die Menge der Wärme, die bei der Brennkraftmaschine erzeugt wird, zu erhöhen, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung geringer als der vorbestimmte Wert ist. Darüber hinaus kann die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung den Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf einen normalen Betriebszustand steuern, wenn die Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung der vorbestimmte Wert oder mehr ist. Des Weiteren kann die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung geeignet sein, um das Anhalten des Betriebs der Brennkraftmaschine zu unterbinden, wenn die Brennkraftmaschine sich in dem Betriebszustand befindet und der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung geringer als der vorbestimmte Wert ist, und um das Anhalten des Betriebs der Brennkraftmaschine zu gestatten, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung der vorbestimmte Wert oder mehr ist.
Die Wärmespeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmespeichermaterial zum Speichern von Wärme des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgases aufweisen. In diesem Fall kann die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung den Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuern, um die Temperatur des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgases zu erhöhen, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung geringer als der vorbestimmte Wert ist.
Beispielsweise kann die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine durch Verzögern der Zündzeitabstimmung, Erhöhen einer Kraftstoffeinspritzmenge und einer Einlassluftmenge oder dergleichen erhöht werden. Es ist anzumerken, dass für den Fall, bei dem die Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus versehen ist, der fähig ist, die Öffnungs/Schließzeitabstimmung eines Auslassventils zu variieren, die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine durch Vorstellen der Öffnungszeitabstimmung des Auslassventils erhöht werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines Hybridmechanismus zeigt, der an einem Hybridfahrzeug montiert ist, auf das eine regenerative katalytische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
2 ist ein Diagramm, das einen Aufbau eines regenerativen Abgasreinigungsmechanismus zeigt;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Wärmespeichersteuerungsroutine darstellt; und
4 ist ein Diagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des regenerativen Abgasreinigungsmechanismus zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden spezifische Ausführungsbeispiele einer regenerativen katalytischen Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines Hybridmechanismus zeigt, der an einem Hybridfahrzeug montiert ist, auf das eine regenerative katalytische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
Der Hybridmechanismus, der in 1 gezeigt ist, hat zwei Antriebsquellen, insbesondere eine Brennkraftmaschine 100 und einen Elektromotor 200, der als Hilfsleistungsquelle gemäß der vorliegenden Erfindung dient.
Die Brennkraftmaschine 100 ist ein Viertakt-Vierzylinder-Ottomotor. Die Brennkraftmaschine 100 ist mit Zündkerzen 3 versehen, die zu jeweiligen Brennkammern (nicht gezeigt) von Zylindern 2 weisen. Die Brennkraftmaschine 100 ist ebenso mit einem Kurbelpositionssensor 16 zum Abgeben eines Impulssignals jedes Mal dann, wenn eine Kurbelwelle, die als eine Verbrennungsmotorabgabewelle dient, um einen vorbestimmten Winkel (beispielweise 30 Grad) gedreht wird, und einem Wassertemperatursensor 17 zum Abgeben eines elektrischen Signals entsprechend der Temperatur von Kühlwasser versehen, das in einem Wassermantel (nicht gezeigt) strömt, der bei der Brennkraftmaschine 100 ausgebildet ist.
Einlassabzweigungsrohre 4 sind mit der Brennkraftmaschine 100 verbunden. Die Einlassabzweigungsrohre 4 stehen mit jeweiligen Brennkammern der Zylinder 2 durch die jeweilige Einlassanschlüsse (nicht gezeigt) in Verbindung. Ein Kraftstoffeinspritzventil 5 ist an jedem Einlassabzweigungsrohr 4 angebracht, sodass seine Einspritzdüse zu dem entsprechenden Einlassanschluss weist.
Die Einlassabzweigungsrohre 4 sind mit einem Ausgleichstank 6 verbunden, der wiederum mit einem Einlassrohr 7 verbunden ist. Ein Drosselventil 8 zum Einstellen der Durchflussrate der Einlassluft, die in dem Einlassrohr 7 strömt, ist in dem Einlassrohr 7 vorgesehen.
Das Drosselventil 8 ist mit einem Stellglied 9, das durch einen Schrittmotor und dergleichen ausgebildet ist, um das Drosselventil 8 gemäß der Größe eines angelegten Stroms zu öffnen und zu schließen, und einem Drosselpositionssensor 10 zum Abgeben eines elektrischen Signals versehen, das der Öffnung des Drosselventils 8 entspricht.
Ein Luftdurchflussmessgerät 11 zum Abgeben eines elektrischen Signals entsprechend der Masse der Frischluft, die in das Einlassrohr 7 strömt, ist an dem Einlassrohr 7 stromaufwärts von dem Drosselventil 8 vorgesehen.
Abgasabzweigungsrohre 12 sind mit der Brennkraftmaschine 100 verbunden. Die Abgasabzweigungsrohre 12 stehen in Verbindung mit den jeweiligen Brennkammern der Zylinder 2 durch jeweilige Abgasanschlüsse (nicht gezeigt). Die Abgasabzweigungsrohre 12 sind mit einem Abgasrohr 13 verbunden, das wiederum mit einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer an der stromabwärtigen Seite des Abgasrohrs 13 verbunden ist.
Ein regenerativer Abgasreinigungsmechanismus 14 zum Entfernen von gefährlichen Gasbestandteilen innerhalb des Abgases ist in dem Abgasrohr 13 angeordnet. Wie in 2 gezeigt ist, ist der regenerative Abgasreinigungsmechanismus 14 durch einen zylindrischen Körper mit einem Doppelaufbau ausgebildet, wobei ein innerer Zylinder 140 und ein äußerer Zylinder 141 koaxial angeordnet sind. Der innere Zylinder 140 ist ein zylindrischer Körper mit einem Durchmesser, der größer als derjenige des Abgasrohrs 13 ist. Der äußere Zylinder 141 ist ein zylindrischer Körper mit einem Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des inneren Zylinders 140 ist.
