DE69823625T2

DE69823625T2 - Brennkraftmaschinen- Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE69823625T2
Application number: DE69823625T
Authority: DE
Inventors: Masakiyo Toyota-shi Kojima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: EP0922599A2; EP0922599B1; JPH11173175A; DE69823625D1; US6253866B1; JP3374734B2; EP0922599A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zum Steuern eines Brennkraftmaschinen-Steuerungssystems eines Hybridfahrzeuges, welches zwei Antriebsquellen enthält, d.h. eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor.
In jüngsten Jahren wurde unter anderem von einem Automobil gefordert, eine Menge an verbrannten Treibstoff einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, und ein von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas zu reinigen. In Ansprechen auf diese Forderungen wurde ein Hybridfahrzeug entwickelt, welches zwei Antriebsquellen enthält, d.h. die Brennkraftmaschine und einen Elektromotor.
Das oben beschriebene bekannte Hybridfahrzeug enthält die Brennkraftmaschine, einen durch eine Antriebskraft der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator, eine Batterie zum Speichern der von dem Elektromotor erzeugten elektrischen Energie, den durch die elektrische Energie des Generators oder der Batterie angetriebenen Elektromotor und einen Energieverteilungsmechanismus zum selektiven Verteilen der Antriebskraft der Brennkraftmaschine an den Generator und an Räder, wobei ein Starten und ein Stoppen der Brennkraftmaschine entsprechend der erforderlichen Antriebskraft und einer Höhe einer gespeicherten elektrischen Energie der Batterie gesteuert werden.
Bei diesem Typ von Hybridfahrzeug wird eine Übertragung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine an den Generator und die Räder abgeschnitten oder die Brennkraftmaschine wird alternativ gestoppt. Dann wird die elektrische Leistung der Batterie an den Elektromotor angelegt, und die Räder werden durch die Antriebskraft des Elektromotors angetrieben.
Darauffolgend ist das Hybridfahrzeug so aufgebaut, dass, wenn es in einem normalen Fahrbetrieb ist, die Brennkraftmaschine betätigt wird, wobei die Antriebskraft der Brennkraftmaschine sowohl an den Generator als auch an die Räder verteilt wird, dann wird der Elektromotor durch die durch den Generator erzeugte elektrische Energie angetrieben, und die Antriebskraft des Elektromotors wird an die Räder übertragen. In diesem Fall folgt daraus, dass das Hybridfahrzeug durch die Antriebskräfte der Brennkraftmaschine und des Elektromotors fährt.
Ferner ist das Hybridfahrzeug so aufgebaut, dass, wenn es in einem Hochlastbetrieb ist, wie bei einer Beschleunigung usw., die Brennkraftmaschine betätigt wird, wobei die Antriebskraft der Brennkraftmaschine an den Elektromotor und die Räder verteilt wird, der Elektromotor durch elektrische Leistung angetrieben wird, welche durch Hinzufügen der durch den Generator erzeugten elektrischen Leistung zu der elektrischen Leistung der Batterie erhalten wird, und die Antriebskraft des Elektromotors an die Räder übertragen wird. In diesem Fall fährt das Hybridfahrzeug durch die Antriebskräfte der Brennkraftmaschine und des Elektromotors, wie im Falle des normalen Fahrbetriebes, jedoch wird, da die elektrische Leistung der Batterie zusätzlich zu der elektrischen Leistung des Generators an den Elektromotor angelegt wird, die Antriebskraft des Elektromotors höher als im normalen Fahrbetrieb.
Darüber hinaus ist das Hybridfahrzeug so aufgebaut, dass, wenn das Fahrzeug verzögert und bremst, so dass eine Übertragung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine an den Generator und die Räder abgeschnitten wird, oder alternativ die Brennkraftmaschine gestoppt wird, dann die elektrische Leistung, welche durch Anlegen von Umdrehungskräften der Räder an den Elektromotor rückgekoppelt wird, und die somit erhaltene elektrische Leistung, in der Batterie gespeichert.
Im übrigen ist das Hybridfahrzeug so aufgebaut, dass, wenn eine Höhe von einer gespeicherten elektrischen Leistung der Batterie unter einem vorbestimmten Wert ist, die Brennkraftmaschine gestartet wird, die Antriebskraft der Brennkraftmaschine an den Generator und die Räder verteilt wird, und die durch den Generator erzeugte elektrische Leistung an die Batterie und den Elektromotor verteilt wird, wodurch die Batterie mit der elektrischen Leistung aufgeladen wird.
Gemäß des so aufgebauten Hybridfahrzeuges ist es möglich, die Brennkraftmaschine effizient zu betreiben, die Rate an verbrannten Treibstoff merkbar zu reduzieren, eine Menge des Abgases zu verringern und das Abgas zu reinigen.
Im übrigen werden bei dem oben beschriebenen Hybridfahrzeug das Starten und Stoppen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einer Fahrbedingung wiederholt, und somit neigen Temperaturen von Abgasreinigungselementen, wie z.B. der Abgasreinigungskatalysator und ein Luft-/Treibstoffverhältnissensor, usw., niedriger als eine Aktivierungstemperatur zu sein. Wenn die Brennkraftmaschine in einem Zustand betrieben wird, bei welchem die Temperaturen der Abgasreinigungselemente niedriger als die Aktivierungstemperatur sind, ist der Abgasreinigungskatalysator nicht in der Lage, genügend Nox, CO und HC, usw. in dem Abgas zu reinigen, welches zu einer Verschlechterung der Abgasemission führt.
Als System zum Ausschließen dieses Problems ist ein Steuerungssystem eines maschinenangetriebenen Generators des Hybridfahrzeuges bekannt, welches in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungsschrift No. 5-328528 offenbart ist. Dieses Steuerungssystem dient zum Beschränken der Verschlechterung der Abgasemission, welches ein Ansteigen einer Abgastemperatur und einer Abgasmenge hoch bis zu einer vorbestimmten Menge durch Steuern, wenn die Abgasreinigungselemente, wie beispielsweise der Abgasreinigungskatalysator und der Luft-/Treibstoffverhältnissensor, usw., bei niedrigen Temperaturen sind, enthält, einer Maschinenleistung und der Anzahl an Maschinenumdrehungen, um einen Energiewirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verringern, und ein Vollenden eines Aufwärmbetriebes der Abgasreinigungselemente bei einem frühen Stadium.
Das oben beschriebene Steuerungssystem des Maschinenantriebsgenerators des Hybridfahrzeuges führt vorzugsweise, sogar wenn eine hohe Antriebskraft angefordert wird, wie sie zum Beschleunigen usw., benötigt wird, wenn der Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine erforderlich ist, den Aufwärmbetrieb aus, und ist daher nicht in der Lage, die angeforderte Antriebskraft auszugeben, welches zu einem Problem führt, dass sich das Fahrverhalten verschlechtert.
Ferner offenbart das im Prioritätsintervall veröffentlichte Dokumente US 5,826,671 ein System zum Steuern eines Hybridfahrzeuges und ein Verfahren desselben, bei welchem eine Brennkraftmaschine, eine Batterie und ein Elektromotor in Kombination mit einem Steuerungsmittel bereitgestellt sind, welches die Gesamtsteuerung des Hybridfahrzeuges bereitstellt. Ein durch das Steuerungsmittel durchgeführtes Steuerungskonzept enthält drei Betriebszustände des Fahrzeuges, einen Brennkraftmodus, einen Motormodus (Elektromotor) und einen Kombinationsmodus, bei welchem sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeuges betrieben werden. Im Speziellen wird die Aufwärmbedingung der Brennkraftmaschine als ein Kriterium verwendet, um zu bestimmen, ob das Treibstoff-/Luftansaugsystem der Brennkraftmaschine einen Temperaturanstieg zeigt, um weitere Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Das Ausgabesignal des Kühlwassertemperatursensors wird ausgewertet, und wenn die spezielle Aufwärmbedingung erfüllt ist, endet das Programm von der Aufwärmsteuerungsroutine aus, und die Brennkraftmaschine wird klar zum Betrieb bei einer erhöhten Last erwägt.
