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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugantriebskraftsteuervorrichtung
und -verfahren gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1, 2 bzw. 11.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als
Vorrichtungen zum Steuern der Antriebskraft eines Fahrzeugs, zum
Erreichen eines guten Kraftstoffverbrauchs zu erreichen, sind Vorrichtungen
bekannt, welche durch die Verwendung eines stufenlosen Getriebes
eine Steuerung durchführt,
die üblicherweise
als koordinierte Steuerung bezeichnet wird (JP 11-198684 A und JP
10-329587 A). Diese koordinierte
Steuerung bestimmt auf der Basis des Betriebszustandes des Fahrzeugs
eine Sollantriebskraft und steuert koordiniert das Drehmoment der Verbrennungsmaschine
und das Geschwindigkeitsverhältnis
des stufenlosen Getriebes so, dass die Motorleistung erzielt wird,
welche die vorbestimmte Sollantriebskraft bei einer minimalen Kraftstoffverbrauchsrate
erreicht. Durch die koordinierte Steuerung wird der Kraftstoffverbrauch
verbessert.
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In
einer solchen Antriebskraftsteuervorrichtung werden die Geschwindigkeitsschaltlinien
so festgelegt, dass sie den optimalen Kraftstoffverbrauchslinien
(19), welche auf dem Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine
basieren, oder den optimalen Kraftstoffverbrauchslinien (angedeutet durch
die strichpunktierten Linien der Vergleichsbeispiele in den 12 und 15)
entsprechen, welche unter Berücksichtigung
des Wirkungsgrades der Verbrennungsmaschine und des Wirkungsgrades des
stufenlosen Getriebes (20) bestimmt werden.
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Jedoch
wurde bei den mit der oben beschriebenen Antriebskraftsteuervorrichtung
ausgestatteten Fahrzeugen der Kraftstoffverbrauch in einem praxisnahen
Bereich nicht ausreichend verbessert. Ein Grund für die unzureichende
Verbesserung ist wie folgt: Wenn die Geschwindigkeitsschaltlinien
so festgelegt werden, dass sie wie oben beschrieben den optimalen
Kraftstoffverbrauchslinien entsprechen, bringt das Fahren des Fahrzeugs
in einem praxisnahen Bereich eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs mit
sich, welcher den Trägheitsmomenten
entspricht, die durch schwankende Drehungen einer Eingangswelle
des stufenlosen Getriebes verursacht werden, so dass daraus ein
insgesamt niedriger Wirkungsgrad resultiert.
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US 5,319,999 offenbart eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Antriebskraft eines Fahrzeugs
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, 2 bzw. 11. Genauer gesagt wird darin vorgeschlagen, einen
Sollwert einer stabilen Drehfrequenz einer Primärriemenscheibe eines stufenlosen
Getriebes auf der Basis eines Drosselklappenöffnungsgrades und eine Ist-Drehfrequenz
einer Sekundärriemenscheibe eines
stufenlosen Getriebes auf der Basis eines vorbestimmten Kennfelds
zu bestimmen, und einen Sollwert einer Übergangsdrehfrequenz der Primärriemenscheibe
des stufenlosen Getriebes für
einen Beschleunigungsbetrieb bzw. einen Verzögerungsbetrieb in verschiedenen
Algorithmen so zu berechnen, dass in einer Übergangsphase der Sollwert
(Npt) der Übergangsfrequenz
kleiner festgelegt wird als der Sollwert (Nps) der stabilen Drehfrequenz.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Fahrzeugantriebskraftsteuervorrichtung
zu schaffen, welche in der Lage ist, den Kraftstoffverbrauch zu
verbessern, indem derjenige Kraftstoffverbrauch reduziert wird, der
durch das zuvor genannte Trägheitsmoment
verursacht wird, und dadurch den Wirkungsgrad insgesamt verbessern
kann, und ein Steuerverfahren der Vorrichtung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der
Ansprüche
1, 2 bzw. 11 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß Anspruch
1 bestimmt eine Antriebskraftsteuervorrichtung eines Fahrzeugs,
das über
ein Getriebe durch eine Motorausgangsleistung angetrieben wird,
auf der Basis eines Betriebszustandes des Fahrzeugs eine Sollantriebskraft
und steuert das Motordrehmoment und das Geschwindigkeitsverhältnis des
Getriebes, um eine Motorleistung zur Verfügung zu stellen und so die
Sollantriebskraft zu erreichen. Eine Steuereinheit steuert das Geschwindigkeitsverhältnis des
Getriebes auf der Basis einer Geschwindigkeitsschaltlinie, welche
in einem Diagramm mit einem Paar von Achsen, welche die Motordrehzahl
und das Motordrehmoment definieren, eingezeichnet ist, so, dass
innerhalb eines praxisnahen Bereichs die Geschwindigkeitsschaltlinie
auf einer niedrigen Drehzahlseite einer optimalen Kraftstoffverbrauchslinie
ist, welche auf der Basis wenigstens des Motorwirkungsgrades und
des Getriebewirkungsgrades aus dem Wirkungsgrad eines Antriebssystems,
das den Motor und das Getriebe enthält, bestimmt wird.
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Das
Geschwindigkeitsverhältnis
des Getriebes wird gemäß der Geschwindigkeitsschaltlinie
gesteuert, welche so festgelegt wird, dass sich die Geschwindigkeitsschaltlinie
innerhalb des praxisnahen Bereichs auf der niedrigen Drehzahlseite
der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie befindet, welche auf der Basis
der Wirkungsgrade von Motor und Getriebe des Antriebssystems bestimmt
wird. Somit wird die Geschwindigkeitsschaltlinie auf die niedrige
Motordrehzahlseite innerhalb des praktischen Bereichs verschoben.
Daher wird die Erhöhungsweite
der Motordrehzahl von dem Niveau aus, das zu Beginn des praktischen
Bereichs auftritt, gedämpft.
Daher wird der Kraftstoffverbrauch, der aus den Trägheitsmomenten
resultiert, die durch Schwankungen in der Motordrehzahl verursacht
werden, d.h. Schwankungen in der Drehzahl der Getriebeeingangswelle,
reduziert, so dass sich der Wirkungsgrad insgesamt erhöht und sich
der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu dem Fall verbessert, bei
dem die optimale Kraftstoffverbrauchslinie als Steuergrundlage verwendet
wird.
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Die
Geschwindigkeitsschaltlinie kann so festgelegt werden, dass innerhalb
des praktischen Bereichs eine Differenz zwischen einer minimalen Drehzahl
und einer maximalen Drehzahl auf der Geschwindigkeitsschaltlinie
kleiner ist als eine Differenz zwischen einer minimalen Drehzahl
und einer maximalen Drehzahl auf der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie.
Ferner kann die Geschwindigkeitsschaltlinie so festgelegt werden,
dass innerhalb des praktischen Bereichs eine Anfälligkeit einer Schwankung in
der Drehzahl bezüglich
einer Schwankung in der Sollantriebskraft auf der Geschwindigkeitsschaltlinie
niedriger ist als eine Anfälligkeit
einer Schwankung in der Drehzahl bezüglich der Schwankung in der
Sollantriebskraft auf der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie.
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Der
zuvor genannte Aufbau verhindert große Schwankungen in der Motordrehzahl,
auch wenn die Motorleistung gemäß der Sollantriebskraft
innerhalb des praktischen Bereichs schwankt. Daher wird der Kraftstoffverbrauch,
der aus den Trägheitsmomenten resultiert,
die durch Schwankungen in der Motordrehzahl verursacht werden, d.h.
durch Schwankungen in der Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes,
reduziert, so dass der Wirkungsgrad insgesamt zunimmt und sich der
Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu dem Fall verbessert, bei dem
die optimale Kraftstoffverbrauchslinie als Steuergrundlage verwendet
wird.
