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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zum Starten eines Motors,
der in einem Fahrzeug eingebaut ist, und insbesondere ein Steuerungssytem,
das eine Mehrzahl von Startsysteme umfasst.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
Motor wie etwa ein Ottomotor ist so aufgebaut, dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch
einen Ansaughub und einen Kompressionshub durchläuft, bevor es entzündet wird,
um eine explosive Verbrennung zu erzeugen, und der dadurch erzeugte
Druck bewegt den Kolben, um Energie zu erzeugen, und die Energie
wird auf eine Kurbelwelle übertragen. Das
Steuerungssystem für
den Motor umfasst ein Startsystem zur Drehung der Kurbelwelle mit
einer Drehzahl, die gleich hoch wie oder höher als eine vorbestimmte Drehzahl
ist, wenn der Motor gestartet wird.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 9-117012 offenbart ein Fahrzeug, das mit
einem solchen Startsystem ausgestattet ist. Das Fahrzeug umfasst
einen Elektromotor, einen (Verbrennungs-) Motor und einen Generator,
die als Energiequellen zum Antreiben des Fahrzeugs dienen, und der
Generator ist mit dem Motor verbunden. Der Generator wird als Elektromotor
betrieben, um den Motor von einem gestoppten Zustand auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl
hochzudrehen. Wenn die Motordrehzahl die Leerlaufdrehzahl erreicht,
wird dem Motor der Kraftstoff zugeführt, der dann entzündet wird. Danach
wird der Generator nicht mehr als Elektromotor betrieben.
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Zusätzlich zu
der oben genannten Veröffentlichung
ist ferner ein Startsteuerungssystem eines Fahrzeugs vorgeschlagen
worden, das mit einem Elektromotor zum Antrieb von Zusatz- bzw.
Hilfseinrichtungen eines Fahrzeugs und einem Startermotor, der ausschließlich für den Start
des Motors vorgesehen ist, ausgestattet ist, wobei wenigstens entweder der
Elektromotor oder der Startermotor zum Starten des Motors verwendet
werden kann.
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Da
jedoch ein einziger Generator verwendet wird, um als Elektromotor
zum Starten des Motors zu dienen, ist die Startbarkeit des Motors
aufgrund der Nichtübereinstimmung
der Drehzahl oder des Drehmoments des Elektromotors mit dem Zustand
des Fahrzeugs nachteilig beeinflusst. Ferner, da ein einziger Generator
verwendet wird, um als Elektromotor zu dienen, ist die Startbarkeit
des Motors nachteilig beeinflusst, wenn der Ladezustand der Batterie
zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie nicht
ausreichend ist, um den Motor zu starten. Darüber hinaus werden üblicherweise
ein Paar bestehend aus einem großen und einem kleinen Stirnrad
als Mittel zur Leistungsübertragung
zwischen dem Startermotor und dem Motor verwendet. Demzufolge besteht
die Möglichkeit,
dass beim Start des Motors in Abhängigkeit von den Spezifikationen
des Stirnradeingriffs und der Auswahl des Motorstartmodus Geräusche erzeugt
werden.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist angesichts der oben genannten Umstände gemacht worden, und es
ist folglich ein Ziel der Erfindung, ein Startsteuerungssystem bereitzustellen,
das in der Lage ist, die Motorstartbarkeit in Übereinstimmung mit dem Zustand
eines Fahrzeugs zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung
ist das Steuerungssystem zum Starten des Motors, das eine Mehrzahl von
Startsystemen umfasst, die in der Lage sind, den Motor zu starten,
auch in der Lage, eine Funktionseinrichtung, die nicht der Motor
ist, anzutreiben, wobei eines oder mehrere der Startsysteme verwendet
werden. Ferner bestimmt die Steuerungseinheit des Steuerungssystems
zum Starten des Motors einen Antriebszustand der Funktionseinrichtung
und wählt
den Modus zum Starten des Motors durch die Mehrzahl der Startsysteme
auf der Grundlage des vorbestimmten Antriebszustandes aus. Der Antriebszustand
der Funktionseinrichtung kann zum Beispiel die Drehzahl der Funktionseinrichtung
sein.
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Gemäß der Erfindung
wird der Antriebszustand der Funktionseinrichtung bestimmt, und
der Modus zum Starten des Motors durch die Mehrzahl von Startsystemen
wird auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses ausgewählt. Zum
Beispiel wird der Modus zum Starten des Motors so ausgewählt, dass
eine zum Starten des Motors geeignete Drehzahl gewonnen werden kann.
Das heißt,
wenn die Funktionseinrichtung von einem der Startsysteme oder von
einer Mehrzahl der Startsysteme angetrieben wird und wenn die Drehzahl
des Startsystems vergleichsweise hoch ist, kann der Motor von einem Startsystem
gedreht werden, das eine Funktionseinrichtung antreibt, nachdem
der Motor durch ein Startsystem, das keine Funktionseinrichtung
antreibt, angedreht worden ist. Dies ermöglicht es, die Drehzahl des
Motors allmählich
zu erhöhen,
wodurch die Startbarkeit des Motors verbessert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde,
deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
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1 ein
Flussdiagramm, das ein Beispiel der Steuerung gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 ein
Blockdiagramm, das eine Struktur eines Hybridfahrzeugs veranschaulicht,
auf das die Erfindung angewendet wird;
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3 ein
Ausführungsdiagramm,
das die Antriebsschaltung der in 2 gezeigten
Mehrzahl von Startsystemen zeigt;
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4 ein
Blockdiagramm, das die Steuerungsschaltung des in 2 gezeigten
Fahrzeugs zeigt;
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5 ein
Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Motorstartmodus zeigt, der
in einem in 12 gezeigten Steuerungsbeispiel
implementiert ist;
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6 ein
Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel des in einem in 12 gezeigten
Steuerungsbeispiels implementierten Motorstartmodus zeigt;
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7 ein
Blockdiagramm, das den Aufbau weiterer Komponenten des Fahrzeugs
zeigt, auf die die Erfindung angewendet wird;
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8 ein
Prinzipschaltbild, das den Aufbau eines Antriebsstrangs des in 7 gezeigten
Fahrzeugs darstellt;
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9 ein
Schaubild, das einen Steuerungsmodus einer Reibschlusseinrichtung
eines in 7 gezeigten Automatikgetriebes
darstellt;
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10 ein
Blockdiagramm, das das Startsystem des Motors des in 7 gezeigten
Fahrzeugs zeigt;
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11 ein
beispielhaftes Diagramm, das die Eingangs- und Ausgangssignale einer
elektronischen Steuerungseinheit zeigt, die das in 7 gezeigte
Fahrzeug steuert;
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12 ein
Flussdiagramm, das die in dem in 7 gezeigten
Fahrzeug ausgeführten
Steuerungsinhalte darstellt;
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13 ein
Schaubild, das die Änderung
der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und die Änderung
des Steuerungsmodus des Öko-Betriebssystem
als Funktion der Zeit zeigt, und das Schaubild entspricht dem in 12 gezeigten
Steuerungsbeispiel;
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14 ein
Schaubild, das die Änderung
des Steuerungsmodus eines Motorgenerators und die Änderung
der Winkelgeschwindigkeit des Motorgenerators gegenüber der
Zeit zeigt, und das Schaubild entspricht dem in 12 gezeigten
dem Steuerungsbeispiel; und
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15 ein
Schaubild, das die Änderungen der
Antriebssignale eines Startermotors und die diesem zugeführte Stromstärke gegenüber der
Zeit zeigt, und das Schaubild entspricht dem in 12 gezeigten
Steuerungsbeispiel.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
ist eine erste Ausführungsform der
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. 2 ist
ein Blockdiagramm, das schematisch einen Aufbau eines Hybridfahrzeugs
darstellt, auf das die Erfindung angewendet wird. Das heißt, das
Fahrzeug umfasst Leistungsquellen unterschiedlicher Art. Ein Verbrennungs motor
wie etwa ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein LPG-Motor, ein Gasturbinenmotor und dergleichen wird
als Motor 1 verwendet, welcher eine erste Leistungsquelle
ist. Der Motor 1 hat einen bekannten Aufbau, mit zum Beispiel
einem Einspritzsystem, einem Einlass- und Auslasssystem, einem Zündsystem
und dergleichen.
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Ein
elektronisches Drosselventil 2 ist in einer (nicht gezeigten)
Ansaug- bzw. Einlassleitung des Motors 1 vorgesehen, wobei
ein Öffnungsgrad
des elektronischen Drosselventils 2 elektrisch gesteuert wird.
Der Motor 1 ist ferner so aufgebaut, dass die durch die
Verbrennung von Kraftstoff erzeugte Wärmeenergie in mechanische Energie
umgewandelt wird, was drei Umdrehungen einer Kurbelwelle entspricht.
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Darüber hinaus
ist der Motor 1 mit einem Schmiersystem 4 ausgestattet.
Das Schmiersystem 4 dient der Kühlung und der Schmierung der
reibenden Abschnitte von Teilen des Motors 1. Motoröl (bzw.
das Schmieröl)
wird durch das Schmiersystem 4 beweglichen Teilen wie etwa
einer Kurbelwelle 3, einem (nicht gezeigten) Kolben und
einer Verbindungsstange zugeführt,
wodurch die beweglichen Teile gekühlt und geschmiert werden.
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Darüber hinaus
umfasst der Motor 1 ein wassergekühltes Kühlsystem 5. Das wassergekühlte Kühlsystem 5 kühlt den
Motor 1. Das wassergekühlte Kühlsystem 5 umfasst
eine (nicht gezeigte) Wasserpumpe, die von der Kurbelwelle 3 angetrieben
wird, einen (nicht gezeigten) Wassermantel, der innerhalb eines
Motorgehäuses
ausgebildet ist, und einen (nicht gezeigten) Kühler, der mit der Wasserpumpe und
dem Wassermantel verbunden ist. Das Kühlwasser, welches von dem Wassermantel
erwärmt
worden ist, wird zur Kühlung
zu dem Kühler
transportiert. Das gekühlte
Wasser wird anschließend
mit Hilfe der Wasserpumpe ins Innere des Motors zurückgeführt.
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3 ist
eine Prinzipzeichnung, die eine Anordnung des Startsystems des Motors 1 zeigt.
Eine Antriebseinheit 6 und ein Motorgenerator 7 sind
in einem Strecke zur Übertragung
von Leistung (oder Drehmoment) angeordnet, die (das) von dem Motor 1 abgegeben
wird. Der Motorgenerator 7 kann zum Beispiel vom Wechselstrom-Synchron-Typ
sein. Der Motorgenerator 7 umfasst einen (nicht gezeigten) Rotor
mit einem (nicht gezeigten) Permanentmagneten und einen (nicht gezeigten)
Stator, der mit einer (nicht gezeigten) Spule umwickelt ist. Wenn
an eine Dreiphasenspule ein Dreiphasenwechselstrom angelegt wird,
wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Durch Steuern des rotierenden
Magnetfeldes entsprechend der Drehposition und der Drehgeschwindigkeit
des Rotors wird dann ein Drehmoment erzeugt. Das durch den Motorgenerator 7 erzeugte Drehmoment
ist im Wesentlichen proportional zur Stromstärke. Die Drehzahl des Motorgenerators 7 wird
durch die Frequenz des Wechselstroms gesteuert.
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Die
Antriebseinheit 6 umfasst eine Verzögerungseinrichtung 8,
die mit dem Motor 1 und dem Motorgenerator 7 verbunden
ist. Die Verzögerungseinrichtung 8 umfasst
ein Hohlrad 9 und ein Sonnenrad 10, die konzentrisch
zueinander angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Planetenrädern 11,
die mit dem Hohlrad 9 und dem Sonnenrad 10 in
Eingriff sind. Die Mehrzahl von Planetenrädern 11 werden von
einem Planetenradträger 12 gehalten.
Eine Drehwelle 13 ist mit dem Träger 12 verbunden.