Dokument US 5,697,466 offenbart ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein entsprechendes Steuerungsmittel ein Steuerungskonzept durchführt, welches das Fahren des Fahrzeuges sogar dann aufrechterhält, wenn das darin verwendete Motorantriebssystem plötzlich auf einige Betriebsprobleme stößt. Das Hybridfahrzeug hat eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor, dessen Ausgang mit Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden ist. Eine Kupplung ist bereitgestellt, um selektiv die Brennkraftmaschine mit der Ausgabeachse zu verbinden, und eine Hydraulikkraftübertragung ist zwischen der Kupplung und der Brennkraftmaschine bereitgestellt. Neben dem Betriebsmodus, bei welchem die Brennkraftmaschine oder der Elektromotor ein Fahrzeug antreibt, ist ein Kombinationsmodus bereitgestellt, bei welchem sowohl die Maschine als auch der Motor betrieben werden und die Kupplung aktiviert wird. Das Einstellen der bestimmten Betriebsmoden hängt von der Last des Fahrzeuges und der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Um ein Nachlaufen der Steuerung zu vermeiden, wenn von einem Betriebsmodus zu dem anderen gewechselt wird, ist eine Hysterese bereitgestellt, bei welcher zum Zurückschalten und zum Schalten auf bestimmte Betriebsmoden unterschiedliche Gaspedalpositionen, welche die Maschinenlast und unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten anzeigen, bei dem Steuerungskonzept in Betracht gezogen werden.
Dokument EP 0 800 945 A2 offenbart ein Steuerungssystem für Hybridfahrzeuge, bei welchem die Betriebsbedingungen des Hybridfahrzeuges, welches eine Batterie, eine Brennkraftmaschine, als auch einen Motor enthält, überwacht werden. Im Speziellen wird der Aufladezustand der Batterie in Betracht gezogen, um den Betrieb des Motors im Falle eines niedrigeren Pegels eines verbleibenden Aufladezustandes der Batterie zu beschränken. Zusätzlich werden die Aufwärmbedingungen der Maschine überwacht, und wenn die Maschinenkühlmitteltemperatur (Ausbilden eines ersten Kriteriums) und die Katalysatortemperatur (Ausbilden des zweiten Kriteriums) gleich oder höher als entsprechende vorbestimmte Referenzwerte sind, wird die Maschine klar für einen weiteren Betrieb mit erhöhter Last eingestellt.
Dokument EP 0 570 241 A offenbart ein Betriebsverfahren für ein Hybridfahrzeug, bei welchem der Ladezustand einer Batterie kontinuierlich überwacht wird und der Betrieb einer Brennkraftmaschine demgemäß gesteuert wird, um eine genügende Aufladung der Batterie und, wenn erforderlich, eine Antriebsleistung für das Fahrzeug bereitzustellen. Um die Erzeugung von Abgas zu reduzieren, welches durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird, wird der Betrieb derer in Verbindung mit dem Betriebszustand eines Katalysators gesteuert. Im Falle, dass die Brennkraftmaschine zum Antreiben des Fahrzeuges oder Aufladen der Batterie zu betreiben ist, wird überprüft, ob der Katalysator vor dem Starten der Brennkraftmaschine seine Aktivierungstemperatur erreicht hat (Betriebszustand), so dass der Schadstoff oder schädliche Gase durch den Katalysator wirksam aus dem Abgas entfernt werden können. In dem Fall, dass die Aktivierungstemperatur nicht erreicht wurde, wird das Aufwärmelement des Katalysators mit elektrischer Leistung versorgt, und wenn die Aktivierungstemperatur genügend angestiegen ist, wird die Brennkraftmaschine gestartet und eine Aufwärmphase wird eingeleitet. Im Speziellen wird die Brennkraftmaschine während der Aufwärmphase mit reduzierter Leistung und einer speziellen Luft-/Treibstoffmischung betrieben, bis der Aufwärmbetrieb vollendet ist und die Wassertemperatur des Wassermantels der Brennkraftmaschine oberhalb einer vorbestimmten Temperatur ist. Wenn sowohl der Katalysator als auch die Brennkraftmaschine ihre Aktivierungstemperatur erreicht haben, ermöglicht das bekannte Steuerungskonzept den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer hohen Ausgangsleistung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, welche erfunden wurde um die wie oben beschriebenen Probleme zu beheben, eine Technologie bereitzustellen, welche in der Lage ist, einen Abgasreinigungskatalysator, usw., an einem frühen Stadium zu aktivieren, und zwar ohne jegliche Abnahme im Fahrverhalten in einem Hybridfahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor enthält.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem gelöst, wie in den anliegenden Ansprüchen angegeben.
Insbesondere setzt die vorliegende Erfindung die folgenden Aufbauten ein.
Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Brennkraftmaschinen-Steuerungssystems eines Hybridfahrzeuges bereitgestellt, welches eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und eine Aufwärmbetrieb-Steuereinheit, zum Erstellen einer Antriebskraft des Elektromotors als eine Hauptantriebsquelle zum Fahren unter einer vorbestimmten Bedingung, und zum Steuern eines Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine, enthält, wobei das Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem ein Betriebszustand-Umschaltmittel zum Umschalten, wenn eine Antriebskraft angefordert wird, welche höher als eine Antriebskraft ist, welche durch den Elektromotor und durch die Brennkraftmaschine ausgegeben werden kann, welche in einem Aufwärmbetrieb während des Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine ist, der Brennkraftmaschine von einem Aufwärmbetriebszustand zu einem Hochleistungsbetriebszustand.
Basierend auf diesem Aufbau wird, wenn eine hohe Antriebskraft, wie sie für eine Beschleunigung, usw., benötigt wird, während eines Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine erfordert wird, der Betriebszustand der Brennkraftmaschine vom Aufwärmbetriebszustand zum Hochleistungsbetriebszustand umgeschaltet, und die von der Brennkraftmaschine ausgegebene Antriebskraft wird vergrößert. In diesem Fall steigt die Antriebskraft des gesamten Hybridmechanismus an, und daher ist das Hybridfahrzeug in der Lage, die Beschleunigung in Ansprechen auf die Anfrage schnell durchzuführen.
Andererseits, wenn die Brennkraftmaschine auf den Hochleistungsbetriebszustand kommt, steigt eine exothermische Größe der Brennkraftmaschine an, und die Temperatur des aus der Brennkraftmaschine abgegeben Abgases steigt ebenfalls an. Somit ist es möglich, die Abgasreinigungselemente früher zu aktivieren.
Hierin wird gemäß der vorliegenden Erfindung, sogar wenn eine Anfrage zum Erhöhen der Antriebskraft zum Fahren des Fahrzeuges während des Aufwärmbetriebes auftritt, der Aufwärmbetrieb vorzugsweise durchgeführt, und daher muss die Antriebskraft innerhalb eines Bereiches erhöht werden, in welchem die Brennkraftmaschine, welche im Aufwärmbetrieb ist, in der Lage ist, sie auszugeben. Es ist erforderlich, dass der Aufwärmbetrieb durchgeführt wird, nachdem die Antriebskraft auf ein gewisses Ausmaß sichergestellt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch, wenn die Anfrage zum Erhöhen der Antriebskraft zum Bewegen des Fahrzeuges sogar während des Aufwärmbetriebes auftritt, möglich, eine Messung zum Erhöhen der Antriebskraft zu zähmen, und zwar durch Bewirken eines Umschaltens von einem Aufwärmbetriebszustand zu einem Hochleistungsbetriebszustand, und somit gibt es keine Notwendigkeit die Antriebskraft der Brennkraftmaschine in Betracht zu ziehen. Daher kann eine bessere Aufwärmbetriebssteuerung gemacht werden.
Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die hohe Antriebskraft, wie sie für das Beschleunigen, usw., benötigt wird, sogar während des Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine erforderlich ist, der Betriebszustand der Brennkraftmaschine vom Aufwärmbetriebszustand zum Hochleistungsbetriebszustand umgeschaltet werden, wodurch die durch den Fahrer angeforderte Antriebskraft ausgegeben werden kann und sich das Fahrverhalten verbessert.
Andererseits kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Aufwärmbetrieb durchgeführt werden kann, ohne die Antriebskraft der Brennkraftmaschine in Betracht zu ziehen, der bessere Aufwärmbetrieb durchgeführt werden, und es ist möglich, die Brennkraftmaschine und den Abgasreinigungskatalysator früher zu aktivieren.