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Die
Antriebskraftsteuervorrichtung kann ferner einen Aufbau haben, wonach
der Motor einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator in einem Abgassystem
aufweist und der Motor während
einer mageren Verbrennung das in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator
gespeicherte NOx reduziert, indem eine kurzzeitige Anfettung durchgeführt wird,
welche zeitweise eine Luft-Kraftstoff-Gemisch so ändert, dass
eine Kraftstoffkonzentration in dem Gemisch höher wird als die Kraftstoffkonzentration, welche
einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
entspricht, und bei dem auf einer Grenzlinie zwischen der mageren
Verbrennung und der Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
dem zweidimensionalen Raum der Motordrehzahl und des Motordrehmoments
die Geschwindigkeitsschaltlinie durch einen Punkt oder nahe diesem
vorbeigeht, bei dem eine korrigierte Kraftstoffverbrauchsrate, welche
unter Berücksichtigung
der kurzzeitigen Anfettung bestimmt wird, und eine Kraftstoffverbrauchsrate,
welche während
der mageren Verbrennung vorgesehen ist, gleich oder sehr nahe einer
Kraftstoffverbrauchsrate wird, welche während der Verbrennung bei einem
stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorgesehen
ist.
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Wenn
die auswählbaren
Verbrennungsformen eine Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und
eine magere Verbrennung enthalten, und die kurzzeitige Anfettung
während
der mageren Verbrennung durchgeführt
wird, wird die Geschwindigkeitsschaltlinie so festgelegt, dass der
Punkt, welcher auf der Grenzlinie zwischen der mageren Verbrennung
und der Verbrennung bei einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis existiert
und durch welchen die Schaltgeschwindigkeitslinie geht, mit dem
Punkt zusammenfällt
oder nahe diesem ist, bei welchem die korrigierte Kraftstoffverbrauchsrate,
welche unter Berücksichtigung der
kurzzeitigen Anfettung bestimmt wird, und die Kraftstoffverbrauchsrate,
welche während
der mageren Verbrennung vorgesehen ist, gleich oder sehr nahe der
Kraftstoffverbrauchsrate wird, welche während der Verbrennung bei einem
stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorgesehen
ist. Dies ermöglicht
den Zustand einer guten Kraftstoffverbrauchsrate aufrechtzuerhalten,
auch wenn die Form der Verbrennung zwischen der mageren Verbrennung
und der Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Geschwindigkeitsschaltlinie
verändert.
Somit wird das Ändern
zwischen den Verbrennungsformen optimiert, so dass der Kraftstoffverbrauch
weiter verbessert werden kann.
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In
einer Fahrzeugantriebssteuervorrichtung und -verfahren gemäß Anspruch
2 bzw. 11 wird eine Motorsollleistung zum Erreichen einer Sollantriebskraft
auf der Basis eines Betriebszustandes des Fahrzeugs festgelegt.
Ferner wird eine Sollmotordrehzahl auf der Basis einer Geschwindigkeitsschaltlinie
festgelegt, welche in einem Diagramm mit einem Paar von Achsen,
die eine Motordrehzahl und die Motorsollleistung definieren, eingezeichnet
ist, so festgelegt, dass innerhalb eines praxisnahen Bereichs, in
dem der Betriebszustand des Motors praxisnah ist, eine Erhöhungsweite
der Motordrehzahl auf eine relativ hohe Drehzahl auf der Geschwindigkeitsschaltlinie
im Vergleich zu einer optimalen Kraftstoffverbrauchslinie gedämpft wird,
welche auf der Basis eines Motorwirkungsgrades, eines Getriebewirkungsgrades
oder eines Wirkungsgrades eines Antriebssystems, das den Motor und
das Getriebe enthält,
bestimmt wird. Dann wird das Geschwindigkeitsverhältnis eines
Getriebes so gesteuert, dass eine Ist-Drehzahl des Motors gleich
der Soll-Drehzahl wird.
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Gemäß dieser
Art der Erfindung wird der Kraftstoffverbrauch, der aus den Trägheitsmomenten resultiert,
die durch Schwankungen in der Motordrehzahl verursacht werden, d.h.
Schwankungen in der Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes, reduziert,
so dass der Wirkungsgrad insgesamt zunimmt und sich der Kraftstoffverbrauch
im Vergleich zu dem Fall verbessert, bei dem die optimale Kraftstoffverbrauchslinie
als Steuergrundlage verwendet wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen offensichtlich, wobei für die Bezeichnung gleicher
Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Strukturplan eines Antriebssystems und eines Steuersystems
eines Kraftfahrzeuges gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Darstellung, welche den Aufbau eines Motors gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt;
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3 eine
horizontale Querschnittsansicht eines Zylinderkopfes in dem Motor
der ersten Ausführungsform;
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4 eine
Draufsicht auf eine obere Oberfläche
eines Kolbens in dem Motor der ersten Ausführungsform;
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5 einen
Querschnitt entlang der Linie V-V in 3;
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6 einen
Querschnitt entlang der Linie VI-VI in 3;
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7 ein
Blockdiagramm, das einen Aufbau einer E-ECU in der ersten Ausführungsform
darstellt;
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8 ein
Blockdiagramm, das einen Aufbau einer T-ECU in der ersten Ausführungsform
darstellt;
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9 eine
Geschwindigkeitsschaltlinie CV, welche in der ersten Ausführungsform
verwendet wird;
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10 ein
Steuerblockdiagramm des koordinierten Steuerabschnitts, welches
durch die E-ECU und die T-ECU in der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
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11 ein
Diagramm, das ein eindimensionales Kennfeld zum Berechnen der Sollmotordrehzahl
NEt aus der Sollausgangsleistung P, welches vorgesehen ist, um die
in 9 gezeigte Schaltgeschwindigkeitslinie CV zu realisieren;
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12 ein
Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Kraftstoffverbrauchsraten
in den Verbrennungsformen und der Geschwindigkeitsschaltlinie CV
zeigt, welche in der ersten Ausführungsform verwendet
werden;
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13 ein
Ablaufdiagramm, welches einen Kraftstoffeinspritzmengensteuerprozess
zeigt, der durch die E-ECU in einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird;
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14 ein
Ablaufdiagramm, das einen Ablauf zum Setzen eines Anfettungsausführungsmerkers
Fnox zeigt, der durch die E-ECU in der zweiten Ausführungsform
ausgeführt
wird;
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15 ein
Diagramm, das den Aufbau einer Schaltgeschwindigkeitslinie CV zeigt,
die in der zweiten Ausführungsform
verwendet wird;
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16 ein
Diagramm, das die durch eine Anfettungssteuerung verursachten Veränderungen
in der Kraftstoffverbrauchsrate in der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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17 ein
Diagramm, das den Aufbau einer Geschwindigkeitsschaltlinie CV in
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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18 ein
Diagramm, das den Aufbau einer Geschwindigkeitsschaltlinie CV in
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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19 ein
Diagramm, das den Aufbau einer gewöhnlichen Geschwindigkeitsschaltlinie
zeigt; und
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20 ein
Diagramm, das den Wirkungsgrad eines stufenlosen Getriebes zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Antriebssystems und eines
Steuersystems für ein
Kraftfahrzeug, bei welchem die Erfindung angewandt wird.
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Ein
Motor 2 als eine Energiequelle ist mit einem Getriebemechanismus 3 verbunden.
Eine Ausgangswelle 3a des Getriebemechanismus 3 ist über ein
Differenzial 4 mit rechts- und linksseitigen Antriebsrädern 5 verbunden.
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2 zeigt
schematisch einen Aufbau des Motors 2. Der Motor 2 ist
ein Direkteinspritzungsbenzinmotor, der als ein Fahrzeugantriebsmotor
in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Der Motor 2 hat sechs Zylinder 2a.
Wie in den 3 bis 6 gezeigt,
hat jeder Zylinder 2a eine Verbrennungskammer 10,
welche durch einen Zylinderblock 6, einen Kolben 7,
der im Zylinderblock 6 angeordnet ist und sich hin- und herbewegt, und
einen Zylinderkopf 8, welcher am Zylinderblock 6 montiert
ist, definiert wird.
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Jede
Verbrennungskammer 10 ist mit einem ersten Einlassventil 12a,
einem zweiten Einlassventil 12b und einem Paar von Auslassventilen 16 versehen.
Das erste Einlassventil 12a ist mit einem ersten Einlasskanal 14a verbunden.
Das zweite Einlassventil 12b ist mit einem zweiten Einlasskanal 14b verbunden.