Der innere Zylinder 140 hat darin einen Abgasreinigungskatalysator 142, der einen Außendurchmesser hat, der im Wesentlichen der gleiche wie der Innendurchmesser des inneren Zylinders 140 ist. Beispielsweise kann der Abgasreinigungskatalysator 142 ein Dreiwegekatalysator, ein Einschlussreduktions-NOx-Katalysator, ein selektiver Reduktions-NOx-Katalysator oder ein Oxidationskatalysator sein. Der Dreiwegekatalysator wird als ein Beispiel in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Der Dreiwegekatalysator 142 ist durch einen gitterförmigen Keramikträger aus Cordierit mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich entlang der Abgasströmungsrichtung erstrecken, und einer katalytischen Schicht ausgebildet, die über eine Fläche des Keramikträgers beschichtet ist. Beispielsweise ist die katalytische Schicht aus einer Platin-Rhodium-(Pt-Rh)-basierten katalytischen Edelmetallsubstanz ausgebildet, die an einer Fläche eines porösen Aluminiumoxids geträgert ist, die eine Vielzahl von Poren hat.
Der Dreiwegekatalysator 142, der so ausgebildet ist, wird bei einer vorbestimmten Temperatur (beispielsweise 300°C) oder höher aktiviert. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Dreiwegekatalysator 142 eingeführt wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (katalytisches Reinigungsfenster) in der Nähe von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, reagiert der Dreiwegekatalysator 142 Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO), das in dem Abgas enthalten ist, mit Sauerstoff (O₂) darin, um dadurch Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) zu oxidieren. Gleichzeitig reagiert der Dreiwegekatalysator 142 Stickstoffoxid (NOx) in dem Abgas mit Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) darin, um dadurch Stickstoffoxid (NOx) zu Wasser (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Stickstoff (N₂) zu reduzieren.
Der innere Zylinder 140 hat ein Wärmespeichermaterial 143 an seiner Umfangswand. Das Wärmespeichermaterial 143 weist ein Phasenänderungsmaterial, wie zum Beispiel Lithiumchlorid und Natriumchlorid, als Basismaterial auf. Ein Vakuumraum 144 ist zwischen dem Wärmespeichermaterial 143 und dem äußeren Zylinder 141 ausgebildet (im Folgenden wird der Raum 144 als Vakuumwärmeisolationsschicht 144 bezeichnet). Die Vakuumwärmeisolationsschicht 144 kann einen konstanten Grad eines Vakuums haben. Alternativ kann der Grad des Vakuums eingestellt werden, wenn das erforderlich ist.
Der äußere Zylinder 141 ist mit einem Wärmespeichermaterialtemperatursensor 145 zum Abgeben eines elektrischen Signals entsprechend der Temperatur des Wärmespeichermaterials 143 versehen. Dieser Wärmespeichermaterialtemperatursensor 145 bildet die Temperaturerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Während bei einem solchen regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 die Brennkraftmaschine 100 sich in dem Betriebszustand befindet, wird die Wärme des durch den inneren Zylinder 140 tretenden Abgases durch eine Wandfläche des inneren Zylinders 140 zu dem Wärmespeichermaterial 143 übertragen und in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert.
Während bei dem regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 die Brennkraftmaschine 100 angehalten ist, blockiert die Vakuumwärmeisolationsschicht 144 eine Wärmeabgabe von dem Dreiwegekatalysator 142 und dem Wärmespeichermaterial 143 und wird ebenso die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeicherte Wärme auf dem Dreiwegekatalysator 142 übertragen. Somit wird eine Verringerung der Temperatur des Dreiwegekatalysators 142 unterdrückt.
Unter Rückbezug auf 1 ist das Abgasrohr 13 mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15 stromaufwärts von dem regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 versehen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15 gibt ein elektrisches Signal entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ab, das in den Dreiwegekatalysator 142 des regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 eingeführt wird.
Beispielsweise ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15 durch einen Festelektrolytabschnitt, der aus Zirkoniumoxid (ZrO₂) ausgebildet ist, das in einer zylindrischen Gestalt gebrannt ist, einer äußeren Platinelektrode, die die äußere Fläche des Festelektrolytabschnitts abdeckt, und einer inneren Platinelektrode ausgebildet, die die innere Fläche des Festelektrolytabschnitts abdeckt. Wenn eine Spannung zwischen die Elektroden angelegt wird, gibt der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15 einen Strom mit einer Größe ab, die proportional zu der Sauerstoff konzentration in dem Abgas ist (Konzentration von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist) was sich aus einer Migration von Sauerstoffionen ergibt.
Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 100 ist mit einer Abgabewelle 18 gekoppelt, die wiederum mit einem Leistungsverteilungsmechanismus 19 gekoppelt ist. Der Leistungsverteilungsmechanismus 19 ist mechanisch mit einem Generator 20 und einer Drehwelle (Motordrehwelle) 200a des Elektromotors 200 verbunden.
Beispielsweise ist der Leistungsverteilungsmechanismus 19 aus einem Planetengetriebe ausgebildet, das mit einem Planetenträger, der drehbar ein Ritzel hält, einem Zahnkranz, der außerhalb von dem Planetenträger angeordnet ist, und einem Sonnenrad versehen ist, das innerhalb des Planetenträgers angeordnet ist. Eine Drehwelle des Planententrägers ist mit der Abgabewelle 18 gekoppelt, eine Drehwelle des Zahnkranzes ist mit der Motordrehwelle 200a gekoppelt und eine Drehwelle des Sonnenrads ist mit dem Generator 20 gekoppelt.
Ein Reduktionsgetriebe 21 ist mit der Motordrehwelle 200a des Elektromotors 200 gekoppelt und Räder 24, 25, die als Antriebsräder dienen, sind mit dem Reduktionsgetriebe 21 durch jeweilige Antriebswellen 22, 23 gekoppelt. Das Reduktionsgetriebe 21 ist aus einer Kombination einer Vielzahl von Zahnrädern ausgebildet. Das Reduktionsgetriebe 21 verringert die Drehzahl der Motordrehwelle 200a und überträgt die verringerte Drehzahl auf die Antriebswellen 22, 23.
Der Generator 20 ist elektrisch mit einem Wandler 26 verbunden, der wiederum elektrisch mit einer Batterie 27 und dem Elektromotor 200 verbunden ist.