Es ist zu bemerken, dass die hier bemerkte Aufwärmbetriebssteuerung nicht die Steuerung ist, um die Priorität an die Verbrennung zu geben, welche sehr wohl die Antriebskraft erzeugt, sondern die Steuerung ist, um die Priorität zur früheren Aktivierung der Abgasreinigungselemente zu geben, wie beispielsweise der Abgasreinigungskatalysator und der Luft-/Treibstoffverhältnissensor, usw.
Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Hybridfahrzeug, an welchem ein Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem angewendet wird, derart aufgebaut, dass eine Antriebskraft, welche von einer Brennkraftmaschine ausgegeben wird, als eine Antriebsquelle zum Fahren des Fahrzeuges oder als eine Antriebsquelle zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet wird, die durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine erzeugte elektrische Energie einem Elektromotor oder einem Mittel zum Speichern elektrischer Energie zugeführt wird, um den Elektromotor mit der elektrischen Energie zu versorgen, und das Hybridfahrzeug durch die Antriebskraft, welche durch die Brennkraftmaschine und/oder den Elektromotor ausgegeben wird, fährt, und durch seine Hauptantriebsquelle fährt, welche die Antriebskraft vom Elektromotor ist, welcher durch die elektrische Energie des Mittels zum Speichern elektrischer Energie angetrieben wird, solange es einen Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine unter einer vorbestimmten Bedingung steuert.
Gemäß eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung enthält ein Hybridfahrzeug, an welches ein Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung angelegt wird, eine Brennkraftmaschine, eine durch die Brennkraftmaschine angetriebene Einheit zum Erzeugen elektrischer Leistung, ein Element zum Speichern elektrischer Leistung zum Speichern der durch die Einheit zum Erzeugen elektrischer Leistung erzeugten elektrischen Leistung, einen Elektromotor, welcher bereitgestellt ist um Räder anzutreiben, und zwar durch die elektrische Leistung, welche durch die Einheit zum Erzeugen elektrischer Leistung erzeugt wird, oder die elektrische Leistung, welche in dem Element zum Speichern elektrischer Leistung gespeichert ist, einen Leistungsverteilungsmechanismus zum Verteilen der von der Brennkraftmaschine ausgegebenen Antriebskraft an die Einheit zum Erzeugen elektrischer Leistung und an Räder, und eine Aufwärmbetriebssteuereinheit zum Steuern eines Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine, wenn die Brennkraftmaschine unter einer vorbestimmten Bedingung gestartet wird.
Zusammengefasst, was als das Hybridfahrzeug ausreicht, an welches das Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, kann ein Hybridfahrzeug sein, welches in der Lage ist, mit der Antriebskraft zu fahren, welche von einer Antriebsquelle mit Ausnahme der Brennkraftmaschine gegeben wird, um den Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine zu erlauben.
Ferner kann die Aufwärmbetriebssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Verarbeitung zum Steuern einer Treibstoffeinspritzmenge sein, und zwar derart, dass ein Luft-/Treibstoffverhältnis einer Treibstoff-/Luftmischung, welche zumindest in einem Teil von Zylindern der Brennkraftmaschine verbrennt, eine Atmosphäre mit überschüssigem Treibstoff wird (fette Atmosphäre), und dass ein Luft-/Treibstoffverhältnis der Treibstoff-/Luftmischung, welche in einigen anderen Zylindern verbrennt, eine Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff wird (magere Atmosphäre). Ferner wird in dem Fall, dass die Brennkraftmaschine einen variablen Ventilzeitpunktmechanismus enthält, welcher in der Lage ist einen Zeitpunkt zum Öffnen und Schließen eines Abgasventils zu ändern, ein Zeitpunkt zum Öffnen des Abgasventils vorgeeilt, und die Abgasreinigungselemente können aufgewärmt werden.
Darüber hinaus kann das Betriebszustand-Umschaltelement stufenförmig einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine umschalten. In diesem Fall kann das Betriebszustand-Umschaltelement den Betriebszustand bei einer vorbestimmten Umschaltgeschwindigkeit stufenförmig umschalten. Bei einer solchen Betriebszustand-Umschaltsteuerung ist es möglich, eine abrupte Schwankung der von der Brennkraftmaschine ausgegebenen Antriebskraft zu beschränken, und das Fahrverhalten kann noch mehr verbessert werden.
Diese, zusammen mit anderen Aufgaben und Vorteilen, welche nachfolgend deutlich werden, sind in den Aufbaudetails und dem Betrieb innewohnend, wie hiernach vollständiger beschrieben und beansprucht, wobei ein Bezug, welcher auf die begleitenden Zeichnungen genommen wird, einen Teil hiervon bildet, wobei gleiche Bezugsziffern durchweg auf gleiche Teile Bezug nehmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich während der folgenden Diskussion in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein schematisches Schaubild ist, welches einen Aufbau eines Hybridmechanismus eines Hybridfahrzeuges zeigt, an welches ein Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung angelegt wird;
2 ein Ablaufdiagramm ist, welches eine Aufwärmbetriebssteuerroutine zeigt; und
3 ein Ablaufdiagramm ist, welches eine Maschinensteuerungsroutine zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform eines Brennkraftmaschinen-Steuerungssystems eines Hybridfahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Schaubild, welches einen Aufbau eines Hybridmechanismus eines Hybridfahrzeuges zeigt, an welches das Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Der Hybridmechanismus enthält eine Brennkraftmaschine 1 und einen Leistungsverteilungsmechanismus 4, welcher an einer Maschinenausgabewelle (Kurbelwelle) 1a der Brennkraftmaschine 1, zum Verteilen einer Umdrehungskraft an einen Generator 3 und einer Umdrehungswelle 2a eines elektrisch angetriebenen Motors verbunden ist. Der Hybridmechanismus enthält ebenfalls einen Umwandler 5 zum selektiven Anlegen der durch den Generator 3 erzeugten elektrischen Leistung an den elektrisch angetriebenen Motor 2 und eine Batterie 6, oder der in der Batterie 6 gespeicherten elektrischen Leistung an den elektrisch angetriebenen Motor 2. Der Hybridmechanismus enthält ferner einen Reduzierer (decelerator) 7 zum Reduzieren der Umdrehungskraft der Umdrehungswelle 2a des elektrisch angetriebenen Motors 2 und Übertragen der reduzierten Umdrehungskraft an Antriebswellen 8, 9 und Räder 10, 11, welche an den Antriebswellen 8, 9 angebracht sind.
Dann ist jeder Zylinder der Brennkraftmaschine 1 mit einer Zündkerze 25 zum Verbrennen eines Mischgases ausgestattet, und eine Abgaszweigröhre 12 und eine Ansaugzweigröhre 20 sind mit jedem Zylinder verbunden.
Die Abgaszweigröhre 12 ist mit einer Abgasröhre 13 verbunden, welche mit einem nicht dargestellten Geräuschdämpfer verbunden ist. Dann ist ein Abgasreinigungskatalysator 14 mittig der Abgasröhre 13 bereitgestellt. Ein Abschnitt der Abgasröhre 13, welcher sich stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators 14 befindet, ist mit einem Luft- /Treibstoffverhältnissensor 27 zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend eines Luft-/Treibstoffverhältnisses des Abgases, welches in die Abgasröhre 13 fließt, versehen.
Der Abgasreinigungskatalysator 14 wird beispielsweise bei einer vorbestimmten Temperatur (z.B. 300°C) oder höher aktiviert, und bewirkt ein Reagieren von HC und CO in dem Abgas mit O₂ in dem Abgas, welche somit zu H₂O und CO₂ oxidiert werden. Zur selben Zeit bewirkt der Abgasreinigungskatalysator ein Reagieren von NO_x in dem Abgas mit HC und CO in dem Abgas, welche somit zu H₂O, CO₂ und N₂ reduziert werden.
Die Ansaugzweigröhre 20 ist mit einem Druckausgleichsbehälter 21 verbunden, mit welchem die Ansaugröhre 22 verbunden ist. Jede Ansaugzweigröhre 20 ist mit einem Treibstoffeinspritzventil 26 versehen, dessen Einspritzloch einer Ansaugöffnung jedes Zylinders gegenüberliegt. Mittig der Ansaugröhre 22 ist ein Stellglied 19a bereitgestellt, welches Teil eines Drosselventils 19 zum Steuern einer Flussrate der in die Ansaugröhre 22 fließenden Luft, und eines Motors zum Öffnen und Schließen des Drosselventils 19 ist.