Ferner ist eine Drehwelle 14 konzentrisch zu der Kurbelwelle 3 des
Motors 1 angeordnet, und die Drehwelle 14 und
die Kurbelwelle 3 werden mittels eines Kupplungsmechanismus 15 gekoppelt
und entkoppelt. Eine Kette 16 zur Übertragung eines Drehmoments zwischen
der Drehwelle 14 und der Drehwelle 13 ist vorgesehen.
Eine Zusatzeinrichtung 18 wie etwa ein Kompressor für eine Klimaanlage
ist über
eine Kette 17 mit der Drehwelle 13 verbunden.
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Der
Motorgenerator 7 umfasst eine Ausgangswelle 20,
und das Sonnenrad 10 ist auf der Ausgangswelle 20 befestigt.
Eine Bremse 22 zur Unterbrechung der Drehung des Hohlrades 9 ist
in einem Gehäuse 21 der
Antriebseinheit 6 vorgesehen. Eine Freilaufkupplung 23 ist
in der Umgebung der Ausgangswelle 20 angeordnet. Ein Innenring
der Freilaufkupplung 23 ist mit der Ausgangswelle 20 gekoppelt,
und ein Außenring
der Freilaufkupplung 23 ist mit dem Hohlrad 9 gekoppelt.
Die Verzögerungseinrichtung 8 überträgt ein Drehmoment
zwischen dem Motor 1 und dem Motorgenerator 7 und
führt eine
Verzögerung
aus. Die Freilaufkupplung 23 ist in Eingriff, wenn eine
von dem Motor 1 abgegebene Leistung zu dem Motorgenerator 7 übertragen
wird.
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Der
Motorgenerator 7 arbeitet als Elektromotor, um den Motor 1 zu
starten, und als Generator (Wechselstromgenerator), um durch die
Leistung des Motors 1 elektrische Energie zu erzeugen.
Der Motorgenerator 7 treibt ferner die Zusatzeinrichtung 18 an,
während
der Motor 1 gestoppt ist. wenn der Motorgenerator 7 als
Elektromotor verwendet wird, wird die Gleichspannung von einer Batterie 25,
bevor sie dem Motorgenerator 7 zugeführt wird, in eine Wechselspannung
umgewandelt.
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Wenn
der Motor 1 durch den Motorgenerator 7 gestartet
wird, sind der Kupplungsmechanismus 15 und die Bremse 22 in
Eingriff, und die Freilaufkupplung 23 ist außer Eingriff.
Wenn der Motorgenerator als Wechselstromgenerator verwendet wird,
sind der Kupplungsmechanismus 15 und die Freilaufkupplung 23 in
Eingriff, und die Bremse 22 ist außer Eingriff. Wenn die Zusatzeinrichtung 18 durch
den Motorgenerator 7 angetrieben wird, ist die Bremse 22 in
Eingriff, und der Kupplungsmechanismus 15 und die Freilaufkupplung 23 ist
außer
Eingriff.
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Die
Batterie 25 ist über
einen Wandler 24 mit dem Motorgenerator 7 verbunden.
Eine Steuerungseinheit 26 ist mit dem Motorgenerator 7,
dem Wandler 24 und der Batterie 25 verbunden.
Es ist möglich, die
Batterie 25 über
den Wandler 24 mit einer von dem Motorgenerator 7 erzeugten
elektrischen Energie zu laden.
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Die
Steuerungseinheit 26 erfasst oder steuert eine dem Motorgenerator 7 von
der Batterie 25 zugeführte
Stromstärke
bzw. eine von dem Motorgenerator 7 erzeugte Stromstärke. Darüber hinaus steuert
die Steuerungseinheit 26 die Drehzahl des Motorgenerators 7 und
erfasst und steuert den Ladezustand (SOC = state of charge) der
Batterie 25. Der Motorgenerator 7 ist in der Lage,
die Drehzahl im Bereich von zum Beispiel 0 bis 6000 U/min und das Drehmoment
im Bereich von zum Beispiel 0 bis 120 Nm einzustellen.
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Ein
Startermotor 27 ist als weiteres Startsystem zum Starten
des Motors 1 vorgesehen. Der Startermotor 27 ist
in bekannter Weise, zum Beispiel als magnetisch schaltender Motor
oder als Vorgelegetyp, aufgebaut. Ein (nicht gezeigtes) (Starter-)
Ritzel ist auf einer (nicht gezeigten) Ausgangswelle bzw. Starterwelle
des Startermotors 27 angeordnet. Ferner ist ein (nicht
gezeigtes) Hohlrad auf dem (nicht gezeigten) Schwungrad der Kurbelwelle 3 angeordnet.
Der Startermotor ist so aufgebaut, dass der Motor 1 durch
das Einrücken
des Ritzels in das Hohlrad gestartet wird, und das Ritzel löst sich
von dem Hohlrad, nachdem der Motor 1 gestartet worden ist.
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Eine
Batterie 29 ist über
einen Wandler 28 mit dem Startermotor 7 verbunden.
Die Gleichspannung von der Batterie 29 wird in eine Wechselspannung
umgewandelt, bevor sie zum Antreiben des Startermotors 27 dem
Startermotor 27 zugeführt wird.
Der Startermotor 27 ist in der Lage, die Drehzahl im Bereich
von zum Beispiel 0 bis 400 U/min und das Drehmoment zum Beispiel
im Bereich von 0 bis 12 Nm einzustellen. Somit sind die Eigenschaften des
Motorgenerators 7 und des Startermotors 27 verschieden.
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Da
die Batterie 25 eine höhere
Spannung als die Batterie 29 hat, ist es möglich, durch
einen Wandler 30, der zusätzlich zu den Wandlern 24 und 28 vorgesehen
ist, elektrische Energie zwischen der Batterie 25 und der
Batterie 29 zu übertragen.
Der Motor 1 kann von wenigstens entweder dem Motorgenerator 7 oder
dem Startermotor 27 gestartet werden. Der Startermotor 27 wird
verwendet, wenn der Motor 1 bei einer äußerst niedrigen Temperatur
gestartet wird.
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In
dem weiteren Leistungsübertragungsstrecke
des Motors 1 ist ein Zahnradgetriebemechanismus 31 angeordnet.
Der Zahnradgetriebemechanismus 31 hat einen bekannten Aufbau
und umfasst eine Mehrzahl von (nicht gezeigten) Planetenrädern und
eine (nicht gezeigte) Reibschlusseinrichtung wie etwa eine Kupplung
oder eine Bremse. Eine Hydrauliksteuerungseinrichtung 32 steuert
einen Eingriffs- und Außereingriffszustand
der Reibschlusseinrichtung oder einen Eingriffsdruck der Reibschlusseinrichtung.
Die Hydrauliksteuerungseinrichtung 32 hat einen bekannten
Aufbau und umfasst verschiedene Magnetventile.
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Ein
Schalthebel 33 steuert den Zahnradgetriebemechanismus 31 und
die Hydrauliksteuerungseinrichtung 32 durch manuelle Betätigung.
Ein Auswählen
verschiedener Schaltpositionen wird durch manuelle Betätigung des
Schalthe bels 33 ermöglicht. Zum
Beispiel können
eine P- (Park-) Position, eine R- (Rückwärts-) Position, eine N- (Neutral-)
Position, eine D- (Drive-) Position, eine 4-Position, eine 3-Position, eine 2-Position
und eine L- (Low-)
Position ausgewählt
werden. In einem Zustand, in dem die D-Position, die 4-Position,
die 3-Position oder die 2-Position ausgewählt wird, wird die Hydrauliksteuerungseinrichtung 32 auf
der Grundlage des Fahrzeugfahrzustandes aktiviert, und das Übersetzungsverhältnis des
Zahnradgetriebemechanismus 31 wird automatisch gesteuert.
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Ein
Kupplungsmechanismus 35, der wahlweise in Eingriff und
außer
Eingriff sein kann, ist zwischen einer Eingangswelle 34 des
Zahnradgetriebemechanismus 31 und der Kurbelwelle 3 angeordnet. Der
Eingriffs- und Außereingriffszustand
des Kupplungsmechanismus 35 wird zum Beispiel über die
Beaufschlagung mit und die Verminderung von Hydraulikdruck gesteuert.
Ein Motorgenerator 36, der in der Lage ist, auf die Eingangswelle 34 Leistung
zu übertragen
bzw. diese Übertragung
zu unterbrechen, ist vorgesehen. Der Motorgenerator 36 dient
als zweite Leistungsquelle zum Fahren des Fahrzeugs, und der Motorgenerator 36 ist ähnlich wie
der Motorgenerator 7 aufgebaut. Der Motorgenerator 36 arbeitet
als Generator und als Elektromotor. Eine Batterie 36B ist über einen
Wandler 36A mit dem Motorgenerator 36 verbunden.
Die Funktionen des Wandlers 36A und der Batterie 36B sind
die gleichen wie jene des Wandlers 24 bzw. der Batterie 25.
Eine Steuerungseinheit 26A ist mit dem Wandler 36A und
der Batterie 36B verbunden. Die Steuerungseinheit 26A erfasst und
steuert eine dem Motorgenerator 36 von der Batterie 36B zugeführte Stromstärke oder
eine durch den Motorgenerator 36 erzeugte Stromstärke.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das eine Steuerungsschaltung des Hybridfahrzeugs
veranschaulicht. Eine elek tronische Steuerungseinheit (ECU) 37 umfasst
eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), Speicher (RAM, ROM) und
einen Mikrocomputer, der im Wesentlichen als Eingangs- und Ausgangsschnittstelle
dient.
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Der
elektronischen Steuerungseinheit 37 zugeführte Signale
umfassen Signale von einem Motordrehzahlsensor 38, einem
Motorwassertemperatursensor 39, einem Zündschalter 40, Steuerungseinheiten 26 und 26A,
einem Klimaanlagenschalter 41, einem Eingangswellendrehzahlsensor 42 zur
Erfassung der Drehzahl der Eingangswelle 34, einem Ausgangswellendrehzahlsensor
(Fahrzeuggeschwindigkeitssensor) 44 zur Erfassung der Drehzahl
einer Ausgangswelle 43 des Zahnradgetriebemechanismus 31 und
einem Schaltpositionssensor 45 zur Erfassung der Betriebsstellung
des Schalthebels 33.
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Signale,
die der elektronischen Steuerungseinheit 37 zugeführt werden,
umfassen ferner Singale von einem Fußbremsschalter 46 zur
Erfassung der Absicht eines Fahrers, zu verzögern oder zu bremsen, einem
Katalysatortemperatursensor 47, der an einer Stelle in
einem (nicht gezeigten) Auspuffrohr angeordnet ist, einem Beschleunigeröffnungsgradsensor 49 zum
Anzeigen eines Niederdrückbetrages eines
Gaspedals 48, einem Drosselöffnungsgradsensor 50 zur
Erfassung eines Öffnungsgrades
des elektronischen Drosselventils 2, Drehmeldern 51 und 52 zur
getrennten Erfassung der Drehzahl und des Drehwinkels des Motorgenerators 7 und
des Motorgenerators 36.
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Von
der elektronischen Steuerungseinheit 37 ausgegebene Signale
umfassen Signale wie etwa Signale zur Steuerung eines Zündsystems 53 des
Motors 1, Signale zur Steuerung der Steuerungseinheiten 26 und 26A,
Signale zur Steuerung des Kupplungsmechanismus 15 und der
Bremse 22 der Antriebseinheit 6, Signale zur Steuerung
der Hydrau liksteuerungseinrichtung 32, Steuerungssignale
von einem Aktor 61 zur Steuerung des Öffnungsgrades des elektronischen
Drosselventils 2 und Steuerungssignale für das Eingreifen
und das Nichteingreifen des Kupplungsmechanismus 35.
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Nachfolgend
sind die in dem Hybridfahrzeug ausgeführten Steuerungen kurz beschrieben.
