JP4520584B2 - 内燃機関の調整のための方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両を駆動する駆動軸に予め規定可能なトルクを作用させる内燃機関の調整のための方法であって、駆動軸を介して駆動されて電気的なエネルギを発生して、駆動軸に制動トルクを作用させる調整可能なオルタネータを設け、予め規定可能な条件に依存してトルクを調整する調整装置を設ける形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の調整をトルクに基づいて実施することは公知である。要するに、内燃機関によって発生させられたトルクは運転者によって所望される走行状態を可能にすると共にコンポーネント全体および補助装置の運転を保証しなければならない。内燃機関のトルクが予め規定される調整方法では、内燃機関の制御装置によって加速ペダル位置から確実な車輪駆動トルクが算出される。この所望の車輪駆動トルクは内燃機関の所定のトルクを必要とするが、しかし、このトルクは所望の車輪駆動トルクに依存するのみならず、さらに例えば補助装置、例えば空調装置またはオルタネータの駆動のためにどのようなトルクをもたらすべきかにも依存しており、さらに、どの程度の摩擦エネルギを克服しなければならないかにも依存している。要するに、最終的に所望の車輪駆動トルクだけを予め規定する車両ペダル位置だけに依存して所要のエンジントルクが規定されるが、その他の多くのバリアブルもトルク決定に関係する。
【０００３】
内燃機関のためのトルクに基づく調整機構は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４２３２９７４号明細書に記載されている。その場合、オット機関のトルクの調整の仕方が開示されている。このトルクは、予め規定されている回転数の場合に、空気質量流れと点火角度とに依存している。これら両方のバリアブルから、目標トルクが算出される。目標トルクは実際の現在トルクと比較され、かつトルクに偏倚が存在する場合には空気質量流れへの介入が行われてスロットルバルブ角度が変化させられるか、または点火角度変化が導入される。空気質量流れへの介入によって所要の大きなトルク変化が得られ、他面において点火角度変化を介してトルク変化の微調整が行われる。
【０００４】
内燃機関によって駆動されて車両内のエネルギ供給のために必要な電気エネルギを発生するオルタネータは、車両の駆動のために準備されるトルクに著しい影響を与える。オルタネータによって多量の電気エネルギが放出されると、オルタネータは例えばクランク軸に強い制動トルクを作用させる。これに対してオルタネータが弱くしか負荷されないかまたは励起されないと、制動トルクがわずかとなる。オルタネータの調整時並びに内燃機関の調整時にはこの関係が考慮される。例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３８３５７号明細書には、内燃機関によって駆動される外部励磁式オルタネータにおける電圧調整のための装置が記載されており、この装置では、オルタネータの出力電圧を調整するマイクロプロセッサがオルタネータ出力電圧およびバッテリ温度のようなオルタネータに特有のデータを処理するのみならず、クランク軸の回転数ならびに内燃機関のその他のデータをも処理する。マイクロプロセッサはオルタネータに介入するのみならず内燃機関にも介入し、これによって両者を確実に調整する。しかし、トルクに基づく調整は提案されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題はトルクが必ずしも運転者の望み通りに調整されずに、むしろ予め規定可能なバリアブルに依存するように、内燃機関のトルクに基づく調整が行われるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明において、請求項１に記載したように、トルクの調整に必要な付加トルクを、オルタネータの制御により生じる制動トルクの上昇によって達成し、
内燃機関によって発生されるトルクを、次の条件の場合に車両の駆動のために必要なトルクよりも上昇させる：
・触媒器が冷えているときのスタート時であって、触媒器の温度が予め規定可能な閾値より降下している場合の暖機運転中、
・掃気率を高めるためのタンク換気過程中、
・触媒器の迅速な反応を確実にするための二次空気吹込み中、