Nachfolgend verwirklicht der Leistungsverteilungsmechanismus 4 eine Leistungsverteilungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Leistungsverteilungsmechanismus 4 ist beispielsweise als ein Planetengetriebe aufgebaut, und eine Umdrehungswelle eines Planetenkörpers des Planetengetriebes ist mit der Maschinenausgabewelle 1a verbunden. Dann ist eine Umdrehungswelle eines außerhalb des Planetenkörpers angeordneten Zahnkranzes mit der Umdrehungswelle 2a verbunden, und anschließend ist eine Umdrehungswelle eines innerhalb des Planetenkörpers angeordneten Sonnenrades mit dem Generator 3 verbunden. Dann wird eine Umdrehungskraft des Planetenkörpers über ein drehbar an dem Planetenkörper gehaltenes Zahntriebwerk an den Zahnkranz und das Sonnenrad übertragen.
Der Generator 3 ist als elektrischer Wechselstromsynchronmotor aufgebaut und verwirklicht eine Elektrizität erzeugende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Batterie 6 enthält eine Nickel-Wasserstoff Batteriezelle, usw., und verwirklicht eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Leistung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der elektrisch angetriebene Motor 2 ist als ein elektrischer Wechselstromsynchronmotor, usw., zusammengesetzt und verwirklicht einen Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Dann treibt der elektrisch angetriebene Motor 2 drehbar die Umdrehungswelle 2a durch die durch den Generator 3 erzeugte elektrische Leistung oder die von der Batterie 6 ausgegebene elektrische Leistung an. Ferner koppelt der elektrisch angetriebene Motor 2 die elektrische Leistung zurück, und zwar indem er einen solchen Punkt verwendet, bei dem beim Verzögern des Fahrzeuges die Umdrehungskräfte der Räder 10, 11 über die Antriebswellen 8, 9 und den Reduzierer 7 an die Umdrehungswelle 2a übertragen werden. Die somit rückgekoppelte elektrische Leistung wird über den Inverter 5 in der Batterie gespeichert.
Der Inverter 5 wird als ein elektrischer Leistungsumwandler eingestuft, welcher aus einer Kombination von einer Mehrzahl von Leistungstransistoren aufgebaut ist, und selektiv durch Steuern der Leistungstransistoren ein Anlegen der durch den Generator 3 erzeugten elektrischen Leistung an die Batterie 6, ein Anlegen der durch den Generator erzeugten elektrischen Energie an den elektrisch angetriebenen Motor 2, ein Anlegen der in der Batterie 6 gespeicherten elektrischen Leistung an den elektrisch angetriebenen Motor 2 und ein Anlegen der durch den elektrisch angetriebenen Motor 2 rückgekoppelten elektrischen Leistung umschaltet.
Hierbei ist das durch den Generator 3 Erzeugte eine elektrische Wechselleistung, und was in der Batterie 6 gespeichert wird, ist eine elektrische Gleichleistung. Dann sind sowohl die elektrische Antreibleistung als auch die rückgekoppelte elektrische Leistung des elektrisch angetriebenen Motors 2 eine elektrische Wechselleistung. Daher wandelt der Inverter 5 den durch den Generator 3 erzeugten Wechselstrom in den Gleichstrom um und legt danach den Gleichstrom an die Batterie 6 an, wandelt dann den in der Batterie 6 gespeicherten Gleichstrom in den Wechselstrom um und legt danach den Wechselstrom an den elektrisch angetriebenen Motor 2 an, wandelt schließlich den durch den Generator 3 erzeugten Wechselstrom in den Gleichstrom um und legt danach den Gleichstrom an die Batterie 6 an und wandelt letztendlich den durch den elektrisch angetriebenen Motor 2 rückgekoppelten Wechselstrom in den Gleichstrom um und legt danach den Gleichstrom an die Batterie 6 an.
An die Brennkraftmaschine 1 sind ebenfalls eine Vielzahl von Sensoren, wie beispielsweise ein Wassertemperatursensor 17 zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Temperatur des Kühlwassers und ein Kurbelpositionssensor 18 zum Erfassen der Anzahl an Umdrehungen der Maschinenausgabewelle 1a angebracht. Der Abgasreinigungskatalysator 14 ist mit einem Katalysatortemperatursensor 15 zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Bett-Temperatur (bed temperature) des Katalysators ausgestattet. Dann ist an die Batterie 6 ein SOC-Messer 16 zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Aufladehöhe der Batterie 6 angebracht.
Dann sind der Katalysatortemperatursensor 15, der Wassertemperatursensor 17, der Kurbelpositionssensor 18, der Luft-/Treibstoffverhältnissensor 27 über elektrische Drähte mit einer elektronischen Steuereinheit (E-ECU) 23 zum Steuern der Brennkraftmaschine verbunden, und Ausgangssignale der jeweiligen Sensoren werden in die E-ECU 23 eingegeben. Ferner werden die Zündkerze 25, das Treibstoffeinspritzventil 26 und das Stellglied 19a ebenfalls über die elektrischen Drähte mit der E-ECU 23 verbunden.
Andererseits sind der elektrisch angetriebene Motor 2, der Generator 3, der Inverter 5 und der SOC-Messer 16 über die elektrischen Drähte mit einer elektronischen Steuereinheit (H-ECU) 24 zum integrierten Steuer des Hybridmechanismus verbunden.
Die E-ECU 23 beurteilt einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, wobei die Ausgangssignale der Vielzahl von Sensoren als Parameter dienen. Die E-ECU 23 berechnet entsprechend des Betriebszustandes derer einen Zündzeitpunkt, eine Treibstoffeinspritzzeit (Treibstoffeinspritzmenge), einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt und eine Ansaugluftmenge. Dann steuert die E-ECU 23 die Zündkerze 25 auf Basis des berechneten Zündzeitpunktes, steuert dann das Treibstoffeinspritzventil 26 auf Basis der Treibstoffeinspritzzeit und des Treibstoffeinspritzzeitpunktes und steuert ferner das Stellglied 19a auf Basis der Ansaugluftmenge.
Beim Steuern des Treibstoffeinspritzventils 26 nimmt die E-ECU 23 Bezug auf einen Ausgabesignalwert des Luft-/Treibstoffverhältnissensors 27 und führt eine Regelung durch, so dass ein Luft-/Treibstoffverhältnis des zum Abgasreinigungskatalysators 14 fließenden Abgases ein gewünschtes Luft-/Treibstoffverhältnis wird.
Andererseits steuert die E-ECU 24 den Generator 3 und den Inverter 5 auf Basis einer Trittgröße (treading quantity) (Beschleunigungseinrichtung) eines nicht dargestellten Gaspedals und eines Ausgabesignals des SOC-Messers 16, und steuert die Brennkraftmaschine 1 über die E-ECU 23.
Um genauer zu sein, startet die H-ECU 24 nicht die Brennkraftmaschine 1 während einer Niedriglastperiode, wenn das Fahrzeug gestoppt wird und wenn die Beschleunigerapertur klein ist, und steuert den Inverter 5 um die elektrische Leistung der Batterie 6 an den elektrisch angetriebenen Motor 2 anzulegen. Zu dieser Zeit dreht der elektrisch angetriebene Motor 2 die Umdrehungswelle 2a durch die von der Batterie 6 gegebene elektrische Leistung, und die Umdrehungskraft der Umdrehungswelle 2a wird über den Reduzierer 7 und die Antriebswellen 8, 9 an die Räder 10, 11 übertragen. Daraus folgend fährt das Fahrzeug, wobei dessen Antriebsquelle nur die elektrische Leistung der Batterie 6 ist.
Bei diesem Anlass überwacht die H-ECU 24 immer den Ausgabesignalwert des SOC-Messers 16, und wenn der Ausgabesignalwert unter einem vorbestimmten Wert abnimmt, startet sie die Brennkraftmaschine 1 über die E-ECU 23, und veranlasst, dass der Leistungsverteilungsmechanismus 4 die von der Brennkraftmaschine 1 ausgegebene Antriebskraft an den Generator 3 und die Umdrehungswelle 2a verteilt, und anschließend die durch den Generator 3 erzeugte elektrische Leistung an die Batterie 6 und den elektrisch angetriebenen Motor 2 durch Steuern des Generators 3 und des Inverters 5 verteilt.