Wenn ein Fahrzeug allein mit der Leistung von dem Motor 1 gefahren
wird, ist der Kupplungsmechanismus 35 in Eingriff, und
das von dem Motor 1 abgegebene Drehmoment wird über die
Ausgangswelle 43 des Zahnradgetriebemechanismus 31 auf
die (nicht gezeigten) Räder übertragen.
Die beweglichen Teile des Motors 1 werden während des
Betriebs des Motors 1 durch das Schmiersystem 4 gekühlt und
geschmiert. Während
der Motor 1 in Betrieb ist, wird ein Teil der Leistung
von dem Motor 1 zum Motorgenerator 7 übertragen.
Es ist möglich,
die Batterie 25 mit der durch den Motorgenerator 7 erzeugten
elektrischen Energie zu laden.
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Wenn
das Fahrzeug mit der Leistung von dem Motor 1 und dem Motorgenerator 7 gefahren wird,
ist der Kupplungsmechanismus 35 in Eingriff, und das von
dem Motor 1 und dem Motorgenerator 7 abgegebene
Drehmoment wird über
die Kurbelwelle 3 zu der Eingangswelle 34 übertragen.
Wenn das Fahrzeug mit der Leistung von dem Motorgenerator 36 gefahren
wird, ist der Kupplungsmechanismus außer Eingriff, und das von dem
Motorgenerator 36 abgegebene Drehmoment wird auf die Eingangswelle 34 übertragen.
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Wenn
der Klimaanlagenschalter 41 eingeschaltet wird, während sich
der Motor 1 in einem gestoppten Zustand befindet, wird
die Zusatzeinrichtung 18 durch die Leistung von dem Motorgenerator 7 angetrieben.
Der Kupplungsmechanismus 35 wird außer Eingriff gebracht, während sich
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert, und das von den Rädern auf
die Eingangswelle 34 übertragene
Drehmoment wird dem Motorgenerator 36 zugeführt. Somit
arbeitet der Motorgenerator 36 als Generator, und daher
ist es möglich,
die Batterie 36B mit dessen elektrischer Energie zu laden.
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Der
Aufbau des Hybridfahrzeugs und dessen Beziehung zum Aufbau der Erfindung
ist nachfolgend beschrieben. Der Startermotor 27 und der
Motorgenerator 7 entsprechen der Mehrzahl von Startsystemen
der Erfindung. Ferner, die Zusatzeinrichtung 18 entspricht
der Funktionseinrichtung, und die Batterien 25 und 29 entsprechen
jeweils einer Energiequelle der Mehrzahl von Energiequellen der
Erfindung. Der Motorgenerator 36 entspricht der Leistungsquelle,
und die Eingangswelle 34 entspricht dem Leistungsübertragungselement
der Erfindung.
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Ein
Steuerungsbeispiel zur Auswahl eines Modus zum Starten des Motors 1 entsprechend
dem Zustand des Fahrzeugs ist im Folgenden mit Bezug auf das Flussdiagramm
in 1 beschrieben. Zuerst werden die Eingangssignale
in der elektronischen Steuerungseinheit 37 verarbeitet
(Schritt 71), und es wird bestimmt, ob ein Befehl zum Starten
des Motors 1 ausgegeben wurde (Schritt 72).
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Wenn
zum Beispiel sowohl der Motor 1 als auch der Motorgenerator 7 gestoppt
ist und sich auch das Fahrzeug in einem gestoppten Zustand befindet, wird
durch die Signale von dem Zündschalter 40 bestimmt,
ob der Startbefehl für
den Motor 1 erteilt wurde. Ferner, wenn der Motor 1 gestoppt
ist und der Motorgenerator 7 alleine angetrieben wird,
wird aus Zuständen
wie etwa einer Beschleunigungsanforderung durch Drücken des
Gaspedals 48 bestimmt, ob ein Startbefehl für den Motor 1 erteilt
wurde. Wenn in Schritt 72 eine negative Beurteilung gemacht
wird, springt der Prozess zurück.
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Wenn
in Schritt 72 eine positive Beurteilung gemacht wird, wird
bestimmt, ob der Motorgenerator 7 oder der Startermotor 27 ausgefallen
ist, um zu bestimmen, welches Startsystem zum Starten des Motors 1 zu
verwenden ist (Schritt 73). Wenn in Schritt 73 eine
positive Beurteilung gemacht wird, das heißt, wenn entweder der Motorgenerator 7 oder
der Startermotor 27 ausgefallen ist, wird ein Modus (Startmodus)
zum unabhängigen
Starten des Motors 1 durch ein nicht ausgefallenes Startsystem
(das heißt
ein Startsystem, welches ordnungsgemäß arbeitet) ausgewählt (Schritt 74)
und der Prozess springt zurück.
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Wenn
in Schritt 73 eine negative Beurteilung erfolgt, wird der
erste in Beziehung stehende Betrag, der mit dem Drehwiderstand des
Motors 1 in Beziehung steht, bestimmt, insbesondere wird
bestimmt, ob die Kühlwassertemperatur
TH des Motors 1 gleich hoch wie oder niedriger als ein
vorbestimmter Wert TH1 ist (Schritt 75). Der vorbestimmte
Wert TH1 wird in der elektronischen Steuerungseinheit 37 gespeichert.
In Schritt 75 wird die Motoröltemperatur und darüber hinaus
die Viskosität
des Motoröls
auf der Grundlage der Motorwassertemperatur indirekt abgeschätzt. Schritt 75 wird
ausgeführt,
um den Modus zum Starten des Motors 1 auf der Grundlage
der so abgeschätzten
Viskosität
des Motoröls
auszuwählen.
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Da
das Kühlwasser
des wassergekühlten Kühlsystems 5 durch
den Wassermantel oder dergleichen innerhalb des Motorgehäuses strömt, ist
es möglich,
die Temperatur des den bewegten Teilen des Motors 1 zugeführte Motoröls auf der
Grundlage der Kühlwassertemperatur
abzuschätzen.
Die Viskosität
des Motoröls ändert sich
entsprechend der Temperaturänderung.
Demzufolge ändert
sich der Drehwiderstand der Kurbelwelle 3 aufgrund der Änderungen
der Mo torölviskosität. Ebenso ändert sich
das zum Starten des Motors 1 erforderliche Drehmoment.
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Wenn
in Schritt 75 eine negative Beurteilung gemacht wird, ist
zum Starten des Motors 1 ein Drehmoment erforderlich, das
größer als
der vorbestimmte Wert ist, da die Viskosität des Motoröls größer als der vorbestimmte Wert
ist. Daher wird ein Startmodus A zur Verwendung sowohl des Startermotors 27 als
auch des Motorgenerators 7 ausgewählt (Schritt 76),
und der Prozess geht zurück.
Das heißt,
der Motor 1 wird durch das von dem Startermotor 27 und dem
Motorgenerator 7 ausgegebene Drehmoment gestartet. Daher
ist die Startbarkeit des Motors verbessert, selbst wenn der Drehwiderstand
der Kurbelwelle 3 hoch ist.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Zustand eines Systems darstellt, das
Schritt 76 entspricht. Wenn zu einem vorbestimmten Zeitpunkt
der Startbefehl für
den Motor 1 ausgegeben wird, werden der Startermotor 27 und
der Motorgenerator 7 im Wesentlichen zeitgleich von einem stromlosen
Zustand in einen bestromten bzw. stromführenden Zustand geschaltet.
Folglich erhöht
sich die Motordrehzahl NE durch die Leistung von dem Startermotor 27 und dem
Motorgenerator 7.
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Da
die Kühlwassertemperatur
TH des Motors 1 gleich hoch wie oder niedriger als der
vorbestimmte Wert TH1 ist, erhöht
sich die Motordrehzahl NE eher langsam. Daher wird eine vergleichsweise lange
Zeitspanne für
den Anstieg der Motordrehzahl benötigt. Anschließend wird
der Kraftstoff durch das Einspritzsystem 54 eingespritzt
und durch das Zündsystem 53 entzündet, so
dass sich der Motor 1 ohne Hilfe des Startermotors 27 und
des Motorgenerators 7 dreht, und der Startermotor 27 und
der Motorgenerator 7 werden von dem stromführenden
Zustand in den stromlosen Zustand geschaltet.
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Wenn
in Schritt 75 eine negative Beurteilung gemacht wird, ist
das zum Starten des Motors 1 erforderliche Drehmoment gleich
groß wie
oder geringer als der vorbestimmte Wert, da der Drehwiderstand der
Kurbelwelle 3 gleich groß wie oder niedriger als der
vorbestimmte Wert ist. Das heißt,
der Prozess fährt
mit Schritt 77 fort, da nur eine geringe Wahrscheinlichkeit
besteht, dass der Startmodus durch die Viskosität des Motoröls eingeschränkt wird. Schritt 77 entspricht
einem Fall, in dem der Motor 1 in einem Zustand gestartet
wird, in dem das Fahrzeug durch die Leistung allein von dem Motorgenerator 36 fährt. Demzufolge
wird der Kupplungsmechanismus 35 außer Eingriff gebracht, um den
Energieverlust des Motorgenerators 36 zu verhindern, wenn
das Fahrzeug allein durch die Energie von dem Motorgenerator 36 läuft.
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Wenn
in diesem Zustand bestimmt wird, den Motor 1 in Übereinstimmung
mit der Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs zu starten, wird der
Motor 1 gestartet und eine Steuerung wird ausgeführt, um
den Kupplungsmechanismus 35 in Eingriff zu bringen, um
so die Leistung des Motors auf die Eingangswelle 34 zu übertragen.
Daher wird in Schritt 77 – als eine weitere Bedingung
zur Auswahl des Modus zum Starten des Motors 1 – bestimmt,
ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit V einen vorbestimmten wert V1 überschreitet.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit V wird in Übereinstimmung mit den Signalen
von dem Ausgangswellendrehzahlsensor 44 bestimmt. Der vorbestimmte
Wert V1 wird im Voraus in der elektronischen Steuerungseinheit 37 gespeichert.
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Wenn
in Schritt 77 eine positive Beurteilung gemacht wird, kann
ein Ineingriffbringen des Kupplungsmechanismus 35 in diesem
Zustand aufgrund einer schnellen Änderung des Drehmoments von
der Ausgangswelle 43 einen Stoß verursachen. Daher wird,
wenn sowohl der Startermotor 27 als auch der Motorgenerator 43 verwendet
wird, ein Startmodus B ausgewählt
(Schritt 78), und der Prozess springt zurück. 6 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Zustand eines Systems entsprechend
Schritt 78 darstellt. wenn der Befehl zum Starten des Motors 1 ausgegeben
wird, wird nur der Startermotor 27 von dem stromlosen Zustand
in den stromführenden
Zustand geschaltet. Demzufolge erhöht sich die Motordrehzahl NE.
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Hier
ist die Ausgangsdrehzahl des Startermotors 27 aufgrund
seiner Eigenschaften begrenzt. Daher wird der Motorgenerator 7 von
dem stromlosen Zustand in den stromführenden Zustand geschaltet,
bevor die Motordrehzahl NE den vorbestimmten Wert erreicht. Als
nächstes
wird der Startermotor 27 von dem stromführenden Zustand in den stromlosen
Zustand geschaltet, und die Leistung von dem Motorgenerator 7 wird
dazu verwendet, die Motordrehzahl NE auf einen vorbestimmten hohen Drehzahlbereich
zu erhöhen.
Anschließend
wird der Kraftstoff von dem Einspritzsystem 54 eingespritzt und
durch das Zündsystem 53 entzündet, und
der Motorgenerator 7 wird von dem stromführenden
Zustand in den stromlosen Zustand geschaltet. Somit sind die Zeitpunkte
zum Inbetriebnehmen und Stoppen des Startermotors 27 und
des Motorgenerators 7 in dem Startmodus B verschieden.