Der Generator 20 ist durch einen Wechselstromsynchronmotor ausgebildet. Der Generator 20 erzeugt elektrische Leistung durch Umwandeln von kinetischer Energie, die zu diesem von der Brennkraftmaschine 100 durch den Leistungsteilungsmechanismus 19 eingegeben wird, in elektrische Energie als Reaktion auf das Aufbringen eines Erregerstroms.
Der Generator 20 dient als ein Startermotor der Brennkraftmaschine 100, wenn eine elektrische Antriebsleistung von der Batterie 27 beim Starten der Brennkraftmaschine 100 aufgebracht wird.
Die Batterie 27 ist aus einer Vielzahl von Nickel-Wasserstoff-Batterien ausgebildet, die in einer Reihe miteinander verbunden sind. Die Batterie 27 ist mit einer SOC-Steuerungseinrichtung (Steuerungseinrichtung des Ladezustands) 28 zum Berechnen eines Ladezustands der Batterie 27 aus einem integrierten Wert der Beträge eines Entladestroms und eines Ladestroms der Batterie 27 versehen.
Der Elektromotor 200 ist aus einem Wechselstromsynchronmotor ausgebildet. Wenn die elektrische Leistung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, und/oder die elektrische Leistung der Batterie 27 dem Elektromotor 200 zugeführt wird, dreht der Elektromotor 200 die Motordrehwelle 200a mit dem Drehmoment, dass der Größe der aufgebrachten elektrischen Leistung entspricht.
Der Elektromotor 200 dient als ein Generator während einer Verzögerung des Fahrzeugs und führt eine so genannte regenerative Leistungserzeugung durch. Genauer gesagt wandelt der Elektromotor 200 kinetische Energie, die von der Rädern 24, 25 auf die Motordrehwelle 200a durch die Antriebwellen 22, 23 und das Verringerungsgetriebe 21 übertragen wird, in elektrische Energie um.
Der Wandler 26 ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die aus einer Kombination einer Vielzahl von Leistungstransistoren ausgebildet ist. Der Wandler 26 führt wahlweise eine Aufbringung der elektrischen Leistung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, auf die Batterie 27, eine Aufbringung der elektrischen Leistung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, auf den Elektromotor 200, eine Aufbringung der elektrischen Leistung, die in der Batterie 27 gespeichert ist, auf den Elektromotor 200 und eine Aufbringung der elektrischen Leistung, die durch den Elektromotor 200 erzeugt wird, auf die Batterie 27 durch.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Generator 20 und der Elektromotor 200 jeweils durch den Wechselstromsynchronmotor ausgebildet. Wenn daher die elektrische Leistung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, auf die Batterie 20 aufzubringen ist, wandelt der Wandler 26 eine AC-Spannung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, eine DC-Spannung um und bringt die DC-Spannung auf die Batterie 27 auf. Wenn die elektrische Leistung der Batterie 27 auf den Elektromotor 200 aufzubringen ist, wandelt der Wandler 26 eine DC-Spannung der Batterie 27 in eine AC-Spannung um und bringt die AC-Spannung auf den Elektromotor 200 auf. Wenn die elektrische Leistung, die durch den Elektromotor 200 erzeugt wird, auf die Batterie 27 aufzubringen ist, wandelt der Wandler 26 eine AC-Spannung, die durch den Elektromotor 200 regeneriert wird, in eine DC-Spannung um und bringt dann die DC-Spannung auf die Batterie 27 auf.
Ein solcher Hybridmechanismus ist des Weiteren mit einer elektronischen Steuerungseinheit (E-ECU) 29 zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 und einer elektronischen Steuerungseinheit (H-ECU) 30 zum allgemeinen Steuern des gesamten Hybridmechanismus versehen.
Die H-ECU 30 ist durch eine elektrische Verdrahtung mit einem Beschleunigerpositionssensor 31 zum Abgeben eines elektrischen Signals, das den Betätigungsbetrag eines (nicht gezeigten) Beschleunigerpedals entspricht, und der SOC-Steuerungseinrichtung 28 verbunden. Somit kann die H-ECU 30 ein Ausgangssignal (Beschleunigeröffnungssignal) des Beschleunigerpositionssensors 31 und ein Ausgangssignal (Signal zum Anzeigen des Ladezustands der Batterie 27) der SOC-Steuerungseinrichtung 28 empfangen.
Die H-ECU 30 ist mit dem Generator 20, dem Wandler 26 und dem Elektromotor 200 durch eine elektrische Verdrahtung verbunden und ist ebenso mit der E-ECU 29 durch eine bilaterale Kommunikationsleitung verbunden. Die H-ECU 30 ist fähig, den Generator 20, den Wandler 26 und den Elektromotor 200 auf der Grundlage der Ausgangssignale des Beschleunigerpositionssensors 31, der SOC-Steuerungseinrichtung 28 und dergleichen zu steuern, und ist ebenso fähig, die Brennkraftmaschine 100 durch die E-ECU 29 zu steuern.
Beispielsweise startet die H-ECU 30 die Brennkraftmaschine 100, wenn ein Zündschalter von AUS zu EIN umgeschaltet wird. Genauer gesagt steuert die H-ECU 30 den Wandler 26, um die elektrische Antriebsleistung von der Batterie 27 auf den Generator 20 aufzubringen, um dadurch zu verursachen, dass der Generator 20 als ein Startermotor dient. Zusätzlich überträgt die H-ECU 30 ein Verbrennungsmotorstartanforderungssignal auf die E-ECU 29, um die Zündkerzen 3, das Drosselventil 8 und die Kraftstoffeinspritzventile 5 zu betreiben.
In diesem Fall wird bei dem Leistungsteilungsmechanismus 19 das Sonnenrad, das mit dem Generator 20 gekoppelt ist, gedreht, wohingegen der Zahnkranz, der mit den Rädern 24, 25 gekoppelt ist, angehalten wird. Daher wird nahezu das gesamte Rotationsdrehmoment des Sonnenrads auf dem Planetenträger übertragen.