In diesem Fall wird die Umdrehungswelle 2a des elektrisch angetriebenen Motors 2 durch eine Antriebskraft umdreht, welche durch Addieren der Antriebskraft, welche durch den Leistungsverteilungsmechanismus 4 verteilt wird, und der Antriebskraft des elektrisch angetriebenen Motors 2 erhalten wird, und somit folgt daraus, dass das Fahrzeug zu einem Teil von der von der Brennkraftmaschine 1 ausgegebenen Antriebskraft und zu einem Teil von der elektrischen Energie fährt, welche durch den Rest der obigen Maschinenantriebskraft erzeugt wird.
Danach, wenn das Ausgangssignal des SOC-Messers 16 einen vorbestimmten Ladepegel erreicht, steuert die H-ECU 24 die E-ECU 23 um die Brennkraftmaschine 1 anzuhalten und steuert ebenfalls den Inverter um den elektrisch angetriebenen Motor 2 mit der elektrischen Leistung der Batterie 6 anzutreiben.
Als nächstes, wenn das Fahrzeug in der Regel in einem Fahrzustand ist, ermöglicht es die H-ECU 24, dass das Fahrzeug nur durch die Antriebskraft (inklusive der Antriebskraft, welche durch den Leistungsverteilungsmechanismus 4 an die Umdrehungswelle 2a verteilt wird, und der elektrischen Energie, welche durch die Antriebskraft erzeugt wird, welche durch den Leistungsverteilungsmechanismus 4 an den Generator 3 verteilt wird) der Brennkraftmaschine 1 bewegt wird, ohne die elektrische Energie der Batterie 6 zu verwenden.
In diesem Fall berechnet die H-ECU 24 eine durch einen Fahrer angeforderte Antriebskraft (welche hier im folgenden als eine Anforderungsantriebskraft bezeichnet wird), und zwar auf Basis der Beschleunigerapertur. Dann überträgt die H-ECU 24 die berechnete Anforderungsantriebskraft an die E-ECU 23. Die von der H-ECU 24 an die E-ECU 23 übertragene Anforderungsantriebskraft wird als ein Wert bestimmt, wobei die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine 1 und die Anzahl an Maschinenumdrehungen als Parameter dienen. Die H-ECU 24 hat eine Abbildung, welche eine Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge, der Anzahl an Maschinenumdrehungen und der Antriebskraft der Brennkraftmaschine zeigt, spezifiziert dann anhand dieser Abbildung die Ansaugluftmenge und die Anzahl an Maschinenumdrehungen, welche einer gewünschten Antriebskraft der Brennkraftmaschine entsprechen, und überträgt dann die somit spezifizierte Ansaugluftmenge und Anzahl an Maschinenumdrehungen als eine Anforderungsantriebskraft an die E-ECU 23.
Zu diesem Zeitpunkt steuert die E-ECU 23 das Stellglied 19 und die Zündkerze 25 oder das Treibstoffeinspritzventil 26 gemäß der Ansaugluftmenge und der Anzahl an Maschinenumdrehungen, welche durch die H-ECU 24 bestimmt sind, wodurch eine tatsächliche Antriebskraft der Brennkraftmaschine mit der Anforderungsantriebskraft in Übereinstimmung gebracht wird.
Wenn ferner die Beschleunigerapertur abrupt zunimmt, wie in dem Fall der Beschleunigung des Fahrzeugs, berechnet die H-ECU 24 die Anforderungsantriebskraft von der Beschleunigerapertur, und berechnet ebenfalls eine Gesamtantriebskraft, welche durch den gesamten Hybridmechanismus erzeugt werden kann, und zwar anhand des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1, der Anzahl an Umdrehungen des elektrisch betriebenen Motors 2 und der Höhe der gespeicherten Elektrizität (der Ausgabesignalwert des SOC-Messers 16) der Batterie 6.
Darauffolgend vergleicht die H-ECU 24 die Anforderungsantriebskraft mit der Gesamtantriebskraft, und wenn die Anforderungsantriebskraft gleich oder kleiner als die Gesamtantriebskraft ist, berechnet sie eine Höhe der elektrischen Leistung, welche von der Batterie 6 an den elektrisch angetriebenen Motor 2 angelegt werden sollte. Dann steuert die H-ECU 24 den Inverter 5 um die berechnete elektrische Größe von der Batterie 6 an den elektrisch angetriebenen Motor 2 anzulegen. In diesem Fall folgt daraus, dass das Fahrzeug durch eine Antriebskraft fährt, welche durch Addieren einer Antriebskraft, welche durch den elektrisch angetriebenen Motor 2 ausgegeben wird, welcher durch die elektrische Leistung der Batterie 6 angetrieben wird (welche im folgenden als Batterieantriebskraft bezeichnet wird) mit der Antriebskraft der Brennkraftmaschine erhalten wird.
Ferner steuert die H-ECU 24, wenn die Anforderungsantriebskraft höher als die Gesamtantriebskraft ist, die E-ECU 23 um die Antriebskraft der Brennkraftmaschine zu erhöhen, und steuert ebenfalls den Inverter 5 um an den elektrisch angetriebenen Motor 2 die maximale elektrische Leistung anzulegen, welche von der Batterie 6 ausgegeben werden kann.
Es ist zu bemerken, dass die E-ECU 23 beim Starten der Brennkraftmaschine 1 in Ansprechen auf eine von der H-ECU 24 gegebene Anforderung, die Ausgabesignalwerte des Wassertemperatursensors 18 und des Katalysatortemperatursensors 15 eingibt. Dann, wenn der Ausgabesignalwert des Wassertemperatursensors 18 kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist, oder wenn der Ausgabesignalwert des Katalysatortemperatursensors 15 kleiner als eine Aktivierungstemperatur ist, überträgt die E-ECU 23 eine Aufwärmbetriebsanforderung an die H-ECU 24, um die Brennkraftmaschine 1 aufzuwärmen oder den Abgasreinigungskatalysator 14 zu aktivieren.
Die H-ECU 24 berechnet nach Empfang der Aufwärmbetriebsanforderung von der E-ECU 23 eine Antriebskraft der Brennkraftmaschine beim Durchführen des Aufwärmbetriebes, als dass sie auch eine Anforderungsantriebskraft von der Beschleunigerapertur berechnet. Dann berechnet die H-ECU 24 eine Batterieantriebskraft von der Aufladegröße (Ausgangssignal des SOC-Messers 16) der Batterie 6 und beurteilt, ob eine Aufwärmbetriebsbedingung festgestellt wird oder nicht.
Die oben beschriebene Aufwärmbetriebsbedingung ist beispielsweise eine Bedingung (1), dass die Antriebskraft der Brennkraftmaschine die Anforderungsantriebskraft umfassen kann, und die Batterie 6 durch die durch eine extra Antriebskraft der Brennkraftmaschine erzeugte elektrische Leistung aufgeladen werden kann, oder eine Bedingung (2), dass die Antriebskraft der Brennkraftmaschine einzig nicht in der Lage ist, die Anforderungsantriebskraft zu abzudecken, jedoch die Antriebskraft, welche durch Addieren der Antriebskraft der Brennkraftmaschine zu der Batterieantriebskraft erhalten wird, die Anforderungsantriebskraft abdecken kann.
Die H-ECU 24 überträgt, wenn beurteilt wird, dass die Bedingung (1) oder (2) festgestellt ist, an die E-ECU 23 ein Signal, welches eine Erlaubnis des Aufwärmbetriebes anzeigt (welches ein Aufwärmbetriebserlaubnissignal genannt wird). Das Aufwärmbetriebserlaubnissignal enthält ein Signal zum Bezeichnen einer Brennkraftmaschinenantriebskraft Pe beim Aufwärmbetrieb.
Andererseits kann unter der oben angegebenen Bedingung (1) die Brennkraftmaschinenantriebskraft die Anforderungsantriebskraft abdecken. Wenn bestimmt wird, dass die Batterie 6 nicht durch die durch die extra Antriebskraft der Brennkraftmaschine erzeugte elektrische Leistung aufgeladen werden kann, überträgt hingegen die H-ECU 24 an die E-ECU 23 ein Rufwärmbetriebsunterdrückungssignal und eine Anforderung zum Stoppen der Brennkraftmaschine 1.