Die zwei Auslassventile 16 sind mit zwei Auslassöffnungen
verbunden.
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3 ist
eine horizontale Querschnittsansicht eines Abschnitts des Zylinderkopfs 8,
welcher einem der Zylinder entspricht. Wie in 3 gezeigt, sind
der erste Einlasskanal 14a und der zweite Einlasskanal 14b jedes
Zylinders gerade Einlasskanäle, die
sich im Wesentlichen linear erstrecken. Eine Zündkerze 20 ist an
einem zentralen Abschnitt einer Innenwandoberfläche des Zylinderkopfes 8 angeordnet.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 22 ist in einem Umfangsabschnitt
einer Innenwandoberfläche
des Zylinderkopfes 8 angeordnet, welcher sowohl neben dem ersten
Einlassventil 12a als auch dem zweiten Einlassventil 12b ist.
Jedes Kraftstoffeinspritzventil 22 ist so angeordnet, dass
davon Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 10 eingespritzt
werden kann.
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4 ist
eine Draufsicht einer oberen Oberfläche eines Kolbens 7. 5 ist
ein Schnitt entlang der Linien V-V in 3. 6 ist
ein Schnitt entlang der Linie VI-VI
in 3. Wie in den Zeichnungen gezeigt, hat eine allgemein
kantenförmige
Stirnfläche des
Kolbens 7 eine Ausnehmung 24 mit einer umgedrehten kuppelähnlichen
Kontur, welche sich von einer Seite unterhalb des Kraftstoffeinspritzventils 22 zu
einer Seite unterhalb der Zündkerze 20 erstreckt.
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Wie
in 2 gezeigt, sind die ersten Einlasskanäle 14a der
Zylinder 2a mit einem Sammelsaugrohr 32 über erste
Einlässe 30a,
die in einem Saugrohr 30 ausgebildet sind, verbunden. Die
zweiten Einlasskanäle 14b sind
mit dem Sammelsaugrohr 32 über zweite Einlässe 30b verbunden.
Ein Luftströmungssteuerventil 34 ist
innerhalb jedes der zweiten Einlässe 30b angeordnet.
Die Luftströmungssteuerventile 34 sind über eine
gemeinsame Welle 36 miteinander verbunden und werden über die
Welle 36 durch ein Unterdruckstellglied 37 geöffnet und
geschlossen. Wenn die Luftströmungssteuerventile 34 geschlossen
sind, wird Einlassluft nur über
die ersten Einlasskanäle 14a eingeführt und
bildet innerhalb der Verbrennungskammern 10 starke Wirbel
S (3) aus.
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Der
Sammelsaugrohr 32 ist über
einen Ansaugrohr 40 mit einem Luftfilter 42 verbunden.
Eine Drosselklappe 46, die durch einen elektrischen Motor 44 (ein
Gleichstrom- oder Schrittmotor) angetrieben wird, ist in dem Ansaugrohr 40 angeordnet.
Der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 46 (Drosselklappenöffnungsgrad TA) und der komplett
geschlossene Zustand der Drosselklappe 46 (Komplettverschlusssignal
IDL) werden durch einen Drosselklappenöffnungssensor 46a erfasst.
Der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 46 wird gemäß dem Betriebszustand gesteuert.
Die Auslasskanäle 18 des
Zylinders 2a sind mit einem Auslassrohr 48 verbunden.
Das Auslassrohr 48 gibt Abgas über einen Katalysator 49 ab, der
die Emission steuert.
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Wieder
Bezug nehmend auf 1 wird der oben beschriebene
Motor 2 durch eine elektrische Steuereinheit zur Motorsteuerung
elektrisch gesteuert (nachfolgend als "E-ECU" bezeichnet, 60), welche hauptsächlich durch
einen Mikrocomputer gebildet wird. Wie nachfolgend beschrieben,
erhält
die E-ECU 60 zur Steuerung des Motors 2 Eingaben
aus Signalen und erfassten Werten, welche der Motordrehzahl NE,
dem Beschleunigerbetätigungsbetrag
ACCP, etc., entsprechen.
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Der
Getriebemechanismus 3 hat einen strömungstechnischen Kraftübertragungsmechanismus 62 und
ein stufenloses Getriebe 64 (im Folgenden als "CVT" bezeichnet). Der
strömungstechnische
Kraftübertragungsmechanismus 62 ist
ein Mechanismus, der ein Drehmoment zwischen der Seite einer Eingangswelle 62c und
der Seite einer Ausgangswelle 62d über ein Fluid, wie z.B. Öl oder dergleichen, überträgt. In dieser
Ausführungsform
ist der strömungstechnische Kraftübertragungsmechanismus 62 ein
Drehmomentwandler. Der strömungstechnische
Kraftübertragungsmechanismus 62 hat
einen Überbrückungsmechanismus 62a.
Der Überbrückungsmechanismus 62a ist
ein Kupplungsmechanismus, der direkt die Eingangswellenseite 62c und die
Ausgangswellenseite 62d über eine mechanische Einrichtung,
wie z.B. eine Reibungsplatte oder dergleichen, miteinander verriegelt.
Der Überbrückungsmechanismus 62a hat
zum Puffern einen Dämpfer 62b,
der durch einen elastischen Körper, wie
z.B. einer Spiralfeder oder dergleichen, ausgebildet ist.
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Die
Eingangswelle 62c des strömungstechnischen Kraftübertragungsmechanismus 62 ist
mit einer Kurbelwelle des Motors 2 verbunden. Die Ausgangswelle 62d des
strömungstechnischen
Kraftübertragungsmechanismus 62 ist
mit einer Eingangswelle 64a des CVT 64 verbunden.
Das CVT 64 ist ein Getriebemechanismus, der in der Lage
ist, das Drehzahlverhältnis
Eingangswelle 64a und Ausgangswelle 64b, d.h.
das Geschwindigkeitsverhältnis,
stufenlos (kontinuierlich) zu verändern. In dieser Ausführungsform
ist die CVT 64 ein stufenloses Riemengetriebe. Das CVT 64 enthält einen
Zahnradgetriebemechanismus zum Durchführen einer umgekehrten Antriebsfunktion
und kann, wenn notwendig, ferner einen Zahnradgetriebemechanismus
zum Erweitern der Geschwindigkeitsverhältnisweite aufweisen.
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Eine
Steuerung zum Ändern
zwischen Eingriff (gesperrter Zustand) und Abkopplung (entriegelter
Zustand) des Überbrückungsmechanismus 62a des
Getriebemechanismus 3 und eine Steuerung des Geschwindigkeitsverhältnisses
des CVT 64 werden durch eine elektronische Steuereinheit
zur Steuerung des Getriebemechanismus (im folgenden als "T-ECU" bezeichnet) 66 gemäß dem Fahrzustand des
Fahrzeugs durchgeführt.
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Die
T-ECU 66 ist zur Datenübertragung
mit der E-ECU 60 verbunden und empfängt als Daten für die Steuerung
Eingaben von Signalen und erfassten Werten, die dem Hydraulikdruck
zum Antreiben des Überbrückungsmechanismus 62a,
den Drehzahlen Np, Ns der Riemenscheiben des CVT 64, etc,
entsprechen,. Die T-ECU 66 erhält ferner Eingaben der Schaltsignale
zum Auswählen
eines der Zustände des
CVT 64, d.h. ein angehaltener Zustand (Parken P), ein Rückwärtsantriebszustand
(Rückwärts R),
ein neutraler Zustand (Neutral N), ein Automatikgetriebemodus (Antrieb
D), welcher ein automatischer Vorwärtsantriebszustand ist, in
welchem das Geschwindigkeitsverhältnis
automatisch gemäß dem Fahrzustand
des Fahrzeugs festgelegt wird, und ein Schaltgetriebemodus (Manuell
M), welcher ein manueller Status ist, bei dem der Getriebezustand
manuell festgelegt wird.
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Ein
Aufbau der E-ECU 60 ist in dem Blockdiagramm der 7 dargestellt.