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Wie
oben beschrieben ist, wird der Kupplungsmechanismus 35 in
Eingriff gebracht, nachdem die Motordrehzahl NE soweit erhöht worden
ist, dass die Motordrehzahl NE mit der Drehzahl der Eingangswelle 34 synchronisiert
ist. Daher wird die schnelle Änderung
des Drehmoments von der Ausgangswelle 43 beim Ineingriffgelangen
bzw. Einrücken
des Kupplungsmechanismus 35 vermieden, wodurch ein Stoß verhindert
wird.
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Wenn
in Schritt 77 eine negative Beurteilung gemacht wird, besteht
eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Modus zum Starten des
Motors 1 eingeschränkt
wird, da eine Differenz zwischen der Motordrehzahl NE und der Drehzahl
der Eingangswelle 34 gleich groß wie oder kleiner als ein
vorbestimmter Wert ist. Demzufolge wird – als eine weitere Bedingung
zur Auswahl des Modus zum Starten des Motors 1 – bestimmt,
ob die Zusatzeinrichtung 18 angetrieben wird (Schritt 79).
Das Kriterium für
Schritt 79 kann zum Beispiel Signale von dem Klimaanlagenschalter 41,
eine Stromstärke
des Motorgenerators 7 und einen Eingriffszustand der Bremse 22 enthalten.
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Wenn
in Schritt 79 eine positive Beurteilung gemacht wird, kann
der Kupplungsmechanismus 15 nicht sofort in Eingriff gebracht
werden, um den Motor 1 zu starten, da die Drehzahl des
Motorgenerators 7 gleich hoch wie oder höher als
ein vorbestimmter Wert ist. Es ist außerdem schwierig, die Drehzahl
des Motorgenerators 7 zu verringern, da die Zusatzeinrichtung 18 in
Betrieb ist. Daher fährt
der Prozess mit Schritt 78 fort, um den Motor 1 in
dem Startmodus B zu starten. Das heißt, der Motor 1 wird
mit der Leistung von dem Startermodus 27 gestartet, und
die Motordrehzahl NE wird auf einen vorbestimmten Wert erhöht. Anschließend wird
der Kupplungsmechanismus 15 in Eingriff gebracht, um in
einen Zustand zum Starten des Motors durch die Leistung des Motorgenerators 7 zu
schalten.
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Wenn
in den Schritten 75, 77 und 79 was die entsprechende
Bedingung jedes einzelnen Schritts anbetrifft eine negative Beurteilung
gemacht wird, stellt der Modus zum Starten des Motors 1 kein
besonderes Problem dar. Daher wird der Modus zum Starten des Motors 1 auf
der Grundlage von anderen Bedingungen als die schon erwähnten ausge wählt (Schritt 80),
und der Prozess springt zurück.
In Schritt 80 ist es zum Beispiel möglich, den Startmodus allein für den Motorgenerator 7 auszuwählen, um
das Ansprechen des Motors 1 auf den Startvorgang zu verbessern.
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Es
ist in Schritt 80 ferner möglich, den Ladezustand der
Batterien 25 und 29 zu überwachen und einen Startmodus
zum Starten des Motors 1 durch ein Startsystem auszuwählen, das
mit einer Batterie in einem höheren
Ladezustand als die weitere Batterie verbunden ist. Durch Auswahl
eines Startmodus zum Starten des Motors 1 durch ein Startsystem,
das mit einer Batterie in einem höheren Ladezustand als die weitere
Batterie verbunden ist, kann eine Verschlechterung der Startbarkeit
des Motors 1 durch eine Verringerung des Batterieladezustands
oder eine weitere Verringerung des Batterieladezustands verhindert
werden.
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In
dem in 1 gezeigten Steuerungsbeispiel ist das Auswählen des
Modus zum Starten des Motors 1 auf der Grundlage von anderen
Bedingungen als die Bedingung in Schritt 78 beim Auswählen des
Modus zum Starten des Motors 1 auf ein Fahrzeug anwendbar,
das den Motorgenerator 36 nicht enthält. Das Steuerungsbeispiel
in 1 ist ferner auf eine manuelle Schaltung anwendbar,
die in der Lage ist, das Übersetzungsverhältnis durch
manuelles Betätigen
des Schalthebels zu ändern.
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Das
in 1 gezeigte Steuerungsbeispiel ist auf ein Fahrzeug
anwendbar, das in der Lage ist, die Starten und Stoppen des Motors
auf der Grundlage von anderen Bedingungen als Signalen von dem Zündschalter
zu steuern. Das heißt,
der Motor wird automatisch gestoppt, wenn vorbestimmte Stoppbedingungen
erfüllt
sind, und der Motor wird wieder in einen Antriebszustand gesetzt,
wenn vorbestimmte Wiedereinsetzungsbedingungen erfüllt sind.
Folg lich enthalten die Befehle zum Starten des Motors in Schritt 72 Befehle
zum Starten des Motors durch vorbestimmte Wiedereinsetzungsbedingungen.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung ist im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das die Konstruktionen bzw. den Aufbau weiterer
Systeme eines Fahrzeugs darstellt, auf das die Erfindung angewendet
wird. Verbrennungsmotoren wie ein Ottomotor, ein Dieselmotor und
ein LPG-Motoren werden als Motor 100 verwendet, der als
Leistungsquelle für
das Fahrzeug dient. Der Ottomotor (nachfolgend als "Motor" bezeichnet) 100 umfasst
ein Einspritzsystem 100A, ein Ansaug- bzw. Einlasssystem 100B,
ein Abgas- bzw. Auslasssystem 100C, ein Zündsystem 100D,
ein wassergekühltes
Kühlsystem 100E,
welches den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie das bei
der ersten Ausführungsform
beschriebene wassergekühlte
Kühlungssystem 5 aufweist,
einen Ventilmechanismus 100F zum Öffnen und Schließen von
Ventilen des Einlasssystems 100B und des Auslasssystems 100C,
ein Schmiersystem 100G, das den gleichen Aufbau und die
gleiche Funktion wie das bei der ersten Ausführungsform beschriebene Schmiersystem 4 besitzt.
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Ein
elektronisches Drosselventil 100J ist in einer Einlassleitung 100H des
Motors 100 angeordnet. Das elektronische Drosselventil 100J ist
so aufgebaut, dass der Öffnungsgrad
auf der Grundlage eines Niederdrückbetrages
eines Gaspedals 100K und weiterer Bedingungen eingestellt
wird. Die von dem Motor 100 abgegebene Leistung wird zu
einem Drehmomentwandler 101 und einem Automatikgetriebe AT übertragen.
Das Automatikgetriebe AT umfasst einen Zahnradgetriebemechanismus 102 und
eine Hydrauliksteuerungseinrichtung 103.
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8 ist
eine Prinzipdarstellung, die einen Aufbau des Drehmomentwandlers 101 und
des Zahnradgetriebemechanismus 102 darstellt. Der Drehmomentwandler 101 und
der Zahnradgetriebemechanismus 102 sind in einem Gehäuse 135 eingebaut.
Automatikgetriebe-Fluid ist als Hydraulikfluid in das Gehäuse 135 gefüllt. Der
Drehmomentwandler 101 überträgt mit Hilfe
des Getriebefluids Drehmomente von Elementen auf der Antriebsseite
zu Elementen auf der Abtriebsseite. Der Drehmomentwandler 101 umfasst
eine Frontabdeckung 108, die einteilig mit einem Pumpenflügelrad 107 verbunden ist,
eine Nabe 110, die einteilig mit einem Turbinenlaufrad 109 verbunden
ist, und eine Überbrückungskupplung 111.
Das Drehmoment von dem Pumpenflügelrad 107 wird
mittels Fluid auf das Turbinenlaufrad 109 übertragen.
Die Überbrückungskupplung 111 dient
dem selektiven Ineingriffbringen und Außereingriffbringen der Frontabdeckung 108 mit
der Nabe 110. Die Überbrückungskupplung 111 kann
schlupfgesteuert sein, um so die Überbrückungskupplung bei einem vorbestimmten
Eingriffsduck gleiten zu lassen.
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Die
Frontabdeckung 108 ist mit einer Kurbelwelle 112 des
Motors 100 verbunden. Ein Stator 113 ist auf der
inneren Umfangsseite des Pumpenflügelrads 107 und des
Turbinenlaufrades 109 angeordnet. Der Stator 113 dient
der Erhöhung
des Drehmoments, das von dem Pumpenflügelrad 107 zu dem Turbinenlaufrad 109 übertragen
wird. Eine Eingangswelle 114 ist mit der Nabe 110 verbunden.
Daher wird, wenn ein Drehmoment von der Kurbelwelle 112 des
Motors 100 abgegeben wird, das Drehmoment über den
Drehmomentwandler 101 oder die Überbrückungskupplung 111 zu
der Eingangswelle 114 übertragen.
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Das
Zahnradgetriebemechanismus 102 umfasst ein sekundäres Getriebe 115 und
ein primäres Getriebe 116.
Das se kundäre
Getriebe 115 umfasst einen Planetengetriebemechanismus 117 für den Overdrive.
Die Eingangswelle 114 ist mit einem (Planetenrad-) Träger 118 des
Planetengetriebemechanismus 117 verbunden. Eine Mehrscheiben-Scheibenkupplung
C0 und eine Freilaufkupplung F0 sind zwischen dem Träger 118 und
einem Sonnenrad 119, die den Planetengetriebemechanismus
bilden, angeordnet. Die Freilaufkupplung F0 ist in Eingriff, wenn sich
das Sonnenrad 119 in der positiven Richtung bezüglich des
Trägers 118 dreht,
das heißt,
wenn sich das Sonnenrad 119 in der Drehrichtung der Eingangswelle 114 dreht.
Ein Hohlrad 120, das ein Ausgangselement des sekundären Getriebes 115 ist,
ist mit einer zwischengeschalteten Welle verbunden, die ein Eingangselement
des primären
Getriebes 116 ist. Eine Mehrscheiben-Scheibenbremse B0
zum selektiven Stoppen der Drehung des Sonnenrades 119 ist ebenfalls
vorgesehen.
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Daher
dreht sich in dem sekundären
Getriebe 115 der Planetengetriebemechanismus 117 in
einem Zustand, in dem entweder die Mehrscheiben-Scheibenkupplung
C0 oder die Freilaufkupplung F0 in Eingriff ist, als Ganzes. Folglich
dreht sich die zwischengeschaltete Welle 121 mit der gleichen Drehzahl
wie die Eingangswelle 114, was ein langsames Schalten zur
Folge hat. Ferner wird in einem Zustand, in dem die Drehung des
Sonnenrades 119 durch Eingreifen der Bremse B0 gestoppt
ist, das Hohlrad 120 gegenüber der Eingangswelle 114 beschleunigt,
was ein schnelles Schalten zur Folge hat.
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Das
primäre
Getriebe 116 umfasst drei Paare von Planetengetriebemechanismen 122, 123 und 124.
Die in den drei Paaren von Planetengetriebemechanismen 122, 123 und 124 enthaltenen
rotierenden Elemente sind wie nachstehend beschrieben miteinander
verbunden. Ein Sonnenrad 125 des ersten Planetengetriebemechanismus 122 und
ein Sonnenrad 126 des zweiten Planetengetriebemechanisus 123 sind
starr miteinander verbunden. Ein Hohlrad 127 des ersten
Planetengetriebemechanismus 122, ein Träger 129 des zweiten
Planetengetriebemechanismus 123 und ein Träger 131 des
dritten Planetengetriebemechanismus 124 sind verbunden. Eine
Ausgangswelle 132 ist mit dem Träger 131 verbunden.
Die Ausgangswelle 132 ist über eine (nicht gezeigte) Drehmomentübertragungseinrichtung
mit einem (nicht gezeigten) Rad verbunden. Ein Hohlrad 133 des
zweiten Planetengetriebemechanismus 123 ist mit einem Sonnenrad 134 des
dritten Planetengetriebemechanismus 124 verbunden.