Ferner überträgt die H-ECU 24, wenn beurteilt wird, dass die Bedingung (2) nicht festgestellt ist, an die E-ECU 23 ein Signal, welches die Unterdrückung des Aufwärmbetriebes anzeigt (welches ein Aufwärmbetriebsunterdrückungssignal genannt wird) und ein Signal, welches eine Anforderung zum Erhöhen der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft anzeigt (welches ein Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal genannt wird). Das Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal enthält ein Signal zum Bezeichnen der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe, nachdem sie erhöht wurde.
Als nächstes führt die E-ECU 23 nach Empfang des Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal von der H-ECU 24 die Aufwärmbetriebssteuerung aus, um die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe, welche in dem Aufwärmzulassungssignal enthalten ist, mit der tatsächlichen Brennkraftmaschinen-Antriebskraft übereinstimmen zu lassen.
Ein Verfahren zum Verzögern eines Zündzeitpunktes jedes Zylinders kann mittels der Aufwärmbetriebssteuerung ausgeführt werden. Gemäß dieses Verzögerungsverfahrens wird eine Verbrennungsgeschwindigkeit einer Luft-Treibstoffmischung in jedem Zylinder verzögert, und eine Temperatur der verbrannten Luft-Treibstoffmischung wird beim Öffnen des Abgasventils höher als normal. Daher nimmt eine Abgastemperatur zu, und es ist daher möglich, den Abgasreinigungskatalysator 14 bei einer früheren Stufe zu aktivieren.
Hierbei ist es in dem Fall der Implementierung der Zündverzögerungssteuerung wünschenswert, dass die Zündzeitpunkte der jeweiligen Zylinder stufenförmig bei einer vorbestimmten Umschaltgeschwindigkeit verzögert werden, und abrupte Schwankungen der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft unterdrückt werden.
In diesem Fall ist es eine Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, dass die H-ECU 24 stufenförmig einen Wert der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe, welcher in dem Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal enthalten ist, ändert, um die Schwankungen der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft aufgrund des Umschaltens des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 zu unterdrücken, während die E-ECU 23 stufenförmig eine Verzögerungslänge des Zündzeitpunktes entsprechend einer Änderung in der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe erhöht.
Bei dieser Gelegenheit bestimmt die H-ECU 24 die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe gemäß der folgenden Formel (1): Pe = {A * (Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pea) + (100 – A) * (vorliegende Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Peb)}/100 ...(1)wobei A der Koeffizient ist. Die H-ECU 24 ändert stufenförmig die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe von Peb zu Pea durch schrittweises Erhöhen des Koeffizienten A von 0 auf bis zu 100.
Andererseits lässt die E-ECU 23 beim Empfangen des Aufwärmbetriebs-Unterdrückungssignals und der Anforderung der Brennkraftmaschinen-Antriebskrafterhöhung von der H-ECU 24 den Zündzeitpunkt jedes Zylinders voreilen, um die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft zu erhöhen. In diesem Fall ist es ebenfalls wünschenswert, dass die E-ECU 23 die abrupten Schwankungen der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft durch stufenförmiges Voreilen des Zündzeitpunktes jedes Zylinders bei einer vorbestimmten Umschaltgeschwindigkeit unterdrücken sollte.
Dann ist es eine Vorrichtung, dass die H-ECU 24 stufenförmig den Wert der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe, welcher in dem Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal enthalten ist, ändert, um die Schwankungen der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft zu unterdrücken, während die E-ECU 23 stufenförmig eine Voreilungslänge des Zündzeitpunktes entsprechend der Änderung in der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe erhöht.
Bei diesem Anlass bestimmt die H-ECU 24 die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe gemäß der folgenden Formel (2): Pe = {B * (Aufwärmbetriebszeit der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pea) + (100 – B) (Antriebskrafterhöhungszeit der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pec)}/100 ...(2)wobei B der Koeffizient ist. Die H-ECU 24 ändert stufenförmig die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe von Pea auf Pec durch schrittweises Verringern des Koeffizienten B von 100 herunter auf 0.
Ferner beendet die E-ECU 23 die Zündung der Zündkerze 25, als dass sie auch die Treibstoffeinspritzung von dem Treibstoffeinspritzventil stoppt, wenn sie das Aufwärmbetrieb-Unterdrückungssignal und die Anforderung zum Stoppen der Brennkraftmaschine 1 von der H-ECU 24 empfängt, wodurch der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt wird.
Wie oben diskutiert, verwirklichen die E-ECU 23 und die H-ECU 24 eine Aufwärmbetriebs-Steuereinheit und eine Betriebszustand-Umschalteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Betrieb und die Wirkung dieser Ausführungsform werden hiernach erläutert.
Die E-ECU 23 führt eine Aufwärmbetriebs-Steuerroutine wie in 2 gezeigt bei einem Intervall von einer vorbestimmten Zeit aus.
Bei der Aufwärmbetriebs-Steuerroutine nimmt zu Beginn die E-ECU 23 in S201 Ausgangssignale des Katalysatortemperatursensors 15 und des Wassertemperatursensors 17 ein.
Darauffolgend beurteilt die E-ECU 23 in S202 ob der Ausgabesignalwert des Wassertemperatursensors 17 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Die E-ECU 23 eilt auf S203 vor, wenn beurteilt wird, dass der Ausgabesignalwert des Wassertemperatursensors 17 über dem vorbestimmten Wert ist, und beurteilt, ob der Ausgabesignalwert des Katalysatortemperatursensors 15 kleiner als eine Aktivierungstemperatur ist oder nicht.
In S203 folgert die E-ECU 23, wenn beurteilt wird, dass der Ausgabesignalwert des Katalysatortemperatursensors 15 oberhalb der Aktivierungstemperatur ist, dass die Aufwärmverarbeitung der Brennkraftmaschine 1 beendet wurde, und dass der Abgasreinigungskatalysator 14 bereits aktiviert wurde, und beendet eine Ausführung dieser Routine.
Hingegen eilt die E-ECU 23 andererseits, wenn in S202 beurteilt wird, dass der Ausgabesignalwert des Wassertemperatursensors 17 kleiner als der vorbestimmte Wert ist oder wenn in S203 beurteilt wird, dass der Ausgabesignalwert des Katalysatortemperatursensors 15 kleiner als die Aktivierungstemperatur ist, auf S204 vor, und beurteilt ob die Aufwärmbetriebssteuerung bereits im Gange war oder nicht.
Die E-ECU 23 beendet die vorliegende Routine, wenn in S204 beurteilt wird, dass die Aufwärmbetriebssteuerung bereits im Gange war. Die E-ECU 23 eilt auf S205 fort und überträgt ein Aufwärmbetriebs-Anforderungssignal an die H-ECU 24, wenn beurteilt wird, dass die Aufwärmbetriebssteuerung noch nicht im Gange ist.
Dann eilt die E-ECU 23 nach Empfang eines Ansprechsignals auf das Aufwärmbetriebs-Anforderungssignal von der H-ECU 24 auf S206 fort, und beurteilt ob das Ansprechsignal als ein Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal bestimmt ist oder nicht.
Die E-ECU 23 eilt auf S207 fort, wenn in S206 beurteilt wird, dass das Ansprechsignal das Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal ist, und führt eine Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung gemäß der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe aus, welche in dem Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal enthalten ist.
Andererseits eilt hingegen die E-ECU 23 auf S208 fort, wenn in S206 beurteilt wird, dass das Ansprechsignal ein Signal ist (ein Brennkraftmaschinen-Stoppsignal oder ein Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal), welches sich von dem Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal unterscheidet, und steuert den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 gemäß dem Ansprechsignal. Bei diesem Anlass führt die E-ECU 23, wenn das Ansprechsignal das Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal ist, die Zündzeitpunkt-Voreilungssteuerung gemäß der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe aus, welche in dem Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal enthalten ist.
Als nächstes führt die H-ECU 24 beim Steuern der Brennkraftmaschine 1 eine wie in 3 gezeigte Maschinensteuerungsroutine aus. Diese Maschinensteuerungsroutine wird wiederholt bei einem Intervall einer vorbestimmten Zeit ausgeführt, und wird ebenfalls beim Empfangen des Aufwärmbetriebs-Anforderungssignals von der E-ECU 23 ausgeführt.