Die E-ECU 60 ist eine Steuereinheit zur Motorsteuerung,
z.B. zum Durchführen
einer Drosselklappenöffnungsgradsteuerung, einer
Kraftstoffeinspritzsteuerung, einer Zündzeitpunktsteuerung, einer
Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung, etc. Die E-ECU 60 ist
als ein logischer Schaltkreis mit einer CPU 60a, einem
ROM 60b, einem RAM 60c, einem Backup-RAM 60d,
etc. ausgebildet. Der ROM 60b ist ein Speicher, der verschiedene Steuerprogramme,
Daten, wie z.B. ein Kennfeld oder dergleichen, als Referenz bei
der Durchführung
der verschiedenen Programme im Voraus speichert. Basierend auf die
in der ROM 60b gespeicherten verschiedenen Programme und
Daten führt
die CPU 60a verschiedene Abläufe durch. Der RAM 60c ist
ein Speicher zum vorübergehenden
Speichern der Ergebnisse der Abläufe
der CPU 60a, der Daten oder dergleichen, die von den Ausgaben
der verschiedenen Sensoren erhalten werden. Der Backup-RAM 60d ist
ein permanenter Speicher zum Speichern von Daten, die während des
Stopps des Motors 2 beibehalten werden müssen. Die
CPU 60a, der ROM 60b, der RAM 60c und
der Backup-RAM 60d sind miteinander über einen Bus 60e verbunden
und sind ferner mit einem externen Eingabekreis 60f und
einem externen Ausgabekreis 60g über den Bus 60e verbunden.
Der externe Eingabekreis 60f ist mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 68 zum
Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit V, einem Motordrehzahlsensor 70 zum
Erfassen der Motordrehzahl NE, dem Drosselklappenöffnungssensor 46a,
einem Beschleunigerdrucksensor 74 zum Erfassen des Beschleunigerbetätigungsbetrags
ACCP, d.h. den Niederdrückbetrag
eines Gaspedals 72, einem Einlassdrucksensor 76 zum
Erfassen eines Einlassdrucks PM in dem Sammelsaugrohr 32,
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 78 zum
Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F basierend auf
den Abgaskomponenten, einem Wassertemperatursensor 80 zum
Erfassen der Kühlwassertemperatur THW
des Motors 2, einem Bremslichtschalter 84 zum Erfassen,
ob ein Bremspedal 82 (2) gedrückt worden
ist, etc., verbunden. Der externe Ausgabeschaltkreis 60g ist
mit dem Drosselklappenstellmotor 44, dem Kraftstoffeinspritzventil 22 jedes
Zylinders des Motors 2, dem Unterdruckstellglied 37,
dem Zünder
(nicht gezeigt) und anderen Stellgliedern verbunden, die wenn notwendig
angetrieben werden.
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Ein
Aufbau der T-ECU 66 ist in dem Blockdiagramm der 8 gezeigt.
Die T-ECU 66 ist
eine Steuereinheit, die durch Steuerung des Überbrückungsmechanismus 62a und
des CVT 64 einen Automatikgetriebebetrieb durchführt. Die
T-ECU 66 ist als ein logischer Schaltkreis mit einer CPU 66a,
einem ROM 66b, einem RAM 66c, einem Backup-RAM 66d,
einem Bus 66e, einem externen Eingabekreis 66f,
einem externen Ausgabekreis 66g, etc., ausgebildet. Diese
Komponenten 66a bis 66g führen im Wesentlichen dieselben
Funktionen wie die in der E-ECU 60 durch. Der externe Eingabekreis 66f ist
mit einer Schaltvorrichtung 88, die das zuvor genannte Schaltsignal
SHFT ausgibt, einen Primärriemenscheibendrehsensor 89a zum
Erfassen der Drehzahl NT der Primärriemenscheibe in dem CVT 64,
einem Sekundärriemenscheibendrehsensor 89b zum
Erfassen der Drehzahl NS der Sekundärriemenscheibe in dem CVT 64,
einem Hydraulikdrucksensor 90 zum Erfassen des Hydraulikdrucks
zum Antreiben des Überbrückungsmechanismus 62a und
andere Sensoren und dergleichen verbunden. Der externe Ausgabekreis 66g ist
mit einem Geschwindigkeitsschaltstellglied 92 zum Ändern des
Geschwindigkeitsverhältnisses
durch Antreiben der Primärriemenscheibe und
der Sekundärriemenscheibe
in dem CVT 64, einem Sperrstellglied 94 zum Schalten
des Überbrückungsmechanismus 62a des
strömungstechnischen Kraftübertragungsmechanismus 62 und
anderen Stellgliedern und dergleichen verbunden. Die T-ECU 66 ist
hinsichtlich der Signale mit der E-ECU 60 über den
externen Eingabekreis 66f und den externen Ausgabekreis 66g zur
wechselseitigen Kommunikation mit der E-ECU 60 verbunden.
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Wenn
der Automatikgetriebemodus D ausgewählt ist, führen die wie oben beschriebene
E-ECU 60 und die T-ECU 66 eine koordinierte Steuerung durch,
um eine geeignete Antriebskraft auf die Antriebsräder 55 gemäß einer
Antriebskraft zu erzeugen, die durch einen Betreiber über das
Gaspedal 72 oder dergleichen angefordert worden ist. Genauer gesagt
stellt die E-ECU 60 einen oder mehrere aus der Ansaugluftmenge,
der Kraftstoffeinspritzmenge und der Verbrennungsform ein, um den
Kraftstoffverbrauch und das Motorausgangsdrehmoment zur Verfügung zu
stellen, das notwendig ist, um die angeforderte Antriebskraft zu
erreichen. Die T-ECU 66 stellt das Geschwindigkeitsverhältnis ein,
um die Motordrehzahl NE zu erreichen, die zum Erreichen einer angeforderte
Antriebskraft notwendig ist.
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Bezüglich der
Verbrennungsform in der ersten Ausführungsform wird gemäß dem Betriebszustand
eine Schichtladungsverbrennung, eine homogene Verbrennung oder eine
schwache Schichtladungsverbrennung ausgewählt. In dem Schichtladungsverbrennungsmodus
wird während
einer späten
Phase im Verdichtungstakt von dem entsprechenden Kraftstoffeinspritzventil 22 in
jede Verbrennungskammer 10 Kraftstoff eingespritzt, so
dass ein geschichtetes Gemisch mit einer hohen Kraftstoffkonzentration
ausgebildet wird, und gezündet.
Bei der homogenen Verbrennung wird während des Einlasstaktes von
dem entsprechenden Kraftstoffeinspritzventil 22 in jede
Verbrennungskammer 10 Kraftstoff eingespritzt, so dass
ein homogenes Gemisch gebildet wird, und anschließend gezündet. Bei
der schwachen Schichtladungsverbrennung wird sowohl während des
Einlasstaktes als auch einer späten Phase
des Verdichtungstaktes Kraftstoff eingespritzt, so dass ein geschichtetes
Gemisch in einem homogenen und mageren Gemisch ausgebildet wird,
und gezündet. 9 zeigt
die Bereiche der Verbrennungsformen, welche in einem zweidimensionalen Raum
anhand der Motordrehzahl NE und der Motordrehmomente D ausgedrückt wird.
In 9 stellen gestrichelte Linien konstante Ausgangsleistungslinien
und eine gebogene durchgezogene Linie eine in der ersten Ausführungsform
1 verwendete Schaltgeschwindigkeitslinie CV dar.
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Während des
Schichtladungsverbrennungsmodus bewegt sich der eingespritzte Kraftstoff,
der durch die Einspritzung zur Verfügung gestellt wird, die während der
späten
Phase des Verdichtungstaktes durchgeführt wird, von dem Kraftstoffeinspritzventil 22 in
die Ausnehmung 24 des Kolbens 7 in jedem Zylinder
und trifft dann eine Umfangswandoberfläche 26 (siehe z.B. 4 und 5).
Nach dem Treffen der Umfangswandoberfläche 26 bewegt sich der
Kraftstoff, während
er sich zerstäubt,
und bildet eine Verbrennungsgemischschicht in der Ausnehmung 24 neben
der Zündkerze 20.