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In
einem Getriebezug des primären
Getriebes 116 können
ein Rückwärtsgang
und vier Vorwärtsgänge eingestellt
werden. Reibschlusseinrichtungen wie etwa eine Kupplung und eine
Bremse zur Einstellung solcher Getriebeeinstellungen sind wie nachstehend
beschrieben vorgesehen. Eine erste Kupplung C1 ist zwischen einer
zwischengeschalteten Welle 121 auf einer Seite und dem
Hohlrad 133 und dem Sonnenrad 134 auf der anderen
Seite angeordnet. Eine zweite Kupplung C2 ist zwischen der zwischengeschalteten
Welle 121 auf einer Seite und dem Sonnenrad 125 und
dem Sonnenrad 126, welche miteinander verbunden sind, auf
der anderen Seite angeordnet.
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Eine
erste Bremse B1 ist eine Handbremse und ist angeordnet, um die Drehung
des Sonnenrades 125 des ersten Planetengetriebemechanismus 122 und
des Sonnenrades 126 des zweiten Planetengetriebemechanismus 123 zu
stoppen. Eine erste Freilaufkupplung F1 und eine zweite Bremse B2,
welche eine Mehrscheiben-Scheibenbremse ist, sind hintereinander
zwischen den Sonnenrädern 125, 126 und
dem Gehäuse 135 angeordnet.
Die Freilaufkupplung F1 ist in Eingriff, wenn sich die Sonnenräder 125 und 126 rückwärts drehen,
das heißt,
wenn sich die Sonnenräder 125 und 126 in
einer zu der Drehrichtung der Eingangswelle 114 entgegengesetzten
Richtung drehen.
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Eine
dritte Bremse B3, welche eine Mehrscheiben-Scheibenbremse ist, ist zwischen einem (Planetenrad-)
Träger 137 des
ersten Planetengetriebemechanismus 122 und dem Gehäuse 135 angeordnet.
Der dritte Planetengetriebemechanismus 124 umfasst ein
Hohlrad 138. Eine vierte Bremse B4, welche eine Mehrscheiben-Scheibenbremse
ist, und eine zweite Freilaufkupplung F2 sind vorgesehen, um die
Drehung des Hohlrades 138 zu stoppen. Die vierte Bremse
B3 und die zweite Freilaufkupplung F2 sind parallel zueinander und
zwischen dem Gehäuse 135 und
dem Hohlrad 138 angeordnet. Die zweite Freilaufkupplung
F2 ist in Eingriff, wenn sich das Hohlrad 138 rückwärts dreht.
Ein Eingangsdrehzahlsensor (Turbinendrehzahlsensor) 104A zur
Erfassung der Eingangsdrehzahl des Zahnradgetriebemechanismus 102 und
ein Ausgangsdrehzahlsensor (Fahrzeuggeschwindigkeitssensor) 104B zur
Erfassung der Drehzahl der Ausgangswelle 132 des Zahnradgetriebemechanismus 102 sind
vorgesehen.
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In
dem wie oben beschrieben aufgebauten Zahnradgetriebemechanismus 102 können durch
Ineingriffbringen und Außereingriffbringen
von Reibschlusseinrichtungen wie den Kupplungen und den Bremsen
fünf Vorwärtsgänge und
ein Rückwärtsgang
eingestellt werden, wie es in der Schalttafel in 9 gezeigt
ist. In 9 bezeichnet O, dass die Reibschlusseinrichtungen
in Eingriff sind, Δ bezeichnet,
dass die Reibschlusseinrichtungen beim Motorbremsen in Eingriff
sind, ⊗ bezeichnet,
dass die Reibschlusseinrichtungen entweder in Eingriff oder außer Eingriff
sind, das heißt,
dass der Eingriff der Reibschlusseinrichtungen für die Übertragung eines Drehmoments
unerheblich ist, und ein Leerzeichen bezeichnet, dass die Reibschlusseinrichtungen
außer
Eingriff sind.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform können zum
Beispiel eine P- (Park-) Position, eine R- (Rückwärts-) Position, eine N- (Normal-)
Position, eine D- (Drive-) Position, eine 4-Position, eine 3-Position,
eine 2-Position
und eine L- (Low-) Position durch manuelles Betätigen eines Schalthebels 100L eingestellt
werden. Die D-Position, die 4-Position, die 3-Position, die 2-Position und die
L-Position sind Vorwärtspositionen.
In einem Zustand, in dem die D-Position, die 4-Position, die 3-Position
oder die 2-Position eingestellt ist, können die Schaltpositionen zwischen
einer Mehrzahl von Schaltpositionen geschaltet werden. In einem
Fall hingegen, in dem die L-Position oder die Rückwärtsposition R eingestellt sind, bleibt
nur eine einzige Schaltposition. In diesem Zustand, in dem entweder
die D-Position, die 4-Position,
die 3-Position oder die 2-Position ausgewählt ist, kann die Schaltposition
des Automatikgetriebes AT durch Betätigen eines Schalters 100M zum
sportlichen Schalten manuell geändert
(runtergeschalten oder hochgeschalten) werden.
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Die
in 7 und 8 gezeigte Hydrauliksteuerungseinrichtung 103 führt eine
Einstellungs- oder Schaltsteuerung der Schaltpositionen in dem Zahnradgetriebemechanismus 102,
ein Ineingriffbringen, ein Außereingriffbringen
und eine Schlupfregelung der Überbrückungskupplung 111,
eine Steuerung des Leitungsdrucks des Hydraulikkreises und eine
Steuerung des Eingriffsdrucks der Reibschlusseinrichtung aus. Die
Hydrauliksteuerungseinrichtung 103 wird elektrisch gesteuert
und umfasst ein erstes bis ein drittes Magnetventil S1 bis S3 zur
Durchführung
des Schaltvorgangs des Zahnradgetriebemechanismus 102,
und ein viertes Magnetventil S4 zur Steuerung des Zustands der Motorbremse.
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Die
Hydrauliksteuerungseinrichtung 103 umfasst ferner ein lineares
Magnetventil SLT zur Steuerung des Leitungsdrucks der Hydraulikschaltung,
ein lineares Magnetventil SLN zur Steuerung des Druckspeichergegendrucks
während
des Schaltvorgangs des Zahnradgetriebemechanismus 102,
und ein lineares Magnetventil SLU zur Steuerung des Eingriffsdrucks
der Überbrückungskupplung
und vorbestimmte Reibschlusseinrichtungen. Die ECU 160 steuert das
Magnetventil oder dergleichen durch von verschiedenen Sensoren eingegebene
Signale und bringt jeweilige Kupplungen und Bremsen (Reibschlusseinrichtungen)
in Eingriff oder aus dem Eingriff.
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10 ist
ein Diagramm, das das Startsystem des Motors 100 darstellt.
Ein Motorgenerator (MG) 140 und ein Startermotor 141 zum
Starten des Motors 100 sind vorgesehen. Zum Beispiel wird
ein synchroner Dreiphasenwechselstrom-Elektromotor als Motorgenerator 140 verwendet.
Der Motorgenerator 140 umfasst einen (nicht gezeigten)
Rotor mit einem (nicht gezeigten) Permanentmagneten und einem (nicht
gezeigten) Stator, der mit einer (nicht gezeigten) Spule umwickelt
ist. Ein rotierendes Magnetfeld wird erzeugt, wenn der Dreiphasenspule
ein Dreiphasenwechselstrom zugeführt
wird. Ein Drehmoment wird dann durch Steuern des rotierenden Magnetfeldes
entsprechend der Rotationsposition und Rotationsgeschwindigkeit
des Rotors erzeugt. Das durch den Motorgenerator 140 erzeugte
Drehmoment ist im Wesentlichen proportional zur Stromstärke. Die
Rotationsgeschwindigkeit des Motorgenerators 140 wird durch
die Frequenz des Wechselstroms gesteuert.
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Eine
Batterie 143 ist über
einen Wandler 142 mit dem Motorgenerator 140 verbunden.
Eine Steuerungseinheit 144 ist mit dem Motorgenerator 140, dem
Wandler 142 und der Batterie 143 verbunden. Die
Nennspannung der Batterie 143 ist auf eine hohe Spannung
von ungefähr
288 V einge stellt. Der Wandler 142 wandelt den Gleichstrom
in einen Wechselstrom um. Der Wandler 142 ändert auch
die Frequenz und die Stromstärke.
Um diese Funktionen zu erreichen, umfasst der Wandler eine Schaltrelais-Erregungssteuerungseinheit.
Der Wandler 142 wandelt auch den Wechselstrom in den Gleichstrom
um. Dies wird mittels eines eingebauten Kommutators gemacht. Die
Steuerungseinheit 144 ist eine elektronische Steuerungseinheit
zur Steuerung des Motorgenerators 140 und umfasst eine
Hochgeschwindigkeitsverarbeitungsfunktion.
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Eine
Riemenscheibe 146 ist an der Hauptwelle 145 des
Motorgenerators 140 befestigt. Eine Riemenscheibe 148 ist über eine
Kupplung 147 mit der Kurbelwelle 112 verbunden.
Ein Riemen 149 ist um eine Riemenscheibe 148 und
eine Riemenscheibe 149 gelegt. Der Riemen 149 ist
ferner um eine Riemenscheibe 151 einer Zusatzeinrichtung 150 wie etwa
einen (nicht gezeigten) Kompressor für eine Klimaanlage, eine (nicht
gezeigte) Wasserpumpe, die einen Abschnitt des wassergekühlten Kühlsystems 100E des
Motors bildet, oder eine (nicht gezeigte) Pumpe für eine Servolenkeinheit
gelegt.
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Ein
Steuerungsmodus des Motorgenerators 140 kann aus einem
Startmodus zum Starten des Motors 100 durch die Leistung
des Motorgenerators 140, einem Generatormodus zum Verwenden
des Motorgenerators 140 als Generator (Wechselstromgenerator)
durch die Leistung des Motors 100 und einem Zusatzantriebsmodus
zum Antrieb des Zusatzeinrichtung 150 durch die Leistung
des Motorgenerators ausgewählt
werden.
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Wenn
der Motorgenerator 140 als Startsystem verwendet wird,
ist die Kupplung 147 in Eingriff, und zum Starten des Motors 100 wird
die Leistung von dem Motorgenerator 140 über den
Riemen 149 zum Motor 100 übertragen. Der Ra dius der Riemenscheibe 146 ist
kleiner als der Radius der Riemenscheibe 148, und die Riemenscheiben 146 und 148 arbeiten
als Verzögerungseinrichtungen.
Das heißt, die
Drehzahl des Motorgenerators 140 wird verzögert, bevor
sie zu dem Motor 100 übertragen
wird. Der Motorgenerator 140 steuert die Drehzahl in dem Bereich
von zum Beispiel 0 bis 5000 U/min und das Drehmoment in dem Bereich
von zum Beispiel 0 bis 20 Nm.
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Wenn
der Generatormodus ausgewählt
wird, ist die Kupplung 147 in Eingriff, und die Leistung
von dem Motor 100 wird zu dem Motorgenerator 140 übertragen,
um zu bewirken, dass der Motorgenerator 140 als Generator
arbeitet. Eine durch die Rotation des Motorgenerators 140 induzierte
Spannung kann zum Laden der Batterie 143 durch den Wandler 142 in
eine Gleichspannung umgewandelt werden. Wenn der Zusatzeinrichtungsmodus
entsprechend solcher Bedingungen wie etwa dem Stoppen des Motors 100 ausgewählt wird,
wird die Kupplung 147 außer Eingriff gebracht, und
die von dem Motorgenerator 140 abgegebene Leistung wird über den
Riemen 149 und die Riemenscheibe 151 zur Zusatzeinrichtung 150 übertragen,
um die Zusatzeinrichtung 150 anzutreiben. Ein Riemenantriebseinrichtung 159 umfasst
die oben genannten Riemenscheiben 146 und 148,
den Riemen 149 und die Kupplung 147.