Bei der Maschinensteuerungsroutine beurteilt zunächst die H-ECU 24 in S301 ob eine Aufwärmbetriebsbedingung festgestellt ist oder nicht, d.h. ob eine Bedingung (1), dass die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft die Anforderungsantriebskraft abdecken kann und die Batterie 6 durch die elektrische Leistung aufgeladen werden kann, welche durch die extra Brennkraftmaschinen-Antriebskraft erzeugt wird, oder eine Bedingung (2), dass die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft nicht alleine die Anforderungsantriebskraft abdecken kann, jedoch die Antriebskraft, welche durch Addieren der Brennkraftmaschinen-Antriebskraft zur Batterieantriebskraft erhalten wird, die Anforderungsantriebskraft abdecken kann, festgestellt ist oder nicht.
Die H-ECU 24 eilt auf S304 vor, wenn in S301 beurteilt wird, dass die Aufwärmbetriebsbedingung bestimmt ist, wobei die H-ECU 24 die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe gemäß der Formel (1) berechnet und das Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal, welches die berechnete Antriebskraft Pe enthält, an die E-ECU 23 überträgt.
Im Gegensatz dazu eilt die H-ECU 24 auf S302 vor, wenn in S301 beurteilt wird, dass die Aufwärmbetriebsbedingung nicht festgestellt ist, und beurteilt, ob die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe durch Kompensieren der Anzahl an Maschinenumdrehungen oder der Ansaugluftmenge erlangt werden kann oder nicht.
Die H-ECU 24 bewegt sich auf S303 fort, wenn in S302 beurteilt wird, dass die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe durch Kompensieren der Anzahl an Maschinenumdrehungen oder der Ansaugluftmenge erlangt werden kann, und überträgt an die E-ECU 23 ein Anforderungssignal zum Kompensieren der Anzahl an Maschinenumdrehungen oder der Ansaugluftmenge.
Darauffolgend eilt die H-ECU 24 auf S304 vor und überträgt das Aufwärmbetriebs-Zulassungssignal an die E-ECU 23.
Ferner eilt die H-ECU 24 auf S305 vor, wenn in S302 beurteilt wird, dass die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft Pe nicht durch Kompensieren der Anzahl an Maschinenumdrehungen oder der Ansaugluftmenge erlangt werden kann, und überträgt an die E-ECU 23 das Maschinenstopp-Anforderungssignal oder das Antriebskrafterhöhungs-Anforderungssignal, zusammen mit dem Aufwärmbetriebs-Unterdrückungssignal.
Gemäß der oben diskutierten Ausführungsform wird, wenn eine hohe Antriebskraft, wie sie für die Beschleunigung benötigt wird, sogar während der Aufwärmsteuerung der Brennkraftmaschine 1 in einem Hybridfahrzeug angefordert wird, die Brennkraftmaschine 1 vom Aufwärmbetriebszustand zu einem Hochleistungsbetriebszustand umgeschaltet, und daher gewinnt das Hybridfahrzeug schnell eine erhöhte Antriebskraft zum Fahren, und fährt daher mit einer schnellen Beschleunigung, wodurch die Fahreigenschaft dessen verbessert werden.
Dann, wenn die Brennkraftmaschine 1 vom Aufwärmbetriebszustand zum Hochleistungsbetriebszustand umgeschaltet wird, nimmt eine exotherme Menge der Brennkraftmaschine 1 zu, und eine Temperatur des aus der Brennkraftmaschine 1 ausgegebenen Abgases steigt an. Somit ist es möglich, die Aufwärmverarbeitung der Brennkraftmaschine 1 und die Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators 14 an einer frühen Stufe zu vollenden.
Darüber hinaus wird die Brennkraftmaschine in Ansprechen auf eine Anforderung des Fahrers zum Hochleistungsbetriebszustand umgeschaltet, sogar während des Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine, und somit gibt es keine Notwendigkeit, die Brennkraftmaschinen-Antriebskraft während des Aufwärmbetriebes in Betracht zu ziehen. Dann ist es möglich, einen positiveren Aufwärmbetrieb durchzuführen (beispielsweise durch Erhöhen der Verzögerungslänge), und die frühe Aufwärmung der Brennkraftmaschine 1 und die frühe Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators 14 kann verwirklicht werden.
Daher kann gemäß dieser Ausführungsform der Abgasreinigungskatalysator bei der frühen Stufe aktiviert werden, als dass auch die Brennkraftmaschine 1 bei der frühen Stufe aufgewärmt werden kann, ohne jegliche Verschlechterung des Fahrverhaltens des Hybridfahrzeuges.
Es ist zu bemerken, dass das Verfahren zum Verzögern des Zündzeitpunktes als das Verfahren zum Beschleunigen des Aufwärmens des Abgasreinigungskatalysators 14 in dieser Ausführungsform ausgeführt wurde, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Beispielsweise kann die Treibstoffeinspritzmenge so gesteuert werden, dass ein Luft-/Treibstoffverhältnis bei dem Ereignis eines Hineinfließens in den Abgasreinigungskatalysator 14 ein theoretisches Luft-/Treibstoffverhältnis wird, ein Luft-/Treibstoffverhältnis der in mindestens einem Teil der Zylinder verbrannten Luft-/Treibstoffmischung eine Atmosphäre mit überschüssigem Treibstoff (fette Atmosphäre) wird, um das Abgas zu erzeugen, welches eine große Menge an unverbrannten HC und unverbrannten CO und O₂ enthält, und ein Luft-/Treibstoffverhältnis der Luft-Treibstoffmischung, welche in einigen anderen Zylindern verbrennt, eine Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff (magere Atmosphäre) wird.
In diesem Fall enthält das Abgas, welches in den Abgasreinigungskatalysator 14 fließt, eine hohe Menge an unverbranntem HC und unverbranntem CO und O₂, und somit gibt es eine aktivierte Reaktion von HC und CO auf Nox und eine Reaktion von unverbranntem HC und unverbranntem CO auf O₂ in dem Abgasreinigungskatalysator 14, und eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Abgasreinigungskatalysators 14 wird durch die Reaktionswärme davon erhöht.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren werden das Verbrennen der Luft-/Treibstoffmischung in der fetten Atmosphäre und das Verbrennen der Luft-/Treibstoffmischung in der mageren Atmosphäre wiederholt, so dass eine Drehmomentschwankung der Brennkraftmaschine 1 auftritt. In dem Fall des Hybridmechanismus wird jedoch die Batterie 6 als eine Antriebsquelle zum Fahren für die Dauer der Durchführung der Aufwärmbetriebssteuerung der Brennkraftmaschine 1 verwendet. Daher tritt es niemals auf, dass sich die Fahreigenschaft aufgrund der Drehmomentschwankung der Brennkraftmaschine 1 verschlechtert. Daher kann, verglichen mit dem Fahrzeug, bei welchem seine Brennkraftmaschine nur als die Antriebsquelle zum Fahren dient, eine positivere Aufwärmbetriebssteuerung durchgeführt werden. Wenn beispielsweise das Aufwärmen basierend auf dem obigen Verfahren beschleunigt wird, wird eine sog. Treibstoffabschneidung durchgeführt, bei welcher die Treibstoffeinspritzung nicht in dem Zylinder bewirkt wird, in welchem die Luft-Treibstoffmischung in der Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff erzeugt wird. Somit kann der Aufwärmbetrieb positiv beschleunigt werden und eine verbrannte Treibstoffmenge reduziert werden.
Ferner liegt ein weiteres Verfahren zum Beschleunigen des Aufwärmens des Abgasreinigungskatalysators 14 darin, dass die Treibstoffeinspritzmenge so gesteuert werden kann, dass das Luft-/Treibstoffverhältnis bei dem Anlass des Hineinfließens in den Abgasreinigungskatalysator 14 das theoretische Luft-/Treibstoffverhältnis wird, das Luft-/Treibstoffverhältnis der Luft-Treibstoffmischung, welche in mindestens einem Teil der Zylinder verbrennt, eine Atmosphäre mit überschüssigem Treibstoff wird (fette Atmosphäre), um das Abgas zu erzeugen, welches eine große Menge an unverbranntem HC und unverbranntem CO und O₂ enthält, und Sekundärluft in dem Abgas gemischt wird, welches stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators 14 vorliegt.