Der Planetenträger des Leistungsteilungsmechanismus 19 ist mit der Abgabewelle 18 der Brennkraftmaschine 100 gekoppelt. Wenn daher der Planetenträger als Reaktion auf das Rotationsdrehmoment des Sonnenrads gedreht wird, wird die Abgabewelle 18 ebenso entsprechend gedreht. Zu diesem Zeitpunkt betreibt die E-ECU 29 die Zündkerzen 3, das Drosselventil 8 und die Kraftstoffeinspritzventile 5, wodurch ein Kurbeln der Brennkraftmaschine 100 ausgeführt wird. Somit wird die Brennkraftmaschine 100 gestartet.
Wenn die Temperatur von Kühlwasser auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher nach dem Starten der Brennkraftmaschine 100 angehoben ist, bestimmt die H-ECU 30, dass die Brennkraftmaschine 100 aufgewärmt ist und überträgt ein Verbrennungsmotorstoppanforderungssignal auf die E-ECU 29, um die Brennkraftmaschine 100 anzuhalten.
Wenn das Fahrzeug angehalten wird, während der Zündschalter eingeschaltet ist, überträgt die H-ECU 30 das Verbrennungsmotorstoppanforderungssignal auf die E-ECU 29, um die Brennkraftmaschine 100 anzuhalten, und steuert ebenso den Wandler 26, um eine Drehung des Elektromotors 200 zu unterbrechen.
Jedoch kann es einen Fall geben, bei dem ein Ausgangssignalwert (Signalwert, der einen Ladezustand der Batterie 27 anzeigt) der SOC-Steuerungseinrichtung 28 geringer als ein vorbestimmter Bezugswert ist, wenn das Fahrzeug angehalten ist, dass eine Hilfseinrichtung (wie zum Beispiel ein Verdichter einer Fahrzeugklimatisierungseinrichtung), die mit einem Teil der Drehmomentabgabe von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wenn der Verbrennungsmotor betrieben werden soll, oder dass die Brennkraftmaschine 100 oder ein Abgasreinigungssystem aufgewärmt werden soll. In einem solchen Fall unterbindet die H-ECU 30, dass die Brennkraftmaschine 100 angehalten wird, oder überträgt das Verbrennungsmotorstartanforderungssignal auf die E-ECU 29, um die angehaltene Brennkraftmaschine 100 erneut zu starten.
Wenn das Fahrzeug, das angehalten wurde, gestartet wird, steuert die H-ECU 30 den Wandler 26, um die elektrische Antriebsleistung von der Batterie 27 auf den Elektromotor 200 aufzubringen. Wenn die elektrische Antriebsleistung von der Batterie 27 zu dem Elektromotor 200 zugeführt wird, wird die Motordrehwelle 200a des Elektromotors 200 gedreht. Dann wird das Rotationsdrehmoment der Motordrehwelle 200a auf die Räder 24, 25 durch das Verringerungsgetriebe 21 und die Antriebswellen 22, 23 übertragen, wodurch das Fahrzeug beginnt sich zu bewegen.
Es ist anzumerken, dass es einen Fall geben kann, bei dem der Abgabesignalwert der SOC-Steuerungseinrichtung 28 geringer als der vorbestimmte Bezugswert ist, wenn das Fahrzeug gestartet ist, wenn die Hilfseinrichtung, wie zum Beispiel der Verdichter der Klimatisierungseinrichtung, betrieben werden soll, oder wenn die Brennkraftmaschine 100 oder das Abgasreinigungssystem aufgewärmt werden soll. In einem solchen Fall überträgt die H-ECU 30 das Verbrennungsmotorstartanforderungssignal auf die E-ECU 29, um die Brennkraftmaschine 100 zu starten.
Wenn die Brennkraftmaschine 100 gestartet ist, um die Batterie 27 zu laden, um die Hilfseinrichtung zu betreiben oder die Brennkraftmaschine 100 oder das Abgasreinigungssystem beim Starten des Fahrzeugs aufzuwärmen, steuert die H-ECU 30 den Wandler 26, um den Erregerstrom von der Batterie 27 auf den Generator 20 aufzubringen, um dadurch zu verursachen, dass der Generator 20 als ein Generator arbeitet.
In diesem Fall wird die Abgabewelle 18 durch das Drehmoment gedreht, das von der Brennkraftmaschine 100 abgegeben wird. Das Rotationsdrehmoment der Abgabewelle 18 wird auf dem Planetenträger des Leistungsteilungsmechanismus 19 übertragen und von dem Planetenträger auf das Sonnenrad und dem Zahnkranz verteilt.
Das Rotationsdrehmoment, das von dem Planetenträger auf das Sonnenrad verteilt wird, wird auf den Generator 20 übertragen, der mit dem Sonnenrad gekoppelt ist. Der Generator 20 erzeugt elektrische Leistung durch Umwandeln der kinetischen Energie, die von dem Sonnenrad übertragen wird, in elektrische Energie. Die elektrische Leistung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, wird auf die Batterie 27 und den Elektromotor 200 durch den Wandler 26 verteilt.
Das Rotationsdrehmoment, das von dem Planetenträger auf dem Zahnkranz verteilt wird, wird auf die Motordrehwelle 200a übertragen, die mit dem Zahnkranz gekoppelt ist.
Als Folge wird die Motordrehwelle 200a durch das Drehmoment, das von dem Elektromotor 200 abgegeben wird, plus dem Rotationsdrehmoment, das von dem Zahnkranz übertragen wird, gedreht. Das Rotationsdrehmoment der Motordrehwelle 200a wird auf die Räder 24, 25 durch das Verringerungsgetriebe 21 und die Antriebswellen 22, 23 übertragen.
Wenn der Zustand des Fahrzeugs von dem Starten zu dem normalen Fahren gewechselt wird, steuert die H-ECU 30 die E-ECU 29, um die Drehmomentabgabe von der Brennkraftmaschine 100 auf einem gewünschten Solldrehmoment zu halten. Zusätzlich hält die H-ECU 30 die Zufuhr der elektrischen Antriebsleistung von der Batterie 27 zu dem Elektromotor 200 an und steuert den Wandler 26, um den Erregerstrom von der Batterie 27 auf den Generator 20 aufzubringen.