ことを特徴とする内燃機関の調整のための方法によって解決される。
【０００７】
【発明の効果】
要するに本発明によれば、内燃機関のトルクに基づく調整が有利には排ガスまたは燃費が最良となるように行われるが、その場合、発生させられたトルクは所定の条件下では運転者によって所望されるトルクに比して大きいことができる。過剰のトルクは、オルタネータが比較的強い制動トルクを駆動軸に作用させるようにオルタネータが制御されることによって補償され、このことによって、有利にトルクの補償が生じる。オルタネータが比較的大きな制動トルクを発生せしめるように例えば励磁電流の上昇によって励磁力が高められ、これによってオルタネータはバッテリの付加的な有利な充電のために使用される比較的高い電気出力を放出する。オルタネータによって付加的に受け取られたエンジントルクは有利には付加的な電動機械、例えば冷却水内または触媒器内の電気的な加熱器の運転のために暖機運転時に利用され、このことによって、触媒器は一面では比較的高いエンジントルクによって、かつ他面では付加的な電気的な加熱によって特別迅速に運転温度にもたらされるという利点が付加的に生じる。エンジントルクの上昇は有利にはタンク脱気のための比較的高い掃気率をも可能にする。それというのは、一般に空気装入量が増大するからである。二次空気吹込み時の空気質量の付加的な制御もしくは調整も、触媒器の手前で排ガス空気混合物を比較的正確に調整することで同様に比較的迅速な触媒器反応と、排ガス有害物質の良好な後酸化とを可能ならしめる。
【０００８】
排ガスおよびまたは燃費を最良にするようなエンジントルク調整が運転者により所望されたエンジントルクに比してわずかなエンジントルクをもたらす場合、燃費およびまたは排ガスを最良にするトルクを運転者によって所望されたトルクに相応させるべく例えば励磁電流を低下させて制動トルクを減少させるようにオルタネータに影響を与えることができる。しかし、オルタネータによって生ぜしめられるトルクを減少させる際には、バッテリ充電状態もしくは一般に使用に供される電気エネルギがいまだ十分であることが考慮されなければならない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００１０】
図１には自動車の、本発明の理解のために必要な構成部分が示されている。詳細には車両を駆動する内燃機関が略号ＢＫＭで示されている。内燃機関もしくはエンジンによってトルクＭが生じ、このトルクがクラッチＫ並びにトランスミッションＧＥを介して伝達されて車輪トルクＲＭの発生に役立てられ、この車輪トルクが最終的に車両を前進させる。この内燃機関はトルク案内式の内燃機関である。コントロールバリアブルであるエンジントルクＭがスロットルバルブＤＫの位置制御により、ひいては吸込空気質量のコントロールにより、かつ点火角度ＺＷの調整により処理される。点火角度ＺＷの調整並びにスロットルバルブＤＫの位置の決定は制御装置ＳＧによって実施される。この制御装置ＳＧには入力部Ｅ１およびＥ２を介して、例えば適当なセンサＳ１およびＳ２を介して検出される多数の入力バリアブルが供給される。制御装置ＳＧは出力部Ａ１およびＡ２を介して内燃機関のコントロールのために必要なすべての調整を実施する。
【００１１】
内燃機関には燃焼のために必要な空気が入口側から吸気管ＳＲを介して供給され、出口側の排気管ＡＲ内には少なくとも１つの触媒器ＫＡＴが配置されている。触媒器は一面では内燃機関の熱い排ガスによって加熱されるが、しかし他面において付加的に電気的な加熱器Ｈによって加熱され、その結果、触媒器は内燃機関のスタートの後に所要の最適な運転温度を可能な限り迅速に得ることができる。触媒器ＫＡＴのための加熱器Ｈのための電気エネルギはオルタネータＧまたはバッテリＢから、閉じられたスイッチＳＣＨ１を介して供給れる。スイッチＳＣＨ１の制御は制御装置ＳＧによって行われ、その際、この制御は予め与えられる判断基準を考慮して行われる。
【００１２】
内燃機関ＢＫＭは車両の車輪だけを駆動するのではなく、連結手段ＫＯ、例えばＶベルトまたは伝動装置または軸を介してオルタネータＧをも駆動する。その場合、内燃機関自体はトルクＭＧ１を放出し、このトルクが連結手段ＫＯ内での変換の後にオルタネータ駆動のためのトルクＭＧ２として使用に供される。
【００１３】