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Die
Steuerungseinheit 144 erfasst oder steuert eine dem Motorgenerator 140 von
der Batterie 143 zuführte
Stromstärke
oder eine durch den Motorgenerator 140 erzeugte Stromstärke. Ferner
steuert die Steuerungseinheit 144 die Drehzahl des Motorgenerators 140 und
erfasst und steuert einen Ladezustand (SOC; state of charge) der
Batterie 143.
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Der
Startermotor 141 ist ein Gleichstrom-Elektromotor wie etwa
ein magnetisch schaltender Elektromotor oder ein Elektromotor mit
Vorgelege, die einen bekannten Aufbau haben. Ein Ritzel 153 (Stirnrad)
ist auf der Ausgangswelle 152 des Startermotors 141 angeordnet.
Die Ausgangswelle 152 hat einen nicht gezeigten zurückschiebbaren Mechanismus,
so dass er in axialer Richtung zurückschiebbar ist. Ein Zahnkranz
(Stirnrad) 155 ist auf dem Schwungrad 154 der
Kurbelwelle 112 angeordnet. Das Ritzel 153 und
das Zahnkranz 155 können auch
als kleines Zahnrad bzw. großes
Zahnrad bezeichnet werden.
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Eine
Batterie 157 ist über
ein Relais 156 mit dem Startermotor 141 verbunden.
Die Sollspannung der Batterie 157 ist auf eine niedrige
Spannung von zum Beispiel etwa 12 V eingestellt. Das Relais 156 wird
von der Steuerungseinheit 144 gesteuert. Ein DC/DC-Wandler 158 ist
in einer Verbindung zwischen der Batterie 143 und der Batterie 157 angeordnet.
Der DC/DC-Wandler 158 verringert die Gleichspannung der
Batterie 143 auf eine vorbestimmte Spannung und lädt die Batterie 157.
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Das
Relais 156 wird entsprechend dem Startbefehl des Motors 100 durchgeschaltet,
und dem Startermotor 141 wird von der Batterie 157 Leistung
zugeführt.
Somit wird der Startermotor 141 angetrieben, und der Motor 100 wird
auf diese Weise gestartet. Demzufolge wird der Startermotor 141 beim
Starten des Motors 100 mit einer Drehzahl, die einem Lastmoment
beim Starten des Motors 100 entspricht, und mit einem Batteriestrom
und einer Batteriespannung angetrieben. Ein großes Startdrehmoment wird aufgrund
eines Starkstromes bei der Aktivierung des Startermotors 141 erzeugt.
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Die
Ausgangsleistung des Motorgenerators 140 wird allgemein
auf das 1,5- bis 3-fache der Ausgangsleistung des Startermotors 141 eingestellt. Demzufolge
unterscheiden sich die Ausgangskennlinien des Motorgenerators 140 von
denen des Startermotors 141. Jedoch ist das Startmoment
des Motorgenerators 140 beim Start des Motors klein. Daher ist
es beim Starten des Motors 100 durch den Motorgenerator 140 schwierig,
den Motor 100 in einem Zustand zu starten, in dem keine
Verzögerungseinrichtung
(die eine Riemenscheibe enthält)
mit einem großen
Untersetzungsverhältnis
zwischen den Motorgenerator 140 und den Motor 100 geschaltet
ist. Es ist besonders schwierig, den Motor 100 in kaltem
Zustand mit Hilfe des Motorgenerators 140 geschmeidig zu
starten.
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Wenn
der Motor 100 nicht durch den Startermotor 141 gestartet
wird, ist das Ritzel 153 und das Zahnkranz 155 außer Eingriff.
Wenn der Motor 100 durch den Startermotor 141 gestartet
wird, bewegt sich das Ritzel 153 in axialer Richtung, um
mit dem Hohlrand in Eingriff zu gelangen.
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11 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das die Eingabe- und Ausgabesignale einer elektronischen
Steuerungseinheit (ECU) 160 zeigt, die die in einem Fahrzeug
eingebauten Systeme steuert. Die elektronische Steuerungseinheit 160 umfasst
eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), Speicher (RAM, ROM) und
einen Mikrocomputer, der im Wesentlichen als Eingabe- und Ausgabeschnittstelle
dient. Signale, die in die elektronische Steuerungseinheit 160 eingegeben
werden, umfassen Signale von einem Motordrehzahlsensor, einem Motorwassertemperatursensor,
einem Zündschalter
und einem Öko-Betriebsschalter 161 zum
Starten (Einstellen) und Beenden des Öko-Betriebssystems, das den
Motor 100 auf der Grundlage von anderen Bedingungen als dem
Zündschalter,
dem von der Steuerungseinheit 144 erfassten Ladezustand
der Batterien 143 und 157, einem Frontscheinwerferschalter,
einem Feuchtigkeitsentfernerschalter, einem Klimaanlagenschalter,
einem Ausgangswellendrehzahlsensor (Fahrzeuggeschwindigkeitssensor) 104B,
einem Fluidtemperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Automatikgetriebe-Fluids
(ATF), welches das Hydraulikfluid eines Automatikgetriebes AT ist,
und einem Schaltpositionsschalter zur Erfassung der Betriebsposition
des Schalthebels 100L stoppt und wieder einsetzt.
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In
die elektronische Steuerungseinheit 160 eingegebene Signale
umfassen auch Signale von einem Fußbremsschalter zur Erfassung
des Niederdrückzustandes
einer in 7 gezeigten Fußbremse 100N,
einem Sensor zur Anzeige des Betriebszustandes der Handbremse, einem
Katalysatortemperatursensor, der an einer Stelle eines (nicht gezeigten)
Auspuffrohrs angeordnet ist, einem Gaspedalöffnungssensor zur Anzeige eines
Niederdrückbetrages eines
Bremspedals 100K, einem Kurbelpositionssensor sowie Betriebssignale
von einem Schalter 100M zum sportlichen Umschalten, Signale
von einem Fahrzeugbeschleunigungssensor, einem Antriebskraftquellenbremsschalter
und einem Turbinendrehzahlsensor 104A.
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Von
der elektronischen Steuerungseinheit 160 ausgegebene Signale
umfassen Signale zur Steuerung des Zündzeitpunkts des Motors 100,
Signale zur Steuerung der Einspritzung des Motors 100, Signale
zur Steuerung des Antriebs und des Stoppens des Startermotors 141,
Signale zur Steuerung des Motorgenerators 140 über die
Steuerungseinheit 144, Signale zum Ineingriffbringen und
Außereingriffbringen
der Kupplung 147, Signale zur Steuerung des AT-Magnetventils
(Schaltmagnetventil S1, S3 und S4) der Hydrauliksteuerungseinrichtung 103 und Signale
zur Steuerung des AT-Leitungsdrucksteuerungsmagnetventils (lineares
Magnetventil SLT). Ein Schaltdiagramm (Schaltkarte), die den Gaspedalöffnungsgrad
als Parameter enthält,
und eine Überbrückungskupplungs-Steuerungskarte
sind in der elektronischen Steuerungseinheit 160 gespeichert,
so dass die Steuerungssignale für
die Hydrauliksteuerungseinrichtung 103 gemäß den in
die elektronische Steuerungseinheit 160 eingegebnen Signale
und den Daten ausgegeben werden. Somit wird das Übersetzungsverhältnis des
Automatikgetriebes AT oder der Überbrückungskupplung 111 automatisch
gesteuert.
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Von
der elektronischen Steuerungseinheit 160 ausgegebene Signale
umfassen ferner Signale für
einen Aktor eines Antiblockiersystems (ABS), Signale für eine Anzeige
der Durchführung
einer automatischen Stoppsteuerung des Motors 100, Signale für eine Anzeige
der Durchführung
einer automatischen Stoppsteuerung, Signale für einen Sportmodusanzeiger
und Signale für
das elektronische Drosselventil 100J.
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Die
automatische Stoppsteuerung bezieht sich auf das automatische Stoppen
des Motors in einem Antriebszustand entsprechend den anderen Bedingungen
als der von Signalen von dem Zündschalter,
und das automatische Wiedereinsetzen des Motors 100 von
einem gestoppten Zustand in einen Antriebszustand. Stoppbedingungen
zum automatischen Stoppen des sich in einem Antriebszustand befindenden
Motors 100 sind zum Beispiel erfüllt, wenn das Gaspedal 100Ka nicht
betätigt
wird, das Fußbremspedal 100N betätigt wird,
die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist (das Fahrzeug steht) und der Ladezustand
SOC der Batterie 143 gleich gut wie oder besser als ein
vorbestimmter Wert ist, während
das Öko-Betriebssystem
bei eingeschaltenem Öko-Betriebsschalter 161 aktiv
(eingestellt) ist.
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In
dem Fall hingegen, in dem wenigstens eine der Stoppbedingungen nicht
erfüllt
ist, sind die Automatikwiedereinsetzungsbedingungen erfüllt, was
eine Wiedereinsetzung des Antriebszustandes des Motors 100 von
dem automatisch gestoppten Zustand zur Folge hat. Demzufolge wird,
wenn der Motor 100 wieder von dem automatisch gestoppten
Zustand in den Antriebszustand gesetzt wird, wenigstens entweder
der Motorgenerator 140 oder der Startermotor 141 angetrieben,
und die jeweilige Leistung wird zum Motor 100 übertragen,
um den Motor 100 zu starten. Wenn der Öko-Betriebsschalter 161 ausgeschaltet
wird, wird das Öko-Betriebssystem
beendet, und das Fahrzeug kehrt in einen gewöhnlichen Zustand zurück, das
heißt
in einen Zustand, in dem der Motor 100 durch die Bedienung
des Zündschlüssels gestartet
und gestoppt wird. Auf diese Weise wird das Öko-Betriebssystem durch die
elektronische Steuerungseinheit 160 gesteuert.
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Ferner
ist der Motor 100 in der Lage, eine VVT-Steuerung (variable
valve timing) auszuführen, die
kontinuierlich die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte
eines Einlassventils des Einlasssystems 100B entsprechend
der Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.
Die VVT-Steuerung ist nachfolgend kurz erläutert. Der Hydraulikdruck,
mit dem die an einer Synchronriemen-Riemenscheibe des Nockenwelle
auf der Einlassseite des Einlasssystems 100B befestigte
Steuerungseinheit beaufschlagt wird, wird entsprechend dem von der
elektronischen Steuerungseinheit 160 erfassten Laufzustand
(Fahrzeuggeschwindigkeit, Öffnungsgrad
des elektronischen Drosselventils 100J etc.) des Fahrzeugs
eingestellt. Die Steuerungseinheit ändert eine Rotationsphase der
einlassseitigen Nockenwelle und der Synchronriemen-Riemenscheibe
auf der Grundlage des beaufschlagenden Hydraulikdrucks und verändert kontinuierlich
die Ventilöffnungszeiten.
Als Folge davon kann ein hoher Wirkungsgrad und ein hohes Drehmoment
in jedem Drehzahlabschnitt des gesamten Drehzahlbereichs des Motors 100 erreicht
werden.
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Im
Folgenden ist die zweite Ausführungsform
beschrieben. Das Ritzel 153 und das Zahnkranz 155 entsprechen
dem Zahnradgetriebe der Erfindung, der Startermotor 141 entspricht
dem ersten Startsystem der Erfindung, und der Mo torgenerator 140 entspricht
dem zweiten Startsystem der Erfindung.
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Die
Startsteuerung zum Starten des Motors 100 in einem gestoppten
Zustand, während
das Öko-Betriebssystem
arbeitet, ist nachfolgend mit Bezug auf das Flussdiagramm in 12 beschrieben. Zuerst
werden die Eingangssignale in der elektronischen Steuerungseinheit 160 verarbeitet
(Schritt 171), und es wird bestimmt, ob ein Startbefehl
zum automatischen Starten des Motors 100 in einem automatisch
gestoppten Zustand ausgegeben wurde (Schritt 172). Insbesondere
wird der Startbefehl ausgegeben, wenn wenigstens eine der Bedingungen zum
automatischen Stoppen nicht erfüllt
ist. Wenn in Schritt 172 eine negative Beurteilung gemacht
wird, springt der Prozess zurück.