Das geschichtete Verbrennungsgemisch wird durch die Zündkerze 20 entzündet, wodurch
die Schichtladungsverbrennung erreicht wird. Auf diese Weise kann
eine stabile Verbrennung in jeder Verbrennungskammer 20 bei
einer relativ zum Kraftstoff extrem überschüssigen Ansaugluftmenge erzielt
werden.
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Während der
homogenen Verbrennung wird während
des Einlasstaktes eine auf verschiedene Weisen auf der Basis einer
Grundkraftstoffeinspritzmenge QBS bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrigierte
Kraftstoffmenge eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff strömt zusammen mit
der einströmenden
Ansaugluft in jede Verbrennungskammer 10 und strömt bis zur
Verbrennung weiter. Daher wird ein homogenes Gemisch bei einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis (in einigen
Fällen
wird aufgrund einer zunehmenden Korrektur das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf
ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis
gesteuert, d.h. eine höhere Kraftstoffkonzentration
als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis) in
der gesamten Verbrennungskammer 10 ausgebildet, so dass
die homogene Verbrennung erreicht wird.
-
Während dem
schwachen Schichtladungsverbrennungsmodus strömt der durch die erste Einspritzung
eingespritzte Kraftstoff zusammen mit der Ansaugluft in die Verbrennungskammer 10,
wodurch ein homogenes mageres Gemisch in der gesamten Verbrennungskammer 10 ausgebildet
wird. Dann wird die zweite Kraftstoffeinspritzung zu einem späten Zeitpunkt
beim Verdichtungstakt durchgeführt,
so dass eine Verbrennungsgemischschicht in der Ausnehmung 24 in
der Nähe
der Zündkerze 20,
wie oben erwähnt,
ausgebildet wird. Das geschichtete Verbrennungsgemisch wird durch
die Zündkerze 20 entzündet und
die Zündflamme
verbrennt das in der gesamten Verbrennungskammer 10 vorhandene
magere Gemisch. Auf diese Weise wird eine Schichtladungsverbrennung
mit einem schwachen Schichtungsgrad erreicht, so dass eine gleichmäßige Momentänderung
in einem Zwischenbereich zwischen der Schichtladungsverbrennung
und der homogenen Verbrennung realisiert werden kann.
-
Als
nächstes
wird im Detail mit Bezug auf das Steuerungsblockdiagramm der 10 die
koordinierte Steuerung beschrieben, welche durchgeführt wird,
wenn der Automatikgetriebemodus D ausgewählt ist. In der folgenden Beschreibung
bezeichnen B1 bis B6 die in 10 gezeigten
Blöcke.
Die Blöcke B3,
B4 entsprechen den Prozessen, die durch die T-ECU 66 durchgeführt werden.
Die anderen Blöcke entsprechen
den Prozessen, die durch die E-ECU 60 durchgeführt werden.
-
Zunächst wird
auf der Basis des Beschleunigerbetätigungsbetrags ACCP und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V die Sollantriebskraft F festgelegt (B1).
Die Fahrzeuggeschwindigkeit V kann beispielsweise durch die Drehzahl
eines anderen Drehteils ersetzt werden, das eine entsprechende Beziehung
zur Fahrzeuggeschwindigkeit hat.
-
Das
Festlegen der Sollantriebskraft F auf der Basis des Beschleunigerbetätigungsbetrags
ACCP und der Fahrzeuggeschwindigkeit V wird auf der Basis eines
in der ROM 60b im Voraus abgespeicherten Kennfelds durchgeführt. Genauer
gesagt wird als Kennfeld eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit
V und der Sollantriebskraft F unter Verwendung des Beschleunigerbetätigungsbetrags ACCP
als Parameter im Voraus festgelegt und verwendet. Beim Festlegen
des Kennfelds wird die Sollantriebskraft F so bestimmt, dass die
Eigenschaften des Zielfahrzeugs oder Motors 2 oder dergleichen wiedergegeben
werden.
-
Als
nächstes
wird basierend auf der bestimmten Sollantriebskraft F und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V oder einem der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden erfassten
Wert eine Sollausgangsleistung P berechnet (B2). Genauer gesagt kann
die Sollausgangsleistung P als ein Produkt der Sollantriebskraft
F und der Fahrzeuggeschwindigkeit V wie in Gleichung (1) berechnet
werden. P ← F × V (1)
-
Die
so berechnete Sollausgangsleistung P wird verwendet, um die Sollmotordrehzahl
NEt zu berechnen (B3). In dem Block B3 wird die Sollmotordrehzahl
NEt aus der Sollausgangsleistung P mit Bezug auf ein eindimensionales
Kennfeld berechnet, wie es durch eine durchgezogene Linie in 11 angedeutet
ist, welches in der ROM 66b der T-ECU 66 im Voraus
abgespeichert wird. Wenn eine Geschwindigkeitsschaltlinie CV in
dem zweidimensionalen Raum der Motordrehzahl NE und des Motordrehmoments
T, wie in 9 angedeutet, festgelegt wird, kann
die Motordrehzahl NE gemäß der Ausgangsleistung
unabhängig
bestimmt werden. Daher kann ein eindimensionales Kennfeld zum Bestimmen
der Sollmotordrehzahl NEt unter Verwendung der Sollausgangsleistung
P als Parameter, wie durch die durchgezogene Linie 11 in 11 angedeutet,
aus der in 9 gezeigten Geschwindigkeitsschaltlinie CV
festgelegt werden.
-
Dann
wird die Geschwindigkeitsschaltsteuerung CVT 64 durchgeführt, so
dass die gegenwärtige Ist-Motordrehzahl
NE gleich der Soll-Motordrehzahl NEt wird (B4).
-
Es
ist dabei zu beachten, dass die Motordrehzahl NE und die Primärriemenscheibendrehzahl NP
eine äquivalente
Beziehung haben. Daher kann bei der zuvor genannten Geschwindigkeitsschaltsteuerung
der CVT 64 die CVT 64 anstelle der Motordrehzahl
NE anhand der Primärriemenscheibendrehzahl
NP gesteuert werden. Die Blöcke
B3, B4 sind Prozesse, die durch die T-ECU 66 durchgeführt werden.
Tatsächlich
kann daher die T-ECU 66 die CVT 64 steuern, indem
sie die Soll-Primärriemenscheibendrehzahl
NPt für
die Soll-Motordrehzahl NEt und die Ist-Primärriemenscheibendrehzahl NP
für die Ist-Motordrehzahl
NE verarbeitet.
-
In
einem Ablauf, der sich von dem oben beschriebenen Ablauf unterscheidet,
wird ein Soll-Motordrehmoment T0 aus der Sollausgangsleistung P
in dem Block B2 berechnet (B5). Genauer gesagt wird das Soll-Motordrehmoment
T0 berechnet, indem die Sollausgangsleistung P durch die gegenwärtige Ist-Motordrehzahl
NE, wie in Gleichung (2), geteilt wird.
-
Es
ist ebenso praktisch, die Ist-Motordrehzahl NE durch die Ist-Primärriemenscheibendrehzahl NP
beim Berechnen des Soll-Motordrehmoments T0 zu ersetzen. Die Soll-Motordrehzahl
T0 kann ferner mit Hilfe der zuvor genannten Soll-Motordrehzahl NEt
(Soll-Primärriemenscheibendrehzahl
NPt) berechnet werden. T0 ← 30·P/(π·NE) (2)
-
Das
Motordrehmoment wird so gesteuert, dass die Ist-Motordrehzahl das
berechnete Soll-Motordrehmoment T0 erreicht (B6). Genauer gesagt werden
die Kraftstoffeinspritzmenge und die Ansaugluftmenge so eingestellt,
dass das Soll-Motordrehmoment
T0 erreicht wird. Wenn die gegenwärtige Verbrennungsform die
Schichtladungsverbrennung oder die schwache Schichtladungsverbrennung
ist, wird das Motordrehmoment auf der Basis der eingespritzten Kraftstoffmenge
eingestellt. Wenn die gegenwärtige
Verbrennungsform die homogene Verbrennung ist, wird das Motordrehmoment
auf der Basis der Ansaugluftmenge, d.h. dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 46 (Drosselklappenöffnungsgrad
TA), eingestellt.