Genauer gesagt berechnet die H-ECU 30 ein Antriebsdrehmoment, das von dem Fahrer angefordert wird (im Folgenden als angefordertes Antriebsdrehmoment bezeichnet), aus einem Ausgangssignal (Beschleuniger) des Beschleunigerpositionssensors 31 und einem Ausgangssignal (Fahrzeuggeschwindigkeit) eines (nicht gezeigten) Fahrzeuggeschwindigkeitssensors. Dann bestimmt die H-ECU 30 das Drehmoment, das von der Brennkraftmaschine 100 abzugeben ist (im Folgenden als angefordertes Verbrennungsmotordrehmoment), und das Drehmoment, das von dem Elektromotor 200 abzugeben ist (im Folgenden als angefordertes Motordrehmoment), um das erforderliche Antriebsdrehmoment zu erfüllen.
Die H-ECU 30 überträgt das erforderliche Verbrennungsmotordrehmoment auf die E-ECU 29 und steuert ebenso den Wandler 26 gemäß dem erforderlichen Motordrehmoment. Zu diesem Zeitpunkt steuert die H-ECU 30 die Umdrehungsgeschwindigkeit des Generators 20 durch Einstellen der Größe des Erregerstroms, der auf den Generator 20 aufgebracht wird. Somit steuert die H-ECU 30 die Umdrehungsgeschwindigkeit (im Folgenden ebenso als Verbrennungsmotordrehzahl bezeichnet) der Brennkraftmaschine 100.
Beispielsweise ist das erforderliche Verbrennungsmotordrehmoment, das von der H-ECU 30 auf die E-ECU 29 übertragen wird, ein Wert, der durch Verwenden einer Einlassluftmenge und einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine 100 als Parameter erhalten wird. In diesem Fall hat die H-ECU 30 ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der Einlassluftmenge, der Verbrennungsmotordrehzahl und den Verbrennungsmotordrehmoment anzeigt. Die H-ECU 30 gibt aus dem Kennfeld die Einlassluftmenge und die Verbrennungsmotordrehzahl entsprechend den gewünschten Verbrennungsmotordrehmoment an und überträgt die angegebene Einlassluftmenge und Verbrennungsmotordrehzahl auf die E-ECU 29 als erforderliches Verbrennungsmotordrehmoment.
Die E-ECU 29 bestimmt die Drosselöffnung, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung und die Zündzeitabstimmung gemäß dem erforderlichen Verbrennungsmotordrehmoment, das von der H-ECU 30 empfangen wird, und steuert das Stellglied 9, die Kraftstoffeinspritzventile 5 und die Zündkerzen 3 entsprechend.
Es ist anzumerken, dass dann, wenn die Batterie 27 während des normalen Fahrens des Fahrzeugs geladen werden muss, die H-ECU 30 die E-ECU 29 steuert, um die Drehmomentabgabe von der Brennkraftmaschine 100 zu erhöhen, und ebenso den Wandler 26 steuert, um den Erregerstrom zu erhöhen, der von der Batterie 27 auf den Generator 20 aufgebracht wird. Somit wird der Betrag einer Leistungserzeugung erhöht, während das erforderliche Antriebsdrehmoment sichergestellt wird.
Während einer Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet die H-ECU 30 das erforderliche Antriebsdrehmoment, das erforderliche Verbrennungsdrehmoment und das erforderliche Motordrehmoment, wie es während des normalen Fahrens des Fahrzeugs ist, wie vorstehend beschrieben ist. Dann steuert die H-ECU 30 die Brennkraftmaschine 100 durch die E-ECU 29 und steuert ebenso den Elektromotor 200 durch den Wandler 26.
Die H-ECU 30 steuert den Wandler 26, um nicht nur die elektrische Leistung, die durch den Generator 20 erzeugt wird, sondern auch die elektrische Leistung der Batterie 27 auf den Elektromotor 200 aufzubringen, um somit die Drehmomentabgabe von dem Elektromotor 200 zu erhöhen.
Während einer Verzögerung oder eines Bremsens des Fahrzeugs überträgt die H-ECU 30 das Verbrennungsmotorstoppanforderungssignal auf die E-ECU 29, um die Brennkraftmaschine 100 anzuhalten (insbesondere um die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündsteuerung anzuhalten). Zusätzlich steuert die H-ECU 30 den Wandler 26, um den Generator 20 und den Elektromotor 200 anzuhalten.
Dann steuert die H-ECU 30 den Wandler 26, um den Erregerstrom von der Batterie 27 auf den Elektromotor 200 aufzubringen. Somit funktioniert der Elektromotor 200 als ein Generator und führt eine regenerative Leistungserzeugung durch. Genauer gesagt wandelt der Elektromotor 200 eine kinetische Energie, die von den Rädern 24, 25 durch die Antriebswellen 22, 23 und das Verringerungsgetriebe 21 auf die Motordrehwelle 200a übertragen wird, in eine elektrische Energie um. Die Batterie 27 wird mit der elektrischen Leistung, die durch den Elektromotor 200 regeneriert wird, durch den Wandler 26 geladen.
Die E-ECU 29 ist durch eine elektrische Verdrahtung mit verschiedenartigen Sensoren, wie zum Beispiel dem Drosselpositionssensor 10, dem Luftdurchflussgerät 11, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15, dem Kurbelpositionssensor 16, dem Wassertemperatursensor 17 und einem Wärmespeicherbehälterwassertemperatursensor 28 verbunden, sodass die E-ECU 29 jeweilige Ausgangssignale derartiger Sensoren empfangen kann.
Die E-ECU 29 ist durch eine elektrische Verdrahtung mit den Zündkerzen 3, dem Stellglied 9, den Kraftstoffeinspritzventilen 5, einem ersten Steuerventil 35, einem zweiten Steuerventil 36, einer elektrischen Wasserpumpe 37 und dergleichen verbunden. Somit führt die E-ECU 29 eine Zündsteuerung, eine Drosselsteuerung, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Wärmespeichersteuerung auf der Grundlage der Ausgangssignale der vorstehend erwähnten Sensoren und der Anforderung von der H-ECU 30 durch.
Bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung bestimmt beispielsweise die E-ECU 29 die Kraftstoffeinspritzmenge (TAU) gemäß dem folgenden Ausdruck zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge: TAU = TP × FWL × (FAF + FG) × [FASE + FAE + FOTP + FDE(D)] × FFC + TAUVwobei

TP:: Basiseinspritzmenge;
FWL:: erhöhte Menge zum Aufwärmen;
FAF:: Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizient;
FG:: Luft-Kraftstoff-Verhältnislernkoeffizient;
FASE:: erhöhte Menge nach dem Starten;
FAE:: erhöhte Menge für Beschleunigung;
FOTP:: erhöhte OTP-Menge;
FDE(D):: erhöhte Menge (verringerte Menge) für Verzögerung;
FFC:: Kraftstoffabschaltrückführkorrekturkoeffizient; und
TAUV:: ungültige Einspritzzeit ist.

Die E-ECU 29 bestimmt den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 durch Verwenden der Ausgangssignalwerte der Sensoren als Parameter. Auf der Grundlage des bestimmten Verbrennungsmotorbetriebszustand und eines Kennfelds, das in einem ROM (Nur-Lese-Speicher) innerhalb der E-ECU 29 vorab gespeichert ist, berechnet die E-ECU 29 die Basiseinspritzmenge (TP), die erhöhte Menge zum Aufwärmen (FWL), die erhöhte Menge nach dem Starten (FASE), die erhöhte Menge für die Beschleunigung (FAE), die erhöhte OTP-Menge (FOTP), die erhöhte Menge für die Verzögerung (FDE(D)), den Kraftstoffabschaltrückführkorrekturkoeffizient (FFC), die ungültige Einspritzzeit (TAUV) und dergleichen.
Darüber hinaus berechnet die E-ECU 29 den Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizienten (FAF) durch Bestimmen, ob die Bedingungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführregelung erfüllt sind oder nicht.
Beispielsweise sind die Bedingungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführregelung wie folgt: das Kühlwasser hat eine vorbestimmte Temperatur oder höher; die Brennkraftmaschine 100 befindet sich in dem Nichtstartzustand; eine Korrektur zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge nach dem Starten ist nicht ausgeführt; eine Korrektur zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge zum Aufwärmen ist nicht ausgeführt; eine Korrektur zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge zur Beschleunigung ist nicht ausgeführt; eine Korrektur zum Erhöhen der OTP-Menge zum Verhindern, dass ein Bauteil eines Abgassystems, wie zum Beispiel ein Dreiwegekatalysator 142, aufgewärmt wird, ist nicht ausgeführt; die Kraftstoffabschaltsteuerung ist nicht ausgeführt; und dergleichen.
Wenn solche Bedingungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführregelung nicht erfüllt sind, berechnet die E-ECU 29 die Kraftstoffeinspritzmenge (TAU) durch Verwenden des Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizienten (FAF) als „1,0".
Wenn solche Bedingungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführregelung erfüllt sind, empfängt die E-ECU 29 ein Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15. Dann bestimmt auf der Grundlage des empfangenen Ausgangssignals und der Ansprechverzögerungszeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 15 die E-ECU 29, ob ein Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer oder fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Wenn die E-ECU 29 bestimmt, dass das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, korrigiert die E-ECU 29 den Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizient (FAF), um die Kraftstoffeinspritzmenge (TAU) zu verringern. Wenn andererseits die E-ECU 29 bestimmt, dass das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, korrigiert die E-ECU 29 den Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizient (FAF), um die Kraftstoffeinspritzmenge (TAU) zu erhöhen.
Die E-ECU 29 führt eine Obergrenzenschutzverarbeitung und eine Untergrenzenschutzverarbeitung an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizienten (FAF) durch, der so erhalten wird, und berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge (TAU) durch Einsetzen des sich ergebenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisrückführkorrekturkoeffizienten (FAF) für den vorstehend erwähnten Ausdruck zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge.
Bei der Wärmespeichersteuerung empfängt die E-ECU 29 einen Ausgangssignalwert (Temperatur des Wärmespeichermaterials) des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 des regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 und bestimmt, ab das Wärmespeichermaterial zumindest eine vorbestimmte Temperatur hat oder nicht.
Wenn die Temperatur des Wärmespeichermaterials die vorbestimmte Temperatur oder höher ist, bestimmt die E-ECU 29, dass die Menge der Wärme, die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert ist, eine gewünschte Menge ist oder mehr, und führt eine normale Steuerung aus. Wenn andererseits die Temperatur des Wärmespeichermaterials geringer als die vorbestimmte Temperatur ist, bestimmt die E-ECU 29, dass die Menge der Wärme, die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert ist, geringer als die gewünschte Menge ist. Dann steuert die E-ECU 29 den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, um die Menge der Wärme, die durch die Brennkraftmaschine 100 erzeugt wird, zu erhöhen und um insbesondere die Temperatur des Abgases zu erhöhen, das von der Brennkraftmaschine 100 abgegeben wird.
Wenn die E-ECU 29 frei wählbar den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 steuert, um die Abgastemperatur zu erhöhen, kann eine Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 100 den Fahrzustand des Fahrzeugs beeinflussen, wodurch die Fahrbarkeit möglicherweise verschlechtert werden kann.
Dann teilt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die E-ECU 29 der H-ECU 30 den Start zum Ausführen der Wärmespeichersteuerung mit, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 bei der Wärmespeichersteuerung gesteuert werden soll, um die Abgastemperatur anzuheben. Die H-ECU 30 lässt im Ansprechen darauf die Brennkraftmaschine 100 leerlaufen und steuert die Umdrehungsgeschwindigkeit des Generators 100, um das Fahrzeug nur mit der Abgabe des Elektromotors 200 anzutreiben.
Gemäß einer solchen Steuerung beeinflusst der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 den Fahrzustand des Fahrzeugs nicht. Daher kann die E-ECU 29 den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 unabhängig von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs steuern. Demgemäß kann die E-ECU 29 beliebig den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 lediglich zum Anheben der Abgastemperatur steuern.