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Wenn
in Schritt 172 eine positive Beurteilung gemacht wird,
wird bestimmt, ob die Motorstartfunktionen des Motorgenerators 140 und
des Startermotors 141 ausgefallen sind, um den Modus zum
Starten des Motors 100 auszuwählen (Schritt 173).
Wenn entweder der Motorgenerator 140 oder der Startermotor 141 ausgefallen
ist, wird der Startmodus so ausgewählt, dass das Startsystem,
das nicht ausgefallen ist (das heißt das Startsystem, das ordnungsgemäß funktioniert)
den Motor 100 unabhängig
startet (Schritt 174), und der Prozess springt zurück.
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Wenn
in Schritt 173 eine negative Beurteilung gemacht wird,
wird der Drehwiderstand des Motors 100 bestimmt, das heißt, es wird
bestimmt, ob die Kühlwassertemperatur
TW gleich hoch wie oder niedriger als ein vorbestimmter Wert TW1
ist (Schritt 175). Ferner wird der vorbestimmte Wert TW1
in der elektronischen Steuerungseinheit 160 gespeichert. In
Schritt 175 wird die Motoröltemperatur und ferner die
Viskosität
des Motoröls
indirekt abgeschätzt,
um den Modus zum Starten des Motors 100 entsprechend der Motorölviskosität auszuwählen. Mit
zunehmender Viskosität
des Motoröls
erhöht
sich der Drehwiderstand der Kurbelwelle 112, und das zum
Starten des Motors 100 erforderliche Drehmoment ändert sich.
Daher wird Schritt 175 ausgeführt, um einen Startmodus auszuwählen, bei
dem das Drehmoment, das zu dem Drehwiderstand passt, gewonnen wird.
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Wenn
in Schritt 175 eine positive Beurteilung gemacht wird,
ist die Viskosität
des Motoröls
gleich hoch wie oder höher
als der vorbestimmte Wert, so dass ein Drehmoment, das gleich groß wie oder
größer als
der vorbestimmte Wert ist, zum Starten des Motors 100 erforderlich
ist. Die geschieht, wenn die Außentemperatur
GTH niedriger als ein vorbestimmter Wert GTH1 ist. Ein Schleppwiderstand
der Kurbelwelle 112 wird gleich groß wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert, wenn der Motor 100 gestartet wird.
Daher wird ein Startmodus A (gemäß dem Ablaufdiagramm
in 5) ausgesucht (Schritt 176). Ferner wird
durch das Einspritzsystem 100A an einem Punkt, an dem die
Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht, Kraftstoff eingespritzt.
Dann wird der Kraftstoff durch das Zündsystem 100D entzündet, und
der Motor dreht selbständig.
Dann kehrt der Prozess zurück.
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Der
Motor 100 wird durch das von sowohl dem Startermotor 141 als
auch dem Motorgenerator 140 ausgegebene Drehmoment gestartet.
Daher kann selbst in einem Fall, in dem wie oben beschrieben der
Drehwiderstand der Kurbelwelle 112 hoch ist, die Startbarkeit
des Motors 100 verbessert werden. Der Startmodus A ist
anwendbar, wenn der Motor 100 bei einer sehr niedrigen
Temperatur (früh
am Morgen im Winter) durch Betätigen
des (nicht gezeigten) Zündschlüssels gestartet
wird.
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Wenn
in Schritt 175 eine negative Beurteilung gemacht wird,
ist de Drehwiderstand der Kurbelwelle 112 beim Starten
des Motors 100 gleich groß wie oder niedriger als der
vorbestimmte Wert, und das zum Starten des Motors 100 erforderliche
Drehmoment ist gleich groß wie
oder niedriger als der vorbestimmte Wert. Das heißt, der
Prozess fährt
mit Schritt 177 fort, da eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht,
dass der Startmodus durch die Viskosität des Motoröls eingeschränkt ist.
Daher wird – als
eine weitere Bedingung zur Auswahl des Modus zum Starten des Motors 1 – in Schritt 177 bestimmt,
ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V den vorbestimmten Wert V1 übersteigt.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit V wird entsprechend der Signale von
dem Ausgangswellendrehzahlsensor 104B bestimmt. Der vorbestimmte Wert
V1 wird im Voraus in der elektronischen Steuerungseinheit 106 gespeichert.
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Wenn
in Schritt 177 eine positive Bestätigung gemacht wird, wird die
Motordrehzahl auf einen Wert eingestellt, der gleich groß wie oder
größer als ein
vorbestimmter Wert ist, um den Kompressor anzutreiben, der in der
VVT-Steuerung eine
Hydrauliksteuerung ausführt.
Da sich das Zahnkranz 155 und das Ritzel 153 relativ
zueinander drehen, ist es schwierig, das Zahnkranz 155 und
das Ritzel 153 miteinander in Eingriff zu bringen. Daher
ist es nicht vorteilhaft, den Motor 100 durch die Energie
von dem Startermotor 141 zu starten. Folglich wird eine
Verarbeitung ausgeführt,
um den Motor 100 durch Leistung allein von dem Motorgenerator 140 zu
starten (Schritt 178), und der Prozess springt zurück.
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Wenn
in Schritt 177 eine negative Beurteilung gemacht wird,
wird – als
eine weitere Bedingung zur Auswahl des Modus zum Starten des Motors 100 – bestimmt,
ob die Zusatzeinrichtung 150 durch eine Leistung von dem
Motorgenerator 140 angetrieben wird (Schritt 179).
Wenn in Schritt 179 eine positive Beurteilung gemacht wird,
ist es schwierig, den Motor 100 glatt bzw. geschmeidig
zu starten, indem die Kupplung 147 in Eingriff gebracht
wird. Daher wird ein Modus zum Starten des Motors 100 allein
durch den Startermotor 141 ausgewählt (Schritt 180),
und der Prozess springt zurück.
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Wenn
in Schritt 170 eine negative Beurteilung gemacht wird,
wird der Motor 100 in dem Startmodus B (Zusammenwirken
von Motorgenerator 140 und Startermotor 141) gestartet,
der in der ersten Ausführungsform
erläutert
ist (Schritt 181), und der Prozess springt zurück. Der
Prozess fährt über die Schritte 175, 177 und 179 mit
Schritt 181 fort, wenn der Motor 100 automatisch
gestoppt wurde, nachdem der Motor 1 durch Betätigung des
Zündschlüssels gestartet
und aufgewärmt
wurde. In einem solchen Fall ist die Viskosität des Motoröls gering. Daher ist der Drehwiderstand
der Kurbelwelle 112 beim Starten des Motors 100 vergleichsweise
niedrig, was ein kleines zum Starten des Motors 100 erforderliches
Drehmoment zur Folge hat. Dies entspricht einem Fall, in dem die
Kühlwassertemperatur
TW des Motors 100 höher
als der vorbestimmte Wert TW1 ist, und der Schleppwiderstand der
Kurbelwelle 112 durch das Motoröl ist gering. Folglich wird
eine gute Startbarkeit des Motors 100 aufrecht erhalten,
selbst wenn der Motor 100 in dem Startmodus B gestartet wird.
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Im
Folgenden ist die in Schritt 181 ausgeführte Steuerung beschrieben.
Wie in 6 gezeigt ist, wird zuerst dem Startermotor 141 Strom
zugeführt,
um dessen Antreiben zu starten, und das Antreiben des Motorgenerators 140 startet,
wenn seit dem Beginn des Antreibens des Startermotors 141 Td
Sekunden verstrichen sind. Das heißt, sowohl der Startermotor 141 und
der Motorgenerator 140 werden nach dem Verstreichen von
Td Sekunden angetrieben. Nach Ts Sekunden seit Beginn der Stromzuführung zu
dem Startermotor 141 verstrichen sind (d.h. nachdem Td
Sekunden + To Sekunden verstrichen sind), wird die Zuführung von
Strom zu dem Startermotor 141 gestoppt. Nach diesem Punkt
wird der Betrieb des Motorgenerators 140 allein fortgesetzt,
und die Zuführung
von Strom zu dem Motorgenerator 140 wird gestoppt, wenn
nach einer von dem Zündsystem 100D durchgeführten Zündung die
Motordrehzahl den vorbestimmten Wert erreicht hat. Die Ts Sekunden
werden zum Beispiel auf 0,05 bis 0,25 Sekunden eingestellt.
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Unter
Berücksichtigung
der Kennlinie des Startermotors 141, der ein Gleichstrommotor
ist, wird dem Startermotor 141 während einer extrem kurzen Zeitspanne
ein Starkstrom zugeführt,
um ein großes Drehmoment
zu erhalten, und das so von dem Startermotor 141 ausgegebene
Drehmoment wird verwendet, um die Kurbelwelle 112 zu starten.
Die Drehzahl der Kurbelwelle 112 wird weiter erhöht, indem der
Motorgenerator 140 betrieben wird, bevor die Zuführung von
Strom zu dem Startermotor 141 gestoppt wird, um so den
Motor 100 zu starten. Das heißt, sowohl der Startermotor 41 als
auch der Motorgenerator 140 werden während einer extrem kurzen Zeitspanne
gleichzeitig betrieben.
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In
Schritt 181 ist es möglich,
den Ladezustand der Batterien 143 und 157 zu überwachen
und einen Startmodus auszuwählen,
der den Motor 100 durch ein Startsystem startet, das mit
der Batterie verbunden ist, die einen höheren Ladezustand als die weitere
Batterie aufweist. In Schritt 172 in 12 ist es
möglich,
auf der Grundlage der Signale von dem Zündschalter zu bestimmen, ob
ein Befehl zum Starten des Motors 100 ausgegeben wurde.
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Der
Zustand jedes Systems, das dem Startmodus B von Schritt 181 in 12 entspricht,
ist mit Bezug auf 13 bis 15 beschrieben. 13 ist ein
Diagramm, das die Änderung
der Winkelgeschwindigkeit ωe
der Kurbelwelle 112 und die Änderung des Steuerungsmodus
des Öko-Betriebssystems als
Funktion der Zeit darstellt, während
das Öko-Betriebssystem
eingestellt wird. 14 ist ein Diagramm, das eine Änderung
des Steuerungsmodus eines Motorgenerators 140 und eine Änderung der
Winkelgeschwindigkeit ωmg
der Hauptwelle 145 des Motorgenerators 140 als
Funktion der Zeit veranschaulicht. 15 ist
ein Diagramm, das die Änderungen
des Antriebssignals eines Startermotors 141 und einen diesem
zugeführten
Strom darstellt.
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Zuerst
wird, wenn der Befehl zum Starten des Motors 100 bei 0,0
Sekunden ausgegeben wird, wie es in 13 gezeigt
ist, der Steuerungsmodus des Öko-Betriebssystems
zum Startmodus geschaltet. Dann, wie es in 15 gezeigt
ist, wird, nachdem seit der Ausgabe des Startbefehls eine vorbestimmte Zeit
(zum Beispiel 0,05 Sekunden) verstrichen ist, das Antriebssignal
des Startermotors 141 von aus auf an geschaltet. Demzufolge
wird ein vorbestimmter Strom dem Startermotor 141 zugeführt, und
der Startermotor 141 wird angetrieben. Ferner, wie es in 13 gezeigt
ist, nimmt die Winkelgeschwindigkeit ωe der Kurbelwelle 112 von
Null ausgehend allmählich
zu. Dann, wie es in 14 gezeigt ist, wird der Steuerungsmodus
des Motorgenerators 140 von einem Standby (Nichtantriebs)
Modus zu einem Antriebsmodus umgeschaltet, und die Winkelgeschwindigkeit ωmg des Motorgenerators 140 nicht
allmählich
von Null an zu. Der Motorgenerator 140 wird zum Beispiel
0,126 Sekunden nach Ausgabe des Startbefehls in den Antriebsmodus
geschaltet.