-
Aufgrund
der Prozesse wie in den Blöcken B1
bis B6 wird das Geschwindigkeitsverhältnis der CVT 64 entlang
der in 9 gezeigten Geschwindigkeitsschaltlinie CV eingestellt.
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Die
Beziehungen zwischen der Geschwindigkeitsschaltlinie CV und den
Kraftstoffverbrauchsraten, welche durch die Verbrennungsarten zur
Verfügung
gestellt werden, sind in 12 dargestellt.
In 12 stellen die elliptischen, gestrichelten Linien konstante
Kraftstoffverbrauchsratenlinien dar. Ein Vergleichsbeispiel, welches
durch eine strichpunktierte Linien in den 11 und 12 angedeutet
ist, stellt einen Fall dar, bei dem eine optimale Kraftstoffverbrauchslinie,
welche auf der Basis des Wirkungsgrades des Motors 2 und
des Wirkungsgrades der CVT 64 bestimmt wird, als eine Geschwindigkeitsschaltlinie
festgelegt wird. Wie aus den 11 und 12 ersichtlich,
wird die Geschwindigkeitsschaltlinie CV der ersten Ausführungsform
auf einer niedrigen Motorgeschwindigkeitsseite der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie,
sofern ein praktischer Bereich betroffen ist, festgelegt. Ferner
wird die Geschwindigkeitsschaltlinie CV so festgelegt, dass innerhalb
des praktischen Bereichs die Differenz zwischen der minimalen Motordrehzahl
NEmin und der maximalen Motordrehzahl NEmax auf der Geschwindigkeitsschaltlinie
CV kleiner ist als die Differenz zwischen der minimalen Motordrehzahl
auf der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie (= NEmin) und der maximalen
Motordrehzahl NEZ auf der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie. Darüber hinaus
wird die Geschwindigkeitsschaltlinie CV so festgelegt, dass innerhalb des
praktischen Bereichs die Anfälligkeit
der Drehzahlschwankung bezüglich
der Schwankung der Soll- Antriebskraft
F basierend auf der Schaltgeschwindigkeitslinie CV kleiner ist als
die Anfälligkeit auf
der Basis der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie.
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In
dem oben beschriebenen Aufbau entsprechen die Prozesse der Blöcke B3,
B4 den Abläufen einer
Geschwindigkeitsverhältnissteuereinrichtung.
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Die
wie oben beschrieben aufgebaute erste Ausführungsform erzielt die folgenden
Vorteile:
-
Wie
in den 11 und 12 angedeutet, wird
das Geschwindigkeitsverhältnis
der CVT 64 gemäß der Geschwindigkeitsschaltlinie
(durchgezogene Linie) gesteuert, d.h. so festgelegt, dass sich die Geschwindigkeitsschaltlinie
innerhalb des praktischen Bereichs auf der niedrigen Motordrehzahlseite der
optimalen Kraftstoffgeschwindigkeitslinie (strichpunktierte Linie)
liegt, welche auf der Basis des Wirkungsgrades des Motors 2 und
des Wirkungsgrades der CVT 64 bestimmt wird. Daher wird
die Erhöhungsweite
in der Motordrehzahl von dem Niveau zu Beginn des praktischen Bereichs
aus gedämpft.
Daher wird der Kraftstoffverbrauch, der aus den Trägheitsmomenten
resultiert, welche durch Schwankungen in der Drehzahl des Motors 2,
d.h. durch Drehzahlschwankungen der Eingangswelle der CVT 64 und
der Eingangswelle des strömungstechnischen Kraftübertragungsmechanismus 62,
verursacht werden, reduziert, so dass der Wirkungsgrad insgesamt zunimmt
und sich der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu dem Fall verbessert,
bei dem die optimale Kraftstoffverbrauchslinie als Steuergrundlage
verwendet wird.
-
Ferner
ist innerhalb des praktischen Bereichs die Differenz zwischen der
maximalen Motordrehzahl NEmax und der minimalen Motordrehzahl NEmin
auf der Geschwindigkeitsschaltlinie kleiner als die Differenz zwischen
der maximalen Motordrehzahl NEZ und der minimalen Motordrehzahl
(= NEmin) auf der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie. Daher werden
große
Schwankungen in der Motordrehzahl NE des Motors 2 im Wesentlichen
vermieden, auch wenn die Sollantriebskraft F in dem praktischen Bereich
schwankt. Daher wird der Kraftstoffverbrauch, der aus den Trägheitsmomenten
resultiert, die durch Schwankungen in der Drehzahl des Motors 2 verursacht
werden, d.h. durch Drehzahlschwankungen der Eingangswelle des CVT 64 und
der Eingangswelle des strömungstechnischen
Kraftübertragungsmechanismus 2,
reduziert, so dass der Wirkungsgrad insgesamt zunimmt und sich der
Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu dem Fall verbessert, bei dem
die optimale Kraftstoffverbrauchslinie als Steuergrundlage verwendet
wird.
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Ferner
wird in dem praktischen Bereich die Geschwindigkeitsschaltlinie
so festgelegt, dass das Ansteigen der Soll-Motordrehzahl NEt bezüglich dem Ansteigen
der Soll-Ausgangsleistung P des Motors 2 verzögert wird,
d.h. die Geschwindigkeitsschaltlinie wird so festgelegt, dass in
dem praktischen Bereich die Anfälligkeit
der Schwankung in der Motordrehzahl bezüglich der Schwankung in der
Soll-Antriebskraft F auf der Basis der Geschwindigkeitsschaltlinie
niedriger ist als die Anfälligkeit
auf der Basis der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie. Daher werden
große Schwankungen
in der Motordrehzahl NE vermieden, auch wenn die Soll-Antriebskraft
F in dem praktischen Bereich schwankt. Daher wird der Kraftstoffverbrauch,
der aus den Trägheitsmomenten
resultiert, welche durch Schwankungen in der Drehzahl des Motors 2,
d.h. durch Drehzahlschwankungen der Eingangswelle der CVT 64 und
der Eingangswelle des strömungstechnischen
Kraftübertragungsmechanismus 62 verursacht
werden, reduziert, so dass der Wirkungsgrad insgesamt zunimmt und
sich der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu dem Fall verbessert,
bei dem die optimale Kraftstoffverbrauchslinie als Steuergrundlage
verwendet wird.
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Die
Geschwindigkeitsschaltlinie CV in der ersten Ausführungsform
wird festgelegt, um eine Beziehung zu definieren, bei der in allen
Verbrennungsformen die Motordrehzahl NE mit Zunahme des Motordrehmoments
T konstant bleibt oder zunimmt. Daher wird auch in einem Abschnitt
des praktischen Bereichs eine große Schwankung in der Motordrehzahl in
Erwiderung auf eine kleine Schwankung in der Sollantriebskraft F
verhindert, so dass die zuvor genannte Verbesserung des Kraftstoffwirkungsgrades
noch beachtlicher wird.
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Als
nächstes
wird die zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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In
der zweiten Ausführungsform
ist in einem Katalysator 49, der in 2 gezeigt
ist, welche die erste Ausführungsform
zeigt, ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 99 enthalten.
Die E-ECU 60 führt eine
kurzzeitige Anfettung durch, indem sie einen in dem Ablaufdiagramm
der 13 dargestellten Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsprozess
und einen in dem Ablaufdiagramm der 14 dargestellten
Prozess zum Setzen eines Anfettungsausführungsmerkers Fnox durchführt. In
Verbindung mit der kurzzeitigen Anfettung wird eine Geschwindigkeitsschaltlinie
CV, wie in 15 angedeutet, festgelegt. Die
anderen Aufbauten der zweiten Ausführungsform sind im Wesentlichen
die gleichen wie die der ersten Ausführungsform. In der folgenden
Beschreibung sollte der Vorrichtungsaufbau der zweiten Ausführungsform
aus den zuvor genannten Zeichnungen der ersten Ausführungsform
und der Bezugszeichen, welche die Komponenten und dergleichen darstellen, klar
werden.
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Der
Krafteinspritzmengensteuerungsprozess wird mit Bezug auf 13 beschrieben.
Dieser Prozess wird periodisch bei jedem im Voraus festgelegten
Kurbelwinkel durchgeführt.