In diesem Fall enthält das Abgas, welches in den Abgasreinigungskatalysator 14 fließt, eine hohe Menge an unverbranntem HC und unverbranntem CO und O₂, und somit gibt es eine aktivierte Reaktion von HC und CO auf Nox und eine Reaktion von unverbranntem HC und unverbranntem CO auf O₂ in dem Abgasreinigungskatalysator 14, und die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit des Abgasreinigungskatalysators 14 wird durch die Reaktionswärme davon erhöht.
Darüber hinaus besteht ein noch weiteres Verfahren zum Aktivieren des Abgasreinigungskatalysators 14 bei der frühen Stufe darin, dass die Brennkraftmaschine 1 einen variablen Ventilzeitpunktmechanismus zum Ändern eines Zeitpunktes zum Öffnen und Schließen eines Abgasventils enthält, und der variable Ventilzeitpunktmechanismus so gesteuert werden kann, dass ein Abgasventilöffnungszeitpunkt eine vorbestimmte Zeit vorgeeilt wird, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 14 niedriger als die Aktivierungstemperatur ist.
In diesem Fall folgt daraus, dass das Abgasventil unmittelbar nach Verbrennen der Treibstoff-Luftmischung in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 geöffnet wird und somit die Temperatur des von jedem Zylinder entladenen Abgases ansteigt, mit dem Ergebnis, dass ein Hochtemperaturabgas zu dem Abgasreinigungskatalysator 14 fließt. Daraus folgend empfängt der Abgasreinigungskatalysator 14 eine große Wärmemenge von dem Abgas und erreicht die Aktivierungstemperatur früher.
Ein weiteres Verfahren zum Aktivieren des Abgasreinigungskatalysators 14 kann eine Kombination der oben erläuterten Verfahren sein. Beispielsweise wird bei der Anfangsstufe der Aufwärmverarbeitung die Temperatur des in den Abgasreinigungskatalysator 14 fließenden Abgases durch Ausführen der Verarbeitung des Verzögerns des Zündzeitpunktes und der Verarbeitung des Voreilens des Abgasventilöffnungszeitpunktes erhöht, und nachdem eine vorbestimmte Zeit seit dem Starten der Ausführung der Aufwärmverarbeitung verstrichen ist, kann zusätzlich zu den oben beschriebenen Verarbeitungen die Treibstoffeinspritzmenge (und die Sekundärluftmenge) gesteuert werden, um das Abgas zu erzeugen, welches die hohe Menge an unverbranntem HC, unverbranntem CO und O₂ enthält.
Wenn nämlich der gesamte Abgasreinigungskatalysator 14 in einem nicht aktivierten Zustand ist, wird die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 14 durch Ansteigen der Temperatur des in den Abgasreinigungskatalysator 14 fließenden Abgases erhöht, wodurch ein Teil des Abgasreinigungskatalysators 14 aktiviert wird. Danach kann der Abgasreinigungskatalysator 14 in Kombination des Ansteigens der Abgastemperatur mit der Aktivierung der Reaktion in dem Abgasreinigungskatalysator 14 früher aktiviert werden.
Bei diesem Anlass kann die oben erläuterte vorbestimmte Zeit einen zuvor fest eingestellten Wert oder einen variablen Wert einnehmen, welcher gemäß einer Katalysatortemperatur bestimmt wird, wenn die Katalysatoraufwärmverarbeitung begonnen wird. Darüber hinaus kann eine integrierte Ansaugluftmenge vom Startzeitpunkt der Katalysatoraufwärmverarbeitung ebenfalls stellvertretend für die oben beschriebene vorbestimmte Zeit verwendet werden.

Claims

Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem eines Hybridfahrzeuges mit: einer Brennkraftmaschine (1); einem Elektromotor (2); und einem Aufwärmbetrieb-Steuermittel (23, 24) zum Erstellen einer Antriebskraft des Elektromotors als eine Hauptantriebsquelle zum Fahren unter einer vorbestimmten Bedingung, und zum Steuern eines Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine, wobei das Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem gekennzeichnet ist durch: ein Betriebszustand-Umschaltmittel (23, 24) zum Umschalten, wenn eine Antriebskraft angefordert wird, welche höher als eine Antriebskraft ist, welche durch den Elektromotor und durch die Brennkraftmaschine ausgegeben werden kann, solange die Brennkraftmaschine für den Aufwärmbetrieb durch das Aufwärmbetrieb-Steuermittel gesteuert wird, der Brennkraftmaschine vom gesteuerten Aufwärmbetriebszustand zu einem Hochleistungsbetriebszustand, welcher den normalen Betriebszustand darstellt, um die erforderliche höhere Antriebskraft bereitzustellen.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Antriebskraftausgabe von der Brennkraftmaschine (1) als eine Antriebsquelle zum Fahren des Fahrzeuges oder als eine Antriebsquelle zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet wird, die durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine (1) erzeugte elektrische Energie einem Elektromotor (2) oder einem Mittel zum Speichern elektrischer Energie (6) zugeführt wird, um den Elektromotor (2) mit der elektrischen Energie zu versorgen, und das Hybridfahrzeug durch die Antriebskraftausgabe der Brennkraftmaschine (1) und/oder des Elektromotors (2) fährt, und durch seine Hauptantriebsquelle fährt, welche die Antriebskraft vom Elektromotor ist, welcher durch die elektrische Energie des Mittels zum Speichern elektrischer Energie angetrieben wird, solange es einen Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine unter einer vorbestimmten Bedingung steuert, und das Betriebszustand-Umschaltmittel (23, 24) ferner zum Umschalten der Brennkraftmaschine (1) vom Aufwärmbetriebszustand zum Hochleistungsbetriebszustand bereitgestellt ist, wenn eine Antriebskraft angefordert wird, welche höher als eine Antriebskraft ist, welche durch das Mittel zum Speichern elektrischer Energie (6) und die Brennkraftmaschine (1), welche in einem Aufwärmbetrieb ist, ausgegeben werden kann.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem nach Anspruch 1, ferner enthaltend: ein durch die Brennkraftmaschine (1) angetriebenes Mittel zum Erzeugen elektrischer Energie (3), ein Mittel zum Speichern elektrischer Energie (6) zum Speichern der durch das Mittel zum Erzeugen elektrischer Energie (3) erzeugten elektrischen Energie, und ein Leistungsverteilungsmittel (4) zum Verteilen der von der Brennkraftmaschine (1) ausgegebenen Antriebskraft an das Mittel zum Erzeugen elektrischer Energie (3) und an Räder (10, 11), und wobei das Betriebszustand-Umschaltmittel (23, 24) zum Umschalten der Brennkraftmaschine (1) von einem Aufwärmbetriebszustand zu einem Hochleistungsbetriebszustand bereitgestellt ist, und zwar wenn eine Antriebskraft angefordert wird, welche höher ist als eine Antriebskraft, welche durch das Mittel zum Speichern elektrischer Energie (6) und durch die Brennkraftmaschine (1), welche in einem Aufwärmbetrieb ist, ausgegeben werden kann.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Aufwärmbetriebssteuerung einen Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine (1) verzögert.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Brennkraftmaschine (1) einen variablen Ventilzeitpunktmechanismus zum Ändern eines Zeitpunktes zum Öffnen und Schließen mindestens eines Abgasventils enthält, und die Aufwärmbetriebssteuerung einen Zeitpunkt zum Öffnen des Abgasventils voreilt.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystems eines Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Aufwärmbetriebssteuerung eine Treibstoffeinspritzmenge derart steuert, so dass ein Luft-/Treibstoffverhältnis einer Treibstoff-/Luftmischung, welche zumindest in einem Teil von Zylindern der Brennkraftmaschine (1) verbrennt, eine Atmosphäre mit überschüssigem Treibstoff wird, und dass ein Luft-/Treibstoffverhältnis der Treibstoff-/Luftmischung, welche in einigen anderen Zylindern verbrennt, eine Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff wird.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystems eines Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Betriebszustand-Umschaltmittel (23, 24) einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) stufenförmig umschaltet.
Brennkraftmaschinen-Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Betriebszustand-Umschaltmittel (23, 24) den Betriebszustand bei einer vorbestimmten Umschaltgeschwindigkeit stufenförmig umschaltet.