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Wie
in 15 gezeigt ist, nimmt der Strom, der dem Startermotor 141 zugeführt worden
ist, allmählich
ab, und die Antriebssignale des Startermotors 141 werden
von an nach aus geschaltet. Die Antriebssignale des Startermo tors 141 sind
während
einer Zeit von zum Beispiel 0,105 Sekunden an. Das Antreiben des
Motorgenerators 140 wird selbst, nachdem die Signalen von
dem Startermotor 141 aus sind, fortgesetzt, und der Kraftstoff
wird eingespritzt und bei Punkt T1 entzündet, wenn die Kurbelwelle 112 eine
vorbestimmte Anzahl von Drehungen ausgeführt hat. Folglich wird der
Steuerungsmodus des Motorgenerators 140 zu dem Standbymodus
geschaltet, nachdem der Motor 100 gestartet worden ist.
Anschließend
wird der Motorgenerator 140 in den Generatormodus geschaltet.
Da die Leistung des Motors 100 zu dem Motorgenerator 140 übertragen wird,
nachdem der Motor 100 gestartet worden ist, nimmt die Drehzahl
des Motorgenerators weiter zu.
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Wie
es oben beschrieben ist, wird der Motor 100 in der in Schritt 181 durchgeführten Steuerung durch
den Startermotor 141 und den Motorgenerator 140 gestartet,
wenn der Motor 100, der automatisch gestoppt worden ist,
wieder eingesetzt wird. Da die Antriebszeit des Startermotors 141 extrem
kurz eingestellt ist, wird die Eingriffszeit des Ritzels 153 und des
Hohlrades 155, die in der Leistungsübertragungsstrecke von dem
Startermotor 141 zu dem Motor 100 angeordnet sind,
so kurz wie möglich.
Daher unterdrückt
der Motorstartmodus, der sowohl den Startermotor 41 als
auch den Motorgenerator 140 benutzt, im Vergleich zu dem
Startmodus, der nur den Startermotor 141 verwendet, besser
die Erzeugung von Geräuschen
beim Starten des Motors 100. Ferner, in dem Startmodus,
der sowohl den Startermotor 141 als auch den Motorgenerator 140 verwendet, kann
der Motor 100 durch das Zusammenwirken des Startermotors 141 und
des Motorgenerators 140 geschmeidig gestartet werden.
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Ferner,
eine Verzögerungseinrichtung
mit einem Zahnradgetriebe ist in der Leistungsübertragungsstrecke, die die
Riemenübertragung
zwischen dem Motorgenerator 140 und dem Motor 100 umfasst,
nicht vorgesehen. Daher werden, wenn der Motor 100 durch
Antreiben des Motorgenerators 140 gestartet wird, Getriebegeräusche und
andere anomale Geräusche,
die ihre Ursache in der Getriebelose haben, verhindert. Da eine Übertragungseinrichtung
wie etwa ein Zahnradgetriebemechanismus nicht erforderlich ist,
ist auch kein Schmieröl
für Eingriffsabschnitte
erforderlich. Somit sind eine Temperaturerhöhung und ein Energieverlust,
bewirkt durch Bewegung bzw. Umwälzung
des Schmieröls,
beseitigt, was eine einfache Konstruktion zur Folge hat. Somit kann
ein kompaktes und kostengünstiges
Motorstartsystem bereitgestellt werden. Der Aufbau des Zahnradgetriebemechanismus 102 ist
auf den in 2 gezeigten Zahnradgetriebemechanismus 31 anwendbar.
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Im
Folgenden ist ein charakteristischer Aufbau der Erfindung auf der
Grundlage der Ausführungsformen
erläutert.
Ein erster Aufbau betrifft ein Steuerungssystem zum Starten eines
Motors, mit einer ersten Starteinrichtung und einer zweiten Starteinrichtung,
die in der Lage sind, einen Motor zu starten, wobei eine Startmodusauswahleinrichtung
zum kontinuierlichen Antreiben der ersten Starteinrichtung und der
zweiten Starteinrichtung und zum vorübergehenden zeitgleichen Antreiben
der ersten Starteinrichtung und der zweiten Starteinrichtung vorgesehen
ist, wenn der Motor gestartet wird. Der erste Aufbau ist durch ein
Antreiben der ersten Starteinrichtung während einer kurzen Zeitspanne,
dann ein Antreiben der zweiten Starteinrichtung, bevor die Zuführung von
Strom zu der ersten Starteinrichtung gestoppt wird, der Zuführung von
Kraftstoff zu dem Motor und dem Starten des Motors durch Entzünden des Kraftstoffs
mit dem Zündsystem
gekennzeichnet.
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Es
ist ferner möglich,
die Antriebszeit der ersten Starteinrichtung kürzer als die Antriebszeit der zweiten Starteinrichtung
einzustellen. Insbesondere kann die Antriebszeit der ersten Starteinrichtung
auf 0,08 Sekunden bis 0,2 Sekunden eingestellt werden. Es ist möglich, die
Ausgangsleistung von der ersten Starteinrichtung niedriger als die
Ausgangsleistung von der zweiten Starteinrichtung einzustellen.
Insbesondere kann die Ausgangsleistung von der zweiten Starteinrichtung
auf das 0,4 bis 0,7-fache der Ausgangsleistung der ersten Starteinrichtung
eingestellt werden. Die Einstellung von Antriebszeiten oder Ausgangsleistungen
ist nur als Beispiel angegeben, und die Werte unterliegen abstimmungsabhängige Änderungen.
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Die
Gestalt des Leistungsübertragungsmechanismus,
der zwischen dem Motor und der ersten Starteinrichtung vorgesehen
ist, und die Gestalt des Leistungsübertragungsmechanismus, der
zwischen dem Motor und der zweiten Starteinrichtung vorgesehen ist,
kann unterschiedlich sein. Insbesondere ist ein Leistungsübertragungsmechanismus
mit einem Zahnradgetriebe zwischen dem Motor und der ersten Starteinrichtung
vorgesehen, während
ein Energieübertragungsmechanismus
mit einem Riemengetriebe zwischen dem Motor und der zweiten Starteinrichtung
vorgesehen ist.
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Das
Ineingriffbringen oder das Außereingriffbringen
der Zahnräder
des Zahnradgetriebes kann selektiv gesteuert werden. Ferner umfasst
das Riemengetriebe eine erste Riemenscheibe, die mit einer Kurbelwellenseite
verbunden ist, und eine zweite Riemenscheibe, die mit der Seite
der zweiten Starteinrichtung verbunden ist. Das Untersetzungsverhältnis wird
eingestellt, indem die Radien der ersten Riemenscheibe und die der
zweiten Riemenscheibe verschieden sind. Das Arbeitsprinzip der ersten
Starteinrichtung und der zweiten Starteinrichtung kann verschieden
sein. Insbesondere besteht die erste Starteinrichtung aus einem
Gleichstrommotor und die zweite Starteinrichtung aus einem Dreiphasenwechselstrommotor.
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Ein
zweiter Aufbau betrifft ein Steuerungssystem zum Starten eines Motors
mit einer ersten und einer zweiten Starteinrichtung, die mit einer
Kurbelwelle eines Motors verbunden sind, wobei eine sechste Startmodusauswahleinrichtung
vorgesehen ist, um, wenn der Motor gestartet wird, zuerst die erste
Starteinrichtung anzutreiben und dann, bevor die erste Starteinrichtung
den Betrieb beendet hat, die zweite Starteinrichtung antreibt. Das
Motorstartssteuerungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es
eine erste Starteinrichtung umfasst, die über ein erstes Getriebe mit
der Kurbelwelle verbunden ist, und die eine zweite Starteinrichtung
umfasst, die über
ein zweites Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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In
dem zweiten Aufbau umfasst das Steuerungssystem zum Starten eines
Motors die erste Starteinrichtung und die zweite Starteinrichtung,
die bei jeweiligen Getriebemechanismen unterschiedliche Elemente
umfassen. In dem zweiten Aufbau umfasst das Steuerungssystem zum
Starten eines Motors das erste Getriebe, das das Zahnradgetriebe umfasst,
und das zweite Getriebe, das das Riemengetriebe umfasst. Das erste
Getriebe des Steuerungssystem zum Starten eines Motors umfasst ein Paar
aus einer großen
und einer kleinen Zahnradgetriebeeinrichtung, wobei das kleine Zahnrad
und das große
Zahnrad wahlweise in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden.
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In
dem zweiten Aufbau sind die erste und die zweite Starteinrichtung
mit Elektromotoren ausgestattet, die nach unterschiedlichen Prinzipien
arbeiten. Die erste Starteinrichtung umfasst einen Gleichstrommotor,
und die zweite Starteinrichtung umfasst einen Dreiphasenwechselstrommotor.
In dem zweiten Aufbau umfasst das zweite Ge triebe ein Riemengetriebe,
und keine weiteren Verzögerungsmittel
als eine Mehrzahl von Riemenscheiben zur Einstellung des Untersetzungsverhältnisses
durch die Differenz zwischen den Radien sind in der Übertragungsstrecke
des Riemengetriebes vorgesehen. Hier beträgt das Verhältnis der Riemenscheibenradien
2:4.
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Der
zweite Aufbau des Steuerungssystem zum Starten eines Motors ist
derart, dass die Antriebszeit der ersten Starteinrichtung kürzer als
die Antriebszeit der zweiten Starteinrichtung eingestellt ist. Es
ist möglich,
die Antriebszeit der ersten Starteinrichtung auf 0,1 Sekunden und
die Antriebszeit der zweiten Starteinrichtung auf 0,6 Sekunden einzustellen.
In dem zweiten Aufbau ist die Ausgangsleistung des Elektromotors
der ersten Starteinrichtung niedriger als die Ausgangsleistung des
Elektromotors der zweiten Starteinrichtung eingestellt. Es ist möglich, die
Ausgangsleistung des Elektromotors der ersten Starteinrichtung auf
1,0 kW und die Ausgangsleistung des Elektromotors der zweiten Starteinrichtung
auf 2,5 kW einzustellen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Steuerungseinrichtung (elektronische Steuerungseinheit 37 oder 160)
als ein programmierter Allzweckcomputer implementiert. Es ist für den Fachmann
ersichtlich, dass die Steuerungseinheit unter Verwendung einer einzigen
integrierten Spezialzweck-Schaltung (z.B. ASIC), die einen Haupt-
oder Zentralprozessorabschnitt für
die gesamte Systemsteuerung und getrennte Abschnitte, die zur Ausführung verschiedener
unterschiedlicher Spezialberechnungen, Funktionen und weiterer,
durch den Hauptprozessorabschnitt gesteuerter Prozesse, gedacht
sind, implementiert werden kann. Auch die Steuerungseinheit kann
eine Mehrzahl von separaten spezifischen oder programmierbaren integrierten
oder anderen elektronischen Schaltungen oder Einrichtungen (zum
Beispiel festverdrahtete elektronische oder logische Schaltungen
wie etwa diskrete Schaltungen oder programmierbare Logikeinrichtungen
wie etwa PLDs, PLAs, PASs oder dergleichen) sein. Die Steuerungseinheit
kann unter Verwendung eines geeignet programmierten Allzweckcomputers,
zum Beispiel eines Mikroprozessors, eines Mikrocontrollers oder
anderer Prozessoreinrichtungen (CPU oder MPU), entweder allein oder
in Verbindung mit einer oder mehrerer peripherer (zum Beispiel integrierter)
Daten- und Signalverarbeitungseinrichtung implementiert sein. Allgemein
kann jede Einrichtung oder Anordnung von Einrichtungen, auf der
eine Maschine mit einer endlichen Anzahl von Zuständen läuft und
die in der Lage ist, die in 1 und/oder 12 gezeigten
Flussdiagramme zu implementieren, als die Steuerungseinheit verwendet
werden. Eine nicht zentrale Verarbeitungsarchitektur kann zur maximalen
Daten/Signal-Verarbeitungsfähigkeit
und -Geschwindigkeit verwendet werden.