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Wenn
der Kraftstoffmengeneinspritzsteuerungsprozess beginnt, gibt die
E-ECU 60 verschiedene Motorbetriebszustandsdaten, wie z.B.
den Beschleunigerbetätigungsbetrag
ACCP, die Motordrehzahl NE, den Einlassdruck PM, die Kühlwassertemperatur
THW, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F, etc, in die Arbeitsbereiche in dem RAM 60c ein (S110).
-
Daraufhin
bestimmt die E-ECU 60, ob der Anfettungsausführungsmerker
Fnox "AUS" ist (S120). Wenn
Fnox = "AUS" ("JA" in S120), wählt die E-ECU 60 eine
Verbrennungsform gemäß dem Betriebszustand
aus und führt
diese aus, d.h. eine Schichtladungsverbrennung, eine homogene Verbrennung
oder eine schwache Schichtladungsverbrennung, wie oben in Verbindung
mit der ersten Ausführungsform
1 beschrieben (S130). Dann beendet die E-ECU 60 vorübergehend
den Prozess.
-
Andererseits,
wenn Fnox = "EIN" ("NEIN" in S120), führt die
E-ECU 60 die kurzzeitige Anfettung durch (S140). Genauer
gesagt führt
die E-ECU 60 einen Prozess zum Verschieben des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
A/F zur fetten Seite hin (z.B. A/F = 11,5) durch, indem sie die
von den Kraftstoffeinspritzventilen 22 eingespritzte Kraftstoffmenge
kurzzeitig erhöht.
Wenn die kurzzeitige Anfettung auf diese Weise durchgeführt wird,
wird unverbranntes Gas im Abgas erzeugt und als Reduktionsmittel
dem Katalysator 49 zugeführt, so dass NOx in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator
reduziert wird.
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Danach
beendet die E-ECU 60 vorübergehend den Prozess.
-
Der
Prozess zum Setzen des Anfettungsausführungsmerkers Fnox wird mit
Bezug auf das Ablaufdiagramm der 14 beschrieben.
Der Prozess des Setzens des Anfettungsausführungsmerkers Fnox wird periodisch
bei jedem im Voraus festgelegten Kurbelwinkel durchgeführt.
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Zunächst bestimmt
die E-ECU 60, ob die magere Verbrennung (die Schichtladungsverbrennung oder
die schwache Schichtladungsverbrennung) durchgeführt wird (S210). Wenn die magere
Verbrennung durchgeführt
wird ("JA" in S210), berechnet
die E-ECU 60 einen zusätzlichen
Betrag an NOx, der durch die magere Verbrennung erzeugt wird und
in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 99 gespeichert
wird, und zwar auf der Beziehung zwischen dem Einlassdruck PM und
der Kraftstoffmenge, die durch den Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsprozess
von jedem Kraftstoffeinspritzventil 22 eingespritzt wird.
Die E-ECU 60 erhöht
dann den gespeicherten NOx-Betrag sNOx, der in dem vorherigen Steuerungszyklus
berechnet wurde, um den zusätzlichen
NOx-Betrag, um einen neuen gespeicherten NOx-Betrag sNOx zu bestimmen
(S220).
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Danach
bestimmt die E-ECU 60, ob der gespeicherte NOx-Betrag sNOx
einen erlaubten Speicherbetrag NOxCAP überschritten hat (S230). Wenn
sNOx ≤ NOxCAP
("NEIN" in S230), beendet die
E-ECU 60 vorübergehend
den Prozess, ohne weitere Verarbeitungen durchzuführen.
-
Wenn
sNOx > NOxCAP ("JA" in S230), setzt die
E-ECU 60 daraufhin den Anfettungsausführungsmerker Fnox auf "EIN" (S240). Dann beendet
die E-ECU 60 vorübergehend
den Prozess.
-
Wenn
anstelle der mageren Verbrennung die homogene Verbrennung durchgeführt wird
("NEIN" in S210), berechnet
die E-ECU 60 einen NOx-Betrag, welcher durch unverbrannte
Gase reduziert wird, nachdem sie in dem NOx-Speicher-Reduzierungskatalysator 99 gespeichert
worden sind, und zwar auf der Basis der Beziehung zwischen dem Einlassdruck PM
und der Kraftstoffmenge, die durch den Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsprozess
von jedem Kraftstoffeinspritzventil 22 eingespritzt wird.
Die E-ECU 60 verringert dann den gespeicherten NOx-Betrag
sNOx, der während
des vorherigen Steuerungszyklus berechnet worden ist, um den reduzierten
NOx-Betrag, bestimmt dabei einen neuen gespeicherten NOx-Betrag
sNOx (S250).
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Daraufhin
bestimmt die E-ECU 60, ob der gespeicherte NOx-Betrag sNOx
höchstens "0" ist (S260). Wenn sNOx ≤ 0 ("JA" in S260), setzt
die E-ECU 60 den gespeicherten NOx-Betrag sNOx auf "0" (S270) und setzt dann den Anfettungsausführungsmerker
Fnox auf "AUS" (S280). Daraufhin
beendet die E-ECU 60 vorübergehend den Prozess. Wenn
sNOx > 0 ("NEIN" in S260), beendet
die E-ECU 60 vorübergehend
den Prozess ohne weitere Verarbeitungen durchzuführen.
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In
Anbetracht der kurzzeitigen Anfettung, die während der Schichtladungsverbrennung
und während
der schwachen Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, ist es verständlich,
dass sich der Kraftstoffverbrauch während der Schichtladungsverbrennung
mit der kurzzeitigen Anfettung im Vergleich zu dem Fall, bei dem
die Schichtladungsverbrennung und die schwache Schichtladungsverbrennung
ohne kurzzeitige Anfettung durchgeführt wird, etwas verschlechtert.
-
Daher
wird, wie in 16, welche die Beziehungen zwischen
der Kraftstoffverbrauchsrate und der Ausgangsleistung bei vorgegebener
Motordrehzahl NE zeigt, angedeutet, der Gleichheitspunkt C2 zwischen
der Kraftstoffverbrauchsrate in der homogenen Verbrennung und der
Kraftstoffverbrauchsrate in der schwachen Schichtladungsverbrennung
mit kurzzeitiger Anfettung zur niedrigen Ausgangsleistungsseite
des Gleichheitspunkts C1 zwischen der Kraftstoffverbrauchsrate in
der homogenen Verbrennung und der Kraftstoffverbrauchsrate in der
schwachen Schichtladungsverbrennung ohne kurzzeitige Anfettung hin
verschoben.
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In
der zweiten Ausführungsform
wird die Geschwindigkeitsschaltlinie CV so festgelegt, dass sich die
Geschwindigkeitsschaltlinie CV innerhalb des praktischen Bereichs
auf der niedrigen Motorgeschwindigkeitsseite der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie
befindet, welche auf der Basis des Wirkungsgrades des Motors 2 und
des Wirkungsgrades der CVT 64 bestimmt wird. Wie in 15 angedeutet,
wird die Geschwindigkeitsschaltlinie CV in dem zuvor genannten Vorgang
festgelegt, so dass er durch den Gleichheitspunkt C2 der Kraftstoffverbrauchslinie
auf einer Grenzlinie B zwischen der homogenen Verbrennung und der
schwachen Schichtladungsverbrennung geht.
-
Wenn
ein geeigneter Gleichheitspunkt C2 auf der Grenzlinie B zwischen
der homogenen Verbrennung und der schwachen Schichtladungsverbrennung
auf der niedrigen Motordrehzahlseite der optimalen Kraftstoffverbrauchslinie
nicht existiert, wird eine Geschwindigkeitsschaltlinie CV so festgelegt,
dass sie durch einen Punkt geht, bei welchem die Kraftstoffverbrauchsrate
in der homogenen Verbrennung und die Kraftstoffverbrauchsrate in
der schwachen Schichtladungsverbrennung einander am nächsten sind,
oder so festgelegt, dass eine Grenzlinie B zwischen der homogenen
Verbrennung und der schwachen Schichtladungsverbrennung in der Nähe des Gleichheitspunkts
C2 oder in der Nähe des
Punkts der größten Annäherung schneidet.