オルタネータＧは図示されていない例えばオルタネータ内に組み込まれた電圧レギュレータを介して、一般に普通の形式で、その出力端子Ｂ＋に予め規定された出力電圧ＵＢ＋を生じるように制御される。この電圧ＵＢ＋は一面においてはバッテリＢの給電のために、かつ他面においては搭載電気回路の電動機械への給電のために使用される。これらの電動機械のうち、スイッチＳＣＨ２を介して接続遮断切換えされる１つの電動機械Ｖだけが図示されている。
【００１４】
図２にはオルタネータＧが詳細に示されている。整流器ブリッジのステータ巻線Ｕ，Ｖ，ＷとツェナーダイオードＤ１〜Ｄ６が詳細に示されている。ツェナーダイオードの代わりに、適合性があればその他の単方向または双方向に作動する整流作用を有する構成素子を使用することもできる。制御可能な半導体スイッチが使用される場合には、その制御は電圧レギュレータまたは制御装置から行うことができる。整流器ブリッジは出力部Ｂ＋に通じており、この出力部Ｂ＋において電圧ＵＢ＋が一般形式で準備される。オルタネータの出力電圧ＵＢ＋の調整は励磁巻線ＥＷを流れる励磁電流ＩＥを公知形式で調整する電圧レギュレータＲＥＧによって行われる。フリーホイールダイオードＦＤが励磁巻線ＥＷに対して並列に位置している。
【００１５】
電圧レギュレータＲＥＧは普通の形式で制御部ＳＴと、トランジスタＴとして記号化して示された出力部とを有している。制御部はこのトランジスタＴを制御すると共に、例えば制御装置ＳＧに結合されていてこれと情報の交換を行う。トランジスタＴは制御装置ＳＧによって直接的に制御されることもできる。
【００１６】
図１および図２に示された車両コンポーネントによって車両の内燃機関もしくはエンジンの調整がトルクに基づいて実施される。その場合、このトルクに基づく調整は、発生する排ガスおよびまたは燃料消費を最良にするようなトルク放出が行われるように内燃機関が調整されるように行われる。この種の調整では、内燃機関によって発生させられた、車両の駆動のために必要なトルクＭは、排ガスおよびまたは燃費を最良にするのに最も適するであろうトルクに比して小さいことがある。この場合に生じる過剰なトルクは、オルタネータＧをより強く負荷するために利用される。その場合、例えば励磁巻線ＥＷを流れる励磁電流ＩＥが増大され、このことによって励磁磁界が強められ、オルタネータＧがこれを駆動する内燃機関ＢＫＭにより強い制動トルクを作用させる。励磁電流ＩＥの増大は直接的に制御装置ＳＧによって生ぜしめることができるが、しかし、制御装置ＳＧが電圧レギュレータＲＥＧ内に有するＩＣを介してトランジスタＴの制御のために作用することも可能である。電圧レギュレータＲＥＧと制御装置ＳＧとの間のインターフェースを介して、オルタネータＧが内燃機関ＢＫＭに作用させる負荷を制御装置ＳＧによって調整することができる。付加的なトルクを準備するさいにオルタネータを介して付加的に発生せしめられた電気エネルギはバッテリの充電のために使用することもできる。さらにまた、オルタネータによって付加的に発生させられた電気エネルギを冷却水内の電気的な加熱器または触媒器ＫＡＴの電気的な加熱器Ｈに、閉じられたスイッチを介して供給することも可能であり、かつ特に暖機運転時には有効である。暖機運転時のこの付加的な電気的な加熱によって、触媒器ＫＡＴの運転温度が比較的迅速に得られると共に、排ガスを最良にする内燃機関ＢＫＭの運転のために付加的に排ガス減少が向上する。
【００１７】
内燃機関のオルタネータＧによるトルクに関する上述の調整によって、調整における付加的な自由度が可能である。エンジントルク、要するに内燃機関によって生じるトルクＭが運転者に無関係に変化させられて最適にされる。バッテリＢの充電のための、または触媒器ＫＡＴの加熱のためのエンジントルクＭの増大は、悪いバッテリ充電状態での今日一般的な回転数増大に比してわずかな燃料しか必要としない。調整戦略の実施のために、バッテリ充電状態を検出して、これを調整戦略内に取り入れるのが有利である。このことにより、バッテリの過負荷を防止することができる。
【００１８】
オルタネータ負荷を考慮においたトルクに基づく上述の調整は以下の使用例のために特別有利に使用される。
【００１９】
１．冷えた触媒器でスタートする際に、暖機運転中のエンジントルクの上昇が、比較的多い空気装入量によって触媒器のより迅速な反応を生じると共に、付加的にオルタネータによって準備された電気エネルギによる電気的な加熱によつて迅速な加熱を生じる場合。
【００２０】
２．触媒器温度が予定の閾値の下方へ降下する際に、エンジントルクの上昇を行うことができる場合。これによって、上昇したエンジントルクにより触媒器の保温が行われる。