Im Folgenden wird die Wärmespeichersteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel genau beschrieben.
Beim Ausführen der Wärmespeichersteuerung führt die E-ECU 29 eine Wärmespeichersteuerungsroutine aus, wie in 3 gezeigt ist. Diese Wärmespeichersteuerungsroutine wird in einer Speichervorrichtung, wie zum Beispiel dem ROM, der in der E-ECU 29 enthalten ist, im Voraus gespeichert und wiederholt durch die E-ECU 29 bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt, während der Zündschalter eingeschaltet ist.
Bei der Wärmespeichersteuerungsroutine bestimmt die E-ECU 29 zuerst in dem Schritt S301, ob die Brennkraftmaschine 100 sich in dem Betriebszustand befindet oder nicht.
Wenn die E-ECU 29 in dem Schritt S301 bestimmt, dass die Brennkraftmaschine 100 sich in dem Betriebszustand befindet, schreitet die E-ECU 29 zu dem Schritt S302 weiter und empfängt ein Ausgangssignal T des Wärmespeichermaterialsensors 145.
In dem Schritt S303 bestimmt die E-ECU 29, ob der Ausgangssignalwert T des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 zumindest eine vorbestimmte Temperatur TS ist oder nicht.
Wenn die E-ECU 29 in dem Schritt S303 bestimmt, dass der Ausgangssignalwert T des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 die vorbestimmte Temperatur TS oder höher ist, beendet die E-ECU 29 die Ausführung der Routine.
Wenn andererseits die E-ECU 29 in dem Schritt S303 bestimmt, dass der Ausgangssignalwert T des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 geringer als die vorbestimmte Temperatur TS ist, schreitet die E-ECU 29 zu dem Schritt S304 weiter.
In dem Schritt S304 schreitet die E-ECU 2 in „1" in einen Verbrennungsmotorstoppunterbindungsmarkenspeicherbereich, der in einem RAM (freier Zugriffsspeicher) voreingestellt ist, der in der E-ECU 29 enthalten ist. Der Verbrennungsmotorstoppunterbindungsmarkenspeicherbereich speichert „1", wenn der Zustand des regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 sich in einem Wärmespeichersteuerungsausführungsbereich befindet, insbesondere wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 gesteuert wird, um die Menge von Wärme zu erhöhen, die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert ist. Der Verbrennungsmotorstoppunterbindungsmarkenspeicherbereich speichert „0", wenn der Zustand des regenerativen Abgasreinigungsmechanismus 14 sich in einem Wärmespeichersteuerungsnichtausführungsbereich befindet.
Wenn der Verbrennungsmotorstoppunterbindungsmarkenspeicherbereich „1" speichert, hält die E-ECU 29 die Brennkraftmaschine 100 auch dann nicht an, wenn sie eine Verbrennungsmotorstoppanforderung von der H-ECU 30 empfängt.
Nach dem Ausführen des Schritts S304 schreitet die E-ECU 29 zu dem Schritt S305 weiter und überträgt auf die H-ECU 30 ein Signal, das anzeigt, dass die Ausführung der Wärmespeichersteuerung gestartet wird.
In diesem Fall steuert die H-ECU 30 den Hybridmechanismus so, dass die Brennkraftmaschine 100 leerläuft und dass das Hybridfahrzeug mit dem Rotationsdrehmoment fährt, das von dem Elektromotor abgegeben wird.
Genauer gesagt steuert die H-ECU 30 den Wandler 26, um die Größe des Erregerstroms einzustellen, der von der Batterie 27 auf den Generator 20 aufgebracht wird, um dadurch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Generators 20 auf einem vorbestimmten Wert niederzulassen. Dieser vorbestimmte Wert ist eine derartige Umdrehungsgeschwindigkeit, dass das Rotationsdrehmoment, das von der Brennkraftmaschine 100 abgegeben wird (Rotationsdrehmoment der Abgabewelle 18), nicht mehr auf die Motordrehwelle 200a bei dem Leistungsverteilungsmechanismus 19 übertragen wird.
Andererseits berechnet die H-ECU 30 ein erforderliches Antriebsdrehmoment aus einem Ausgangssignal (Beschleunigeröffnung) des Beschleunigerpositionssensors 31 und eines Ausgangssignals (Fahrzeuggeschwindigkeit) des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und betrachtet das erforderliche Antriebsdrehmoment, das so erhalten wird, als das erforderliche Motordrehmoment. Dann stellt die H-ECU 30 die elektrische Antriebsleistung, die von der Batterie 27 oder von dem Generator 20 auf den Elektromotor 200 aufgebracht wird, so ein, um das erforderliche Motordrehmoment zu gewährleisten.
Unter Rückbezug auf 3 schreitet die E-ECU 29 nach dem Schritt S305 zu dem Schritt S306 weiter und startet die Ausführung der Wärmespeichersteuerung. Bei der Wärmespeichersteuerung erhöht die E-ECU 29 die Abgastemperatur und die Menge der Wärme durch Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl und der Einlassluftmenge, durch Verzögern der Zündzeitabstimmung oder dergleichen.
In dem Schritt S307 empfängt die E-ECU 29 erneut das Ausgangssignal T des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145.
In dem Schritt S308 bestimmt die E-ECU 29, ob der Ausgangssignalwert T, der von dem Wärmespeichermaterialtemperatursensor 145 in dem Schritt S307 empfangen wird, zumindest die vorbestimmte Temperatur TS ist oder nicht, insbesondere ob die Temperatur des Wärmespeichermaterials 143 sich zumindest auf die vorbestimmte Temperatur TS erhöht hat oder nicht.
Wenn die E-ECU 29 in dem Schritt S308 bestimmt, dass der Ausgangssignalwert T des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 geringer als die vorbestimmte Temperatur TS ist, kehrt die E-ECU 29 zu dem Schritt S306 zurück und führt fortgesetzt die Wärmespeichersteuerung aus.