-
Die
wie oben beschrieben aufgebaute zweite Ausführungsform erzielt im Wesentlichen
dieselben Vorteile wie die erste Ausführungsform.
-
Der
Punkt, welcher auf der Grenzlinie B zwischen der Schichtladungsverbrennung
und der homogenen Verbrennung existiert und durch welchen die Schaltgeschwindigkeitslinie
CV geht, wird auf einen Gleichheitspunkt oder den nächsten Punkt
zwischen der Kraftstoffverbrauchsrate in der homogenen Verbrennung
und der korrigierten Kraftstoffverbrauchsrate, welche unter Berücksichtigung
der kurzzeitigen Anfettung sowie der Kraftstoffverbrauchsrate in
der schwachen Schichtladungsverbrennung bestimmt wird, gesetzt,
oder in die Nähe des
Gleichheitspunkts oder des Punktes der größten Annäherung.
-
Genauer
gesagt kann, wie in 16 angedeutet, eine Kraftstoffverbrauchsratenlinie
mit einer guten Kraftstoffverbrauchsrate erreicht werden, indem
die Geschwindigkeitsschaltlinie CV so festgelegt wird, dass sie
sich durch den Punkt C2 in einem Bereich erstreckt, wo die Verbrennungsform
von der Schichtladungsverbrennung zu der homogenen Verbrennung geschalten
wird. Daher ist es möglich,
das Geschwindigkeitsverhältnis
bei fortwährender
Aufrechterhaltung einer guten Kraftstoffverbrauchsrate zu ändern. Infolgedessen
kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
-
Obwohl
in den vorangegangenen Ausführungsformen
die Geschwindigkeitsschaltlinie CV eine scharf gebogene Linie ist,
kann die Geschwindigkeitsschaltlinie CV auch eine Linie sein, welche
sich krümmt
und zur niedrigen Motordrehzahlseite in dem praktischen Bereich
hin erstreckt, siehe z.B. 17. Obwohl
in den vorangegangenen Ausführungsformen
das CVT 64 ein stufenloses Riemengetriebe ist, kann das
CVT 64 auch ein Toroidgetriebe oder ähnliches sein.
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In
den vorangegangenen Ausführungsformen
wird die magere Verbrennung in der Form der Schichtladungsverbrennung
oder der schwachen Schichtladungsverbrennung durchgeführt. Jedoch kann
die magere Verbrennung auch in anderen Formen, z.B. in der Form,
die allgemein als "Magerverbrennung" bezeichnet wird,
durchgeführt
werden, d.h. einer homogenen mageren Verbrennung, bei der Kraftstoff
mit der Ansaugluft bei einem Verhältnis homogen gemischt wird,
das auf der mageren Seite des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
ist, und ein solches homogenes Gemisch entzündet werden.
-
In
den vorangegangenen Ausführungsformen
ist die Geschwindigkeitsschaltlinie CV eine Geschwindigkeitsschaltlinie
für ein
Kraftfahrzeug, bei dem ein Direkteinspritzungsbenzinmotor eingebaut ist
und die Verbrennungsform im Motor verändert wird. Die Geschwindigkeitsschaltlinie
in der Erfindung ist ebenso auf eine Geschwindigkeitsschaltlinie CV
für ein
Kraftfahrzeug anwendbar, bei dem ein Motor mit einer Einlasskanaleinspritzung
eingebaut ist und die einzig mögliche
Verbrennungsform, wie in 18 gezeigt,
die homogene Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Auch
in dem Fall, in dem die Verbrennungsform festgelegt ist, wird die
Motordrehzahlschwankung reduziert, so dass der Kraftstoffverbrauch,
der durch die Trägheitsmomente
verursacht wird, reduziert wird. Infolgedessen erhöht sich
insgesamt der Wirkungsgrad und verbessert sich die Kraftstoffverbrauch
im Vergleich zu dem Fall, bei dem die optimale Kraftstoffverbrauchsratenlinie
als Steuergrundlage verwendet wird.
-
Während die
Ausführungsformen
der Erfindungen beschrieben worden sind, schließt die Erfindung ferner zum
Beispiel folgende Ausführungsformen
ein.
-
In
einem Fahrzeug, das durch eine Ausgangsleistung einer Verbrennungsmaschine über ein stufenloses
Getriebe angetrieben wird, mit einer Fahrzeugantriebskraftsteuervorrichtung,
welche eine Sollantriebskraft auf der Basis eines Betriebszustandes
des Fahrzeugs bestimmt und welche die Motordrehzahl und das Geschwindigkeitsverhältnis des stufenlosen
Getriebes steuert, um eine Motorausgangsleistung zur Verfügung zu
stellen, um die Sollantriebskraft zu erreichen, wobei die Antriebskraftsteuervorrichtung
eine Steuereinheit enthält,
welche das Geschwindigkeitsverhältnis
des stufenlosen Getriebes gemäß einer
Geschwindigkeitsschaltlinie steuert, welche in einem zweidimensionalen
Raum der Motordrehzahl und des Motordrehmoments festgelegt wird.
Die Geschwindigkeit kann wie folgt festgelegt werden.
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Die
Geschwindigkeitsschaltlinie ist innerhalb eines praktischen Bereichs
auf einer niedrigen Drehzahlseite einer optimalen Kraftstoffverbrauchslinie, die
auf der Basis eines Wirkungsgrades des gesamten Antriebssystems,
das den Motor und das stufenlose Getriebe einschließt, bestimmt
wird. Innerhalb des praktischen Bereichs ist die Differenz zwischen der
minimalen Drehzahl und der maximalen Drehzahl auf der Geschwindigkeitsschaltlinie
kleiner als die Differenz zwischen der minimalen Drehzahl und der maximalen
Drehzahl auf einer optimalen Kraftstoffverbrauchslinie, welche auf
der Basis des Wirkungsgrades des gesamten Antriebssystems, das den
Motor und das stufenlose Getriebe einschließt, bestimmt wird.
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Innerhalb
eines praktischen Bereichs ist die Anfälligkeit der Drehzahlschwankung
bezüglich
der Schwankung in der Sollantriebskraft auf der Geschwindigkeitsschaltlinie
niedriger als auf einer optimalen Kraftstoffverbrauchslinie, welche
auf der Basis des Wirkungsgrades des gesamten Antriebssystems, das
den Motor und das stufenlose Getriebe einschließt, bestimmt wird.
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In
der gezeigten Ausführungsform
sind die T-ECU 66 und die E-ECU 60 als ein programmierter Universalrechner
implementiert. Für
Fachmänner
ist selbstverständlich,
dass eine Steuereinheit implementiert werden kann, welche einen
einzelnen spezialisierten integrierten Schaltkreis (z.B. ASICE)
mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für die Steuerung
des Gesamtsystems auf Systemebene und separaten Abschnitte welche
geeignet sind, um verschiedene spezifische Berechnungen, Funktionen und
andere Prozesse unter Steuerung des zentralen Prozessorabschnitts
durchzuführen,
verwendet. Die Steuereinheit kann eine Vielzahl von getrennten zugeordneten
oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltkreisen
oder -einrichtungen (z.B. fest verdrahtete elektronische oder logische
Schaltkreise, wie z.B. einzelne Elementschaltkreise oder programmierbare
logische Vorrichtungen, wie z.B. PLDs, PLAs, PALs oder dergleichen) sein.
Die Steuereinheit kann implementiert werden durch Verwendung eines
geeignet programmierten Universalcomputers, z.B. einem Mikroprozessor,
Mikrocontroller oder andere Prozessorvorrichtungen (CPU oder MPU),
entweder allein oder in Verbindung mit ein oder mehrere peripheren
(z.B. integrierter Schaltkreis) Daten und signalverarbeitenden Einrichtungen.
Im Allgemeinen kann jede Einrichtung oder Zusammenstellung von Einrichtungen
als Steuereinheit verwendet werden, auf welchen ein endlicher Automat
(finite state machine) in der Lage ist, die hierin beschriebenen
Prozesse umzusetzen. Eine verteilte Prozessarchitektur kann für maximale
Daten/Signalverarbeitungsfähigkeit
und -geschwindigkeit verwendet werden.