【００２１】
３．エンジントルクの上昇が比較的高いタンク脱気率を得るために必要とされる場合。
【００２２】
４．いわゆる二次空気吹込み時に空気質量の付加的な制御もしくは調整が可能である場合。その場合、付加的な自由度が得られる。それというのは標準的には二次空気質量を変化させることができないからである。特に、この場合には触媒器の比較的迅速な反応が得られる。さらに、このことにより可能な、排ガス・空気比の比較的正確な制御が有害物質成分の良好な後酸化を生じる。
【００２３】
５．種々の機能が内燃機関ＢＫＭの吸気管ＳＲ内に十分な負圧を必要とする場合。例えば負圧制御式ブレーキ倍力装置が設けられた場合。負圧が不十分であると倍力効果が減退する。それゆえ、この場合にはオルタネータ負荷を軽減することによって内燃機関ＢＫＭの負荷を軽減し、かつこれによって吸気管内の負圧の増大を図るのが有利である。オルタネータがスタータとしても運転されることのできるスタータ・オルタネータ組合せ装置の使用時には、所要の吸気管負圧をスタータ・オルタネータ組合せ装置のトルク放出によって得ることが可能である（モータとしての運転）。この場合には規定された絞り込み（スロットルバルブＤＫの閉鎖）が、かつこれによつて内燃機関ＢＫＭの負荷の軽減が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の略示図である。
【図２】本発明の１実施例のオルタネータの回路図である。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２ 出力部、 ＡＲ 排気管、 Ｂ バッテリ、 Ｂ＋ 出力端子、ＢＫＭ 内燃機関、 ＤＫ スロットルバルブ、 Ｅ１，Ｅ２ 入力部、 Ｇオルタネータ、 ＧＥ トランスミッション、 Ｈ 加熱器、 ＩＥ 励磁電流、 Ｋ クラッチ、 ＫＡＴ 触媒器、 ＫＯ 連結手段、 Ｍ トルク、 ＭＧ２ オルタネータ駆動のためのトルク、 ＲＥＧ 電圧レギュレータ、 ＲＭ 車輪（駆動）トルク、 Ｓ１，Ｓ２ センサ、 ＳＧ 制御装置、 ＳＣＨ１，ＳＣＨ２ スイッチ、 ＳＲ 吸気管、 ＳＴ 制御部、 Ｔ トランジスタ（出力部）、 ＵＢ＋ 出力電圧、 Ｖ 電動機械、 ＺＷ 点火角度

Claims (6)

  1. 車両を駆動する駆動軸に予め規定可能なトルクを作用させる内燃機関の調整のための方法であって、
    駆動軸を介して駆動されて電気的なエネルギを発生して駆動軸に制動トルクを作用させる調整可能なオルタネータを設け、
    予め規定可能な条件に依存してトルクを調整する調整装置を設ける形式のものにおいて、
    トルク（Ｍ）の調整に必要な付加トルクを、オルタネータ（Ｇ）の制御により生じる制動トルクの上昇によって達成し、
    内燃機関（ＢＫＭ）によって発生されるトルク（Ｍ）を、次の条件の場合に車両の駆動のために必要なトルクよりも上昇させる：
    ・触媒器（ＫＡＴ）が冷えているときのスタート時であって、触媒器（ＫＡＴ）の温度が予め規定可能な閾値より降下している場合の暖機運転中、
    ・掃気率を高めるためのタンク換気過程中、
    ・触媒器（ＫＡＴ）の迅速な反応を確実にするための二次空気吹込み中、
    ことを特徴とする内燃機関の調整のための方法。
  2. オルタネータ（Ｇ）によって発生される制動トルクを、励磁電流（ＩＥ）の予め規定可能な変化によって調整し、
    励磁電流の増大によって発生する付加的な電力をバッテリ（Ｂ）の充電または接続可能な負荷（Ｖ）への給電のために使用する請求項１記載の方法。
  3. オルタネータ（Ｇ）によって付加的に生じた電気エネルギを内燃機関（ＢＫＭ）の暖機運転時の触媒器（ＫＡＴ）の加熱のために使用する請求項１または２記載の方法。
  4. オルタネータ（Ｇ）が、スタータ・オルタネータ組合せ装置の一部であり、
    前記スタータ・オルタネータ組合せ装置は、非同期発電機としても、スタータもしくは始動モータとしても作動する請求項１記載の方法。
  5. 内燃機関（ＢＫＭ）の吸気管内に高い負圧が必要な場合に、内燃機関（ＢＫＭ）によって形成されるトルクを車両の駆動に必要なトルクよりも減少させる請求項１，２，４のいずれか１項記載の方法。
  6. 負圧を制動力倍力装置の制御のために利用する請求項５記載の方法。
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