Wenn andererseits die E-ECU 29 in dem Schritt S308 bestimmt, dass der Ausgangssignalwert T des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 die vorbestimmte Temperatur TS oder höher ist, schreitet die E-ECU 29 zu dem Schritt S309 weiter und beendet die Ausführung der Wärmespeichersteuerung.
In dem Schritt S310 überträgt die E-ECU 29 auf die H-ECU 30 ein Signal, das anzeigt, dass die Ausführung der Wärmespeichersteuerung beendet wird. In diesem Fall steuert die H-ECU 30 den Hybridmechanismus, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 und des Elektromotors 200 auf einen normalen Betriebszustand zurückzuführen.
Nach der Ausführung des Schritts S310 schreitet die E-ECU 29 zu dem Schritt S311 weiter und schreibt den Wert, der in dem Verbrennungsmotorstoppunterbindungsmarkenspeicherbereich gespeichert ist, von „1" wieder auf „0", um dadurch die Ausführung der Routine zu beenden.
Die E-ECU 29 führt die Wärmespeichersteuerungsroutine auf die vorstehend beschriebene Art und Weise aus, wodurch eine Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert wird, und kann der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 unabhängig von dem Fahrzustand des Fahrzeugs gesteuert werden. Daher kann ungeachtet des Fahrzustands des Fahrzeugs der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 gesteuert werden, um die Wärme in dem Wärmespeichermaterial 143 zu speichern.
Als Ergebnis kann bei der regenerativen katalytischen Vorrichtung bei dem Hybridfahrzeug gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine gewünschte Menge Wärme oder mehr ständig in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert werden. Somit speichert das Wärmespeichermaterial 143 die gewünschte Wärmemenge oder mehr immer dann, wenn die Brennkraftmaschine 100 angehalten ist.
Daher wird gemäß der regenerativen katalytischen Vorrichtung bei dem Hybridfahrzeug des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Verringerung der Temperatur des Dreiwegekatalysators 142 durch die ausreichende Wärmemenge verhindert, die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert ist, nachdem die Brennkraftmaschine 100 angehalten wird. Somit kann der Dreiwegekatalysator 142 auf sein Aktivierungstemperatur oder höher gehalten werden, bis die Brennkraftmaschine 100 erneut gestartet wird. Als Ergebnis kann die Abgasemission beim Starten der Brennkraftmaschine 100 verbessert werden und kann ebenso der Kraftstoffverbrauch verringert werden, der zum Aufwärmen des Dreiwegekatalysators 142 erforderlich ist.
Es ist anzumerken, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Menge der Wärme, die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert wird, durch die Verwendung des Ausgangssignalwerts (die Temperatur des Wärmespeichermaterials 143) des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 als ein Parameter bestimmt wird. Es ist jedoch ebenso möglich, anstelle des Wärmespeichermaterialtemperatursensors 145 einen Katalysatorbetttemperatursensor zum Erfassen der Betttemperatur des Dreiwegekatalysators 142 vorzusehen und die Menge der Wärme, die in dem Wärmespeichermaterial 143 gespeichert ist, durch Verwenden eines Ausgangssignalwerts des Katalysatorbetttemperatursensors als einen Parameter zu schätzen.
Darüber hinaus kann, wie in 4 gezeigt ist, der regenerative Abgasreinigungsmechanismus 14 eine elektrische Heizeinrichtung 146 zum Erwärmen des Wärmespeichermaterials 143 aufweisen. In diesem Fall kann die elektrische Heizeinrichtung 146 betrieben werden, um das Wärmespeichermaterial 143 und den Dreiwegekatalysator 142 nur dann zu erwärmen, wenn die Temperatur des Wärmespeichermaterials 143 oder des Dreiwegekatalysators 142 geringer als eine gewünschte Temperatur wird, wenn beispielsweise die Brennkraftmaschine 100 über einen langen Zeitraum angehalten war.

Claims

Regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug mit: einem Abgasreinigungskatalysator (142), der in einem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine (100) zum Reinigen von in dem Abgasdurchgang strömenden Abgas vorgesehen ist; und einer Wärmespeichereinrichtung zum Speichern von Wärme, die bei der Brennkraftmaschine (100) erzeugt wird, während sich die Brennkraftmaschine (100) in einem Betriebszustand befindet, und zum Verwenden der gespeicherten Wärme zum Unterdrücken einer Verringerung der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators (142), nachdem die Brennkraftmaschine (100) angehalten ist; gekennzeichnet durch einen Hybridmechanismus zum Antreiben des Fahrzeugs durch wahlweises Betreiben einer Brennkraftmaschine (100) und einer Hilfsleistungsquelle, wodurch die Brennkraftmaschine (100) ausschließlich zum Erzeugen von Wärme betrieben werden kann, wenn die Hilfsleistungsquelle das Fahrzeug allein antreibt.
Regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 1, des Weiteren mit: einer Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung zum Steuern des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100) durch den Hybridmechanismus, so dass eine Wärmemenge, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge wird.
Regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 2, des Weiteren mit einer Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur der Wärmespeichereinrichtung und wobei: die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung die Wärmemenge, die in der Wärmespeichereinrichtung gespeichert ist, durch die Verwendung eines Erfassungswerts der Temperaturerfassungseinrichtung als Parameter bestimmt.
Regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 3, wobei die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) steuert, um eine Wärmemenge zu erhöhen, die bei der Brennkraftmaschine (100) erzeugt wird, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) auf einen normalen Betriebszustand steuert, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
Regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 3, wobei die Verbrennungsmotorsteuerungseinrichtung das Anhalten eines Betriebs der Brennkraftmaschine (100) unterbindet, wenn die Brennkraftmaschine (100) sich in dem Betriebszustand befindet und der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung kleiner als der vorbestimmte Temperaturwert ist, und das Anhalten des Betriebs der Brennkraftmaschine gestattet, wenn der Erfassungswert der Temperaturerfassungseinrichtung der vorbestimmte Wert oder größer ist.
Regenerative katalytische Vorrichtung bei einem Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmespeichereinrichtung mit einem Wärmespeichermaterial zum Speichern von Wärme des Abgases versehen ist, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird.