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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Kraftfahrzeug, das mit der automatischen Start-Stopp-Vorrichtung ausgerüstet ist. Im Speziellen bezieht sich die Erfindung auf eine automatische Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der eine Leistung an eine Antriebswelle abgibt. Die automatische Start-Stopp-Vorrichtung stoppt den Verbrennungsmotor automatisch unter einer voreingestellten Stoppbedingung, während sie den angehaltenen Verbrennungsmotor unter einer voreingestellten Startbedingung wieder startet. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Kraftfahrzeug, das mit solch einer automatischen Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor ausgerüstet ist.
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Ein vorgeschlagenes Fahrzeugstartsystem kurbelt einen Motor bei einem Start an und regelt eine Betätigungszeit eines Luftansaugventils so, dass die Zeit der Entwicklung des Unterdrucks des Luftansaugventils auf ein voreingestelltes Niveau minimiert wird (siehe
JP 2000-120455 A ). Dieses vorgeschlagene Fahrzeugstartsystem minimiert die Zeit der Entwicklung des Unterdrucks des Luftansaugventils auf das Niveau einer explosiven Verbrennung und verkürzt dadurch eine Gesamtzeit, die für den Motorstart benötigt wird. Es wird erwartet, dass eine Verbrennung bei dem hinreichenden Niveau des Unterdrucks des Luftansaugventils potentielle Schwingungen verhindert, die durch eine nicht-explosiven Verbrennung hervorgerufen werden, und dass ein ruhiger Start gewährleistet wird.
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Das Fahrzeugstartsystem aus dem Stand der Technik verkürzt die Zeit des Entwickelns des Unterdrucks des Luftansaugventils auf das Niveau der explosiven Verbrennung für den Verbrennungsmotorsstart, berücksichtigt aber keine potentiellen Erschütterungen bei dem Verbrennungsmotorstart. Eine mögliche Maßnahme verringert die Luftansaugströmung bei dem Motorstart so, dass die Zündungsenergiemenge verringert wird, und verhindert dadurch potentielle Erschütterungen, die bei der Zündung beim Verbrennungsmotorsstart hervorgerufen werden. Die verringerte Luftansaugströmung verhindert zuverlässig potentielle Erschütterungen, die durch die Zündungen hervorgerufen werden, stört aber unwünschenswerter Weise eine schnelle Abgabe der erforderlichen Antriebskraft.
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US 2003/0 171 867 A1 offenbart eine automatische Start-Stopp-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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DE 689 14 193 T2 offenbart eine leistungsabhängige Steuerung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine.
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EP 1 367 256 A1 offenbart eine weitere automatische Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine automatische Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Kraftfahrzeug, das mit der automatischen Start-Stopp-Vorrichtung ausgerüstet ist, vorzusehen, die potentielle Schwingungen beim Start des Verbrennungsmotor dämpfen und eine schnelle Abgabe einer Leistungsanforderung sicherstellen können, die durch einen Fahrer angefordert wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer automatischen Start-Stopp-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 4 erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die automatische Start-Stopp-Vorrichtung für den Verbrennungsmotor der Erfindung steuert das Luftansaugströmungsregelmodul so, dass der Verbrennungsmotor mit der geringeren Luftansaugströmung zu dem Verbrennungsmotor gestartet wird, wenn die eingestellte Leistungsanforderung geringer als das voreingestellte Bezugsniveau ist, während es das Luftansaugströmungsregelmodul so steuert, dass der Verbrennungsmotor mit der größeren Luftansaugströmung zu dem Verbrennungsmotor gestartet wird, wenn die eingestellte Leistungsanforderung nicht niedriger als das voreingestellte Bezugsniveau ist. Diese Anordnung dämpft wünschenswerter Weise potentielle Schwingungen, die durch die Zündung bei einem Start des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden. Der Aufbau der Erfindung ermöglicht es auch, dass der Verbrennungsmotor im Ansprechen auf die Anorderung einer hohen Antriebskraft durch den Fahrer schnell gestartet wird und eine angeforderte Leistung abgibt.
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Das Kraftfahrzeug der Erfindung steuert das Luftansaugströmungsregelmodul so, dass der Verbrennungsmotor mit der geringeren Luftansaugströmung zu dem Verbrennungsmotor gestartet wird, wenn die eingestellte Leistungsanforderung niedriger als das voreingestellte Bezugsniveau ist, während es das Luftansaugströmungsregelmodul so steuert, dass der Verbrennungsmotor mit der größeren Luftansaugströmung zu dem Verbrennungsmotor gestartet wird, wenn die eingestellte Leistungsanforderung nicht niedriger als das voreingestellte Bezugsniveau ist. Diese Anordnung dämpft wünschenswerter Weise potentielle Schwingungen, die durch die Zündung bei dem Start des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden. Der Aufbau der Erfindung ermöglicht es auch, dass der Verbrennungsmotor im Ansprechen auf die Forderung einer hohen Antriebskraft durch den Fahrer schnell gestartet wird und eine erforderliche Leistung abgibt.
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Das Kraftfahrzeug der Erfindung kann des Weiteren mit einem Motor ausgerüstet sein, der eine Leistung an die Achse abgibt. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug folgendes auf:
ein Antriebskraftanforderungseinstellmodul, das eine Antriebskraftforderung einstellt, die im Ansprechen auf die Betätigung eines Bedieners an die Antriebswelle abgegeben werden soll; und
ein Antriebskraftsteuermodul, das den Verbrennungsmotor und den Motor so steuert, dass eine Antriebskraft, die zu der Antriebskraftanforderung äquivalent ist, an die Antriebswelle abgegeben wird. Diese Anordnung stellt eine Abgabe der erforderlichen Leistung entsprechend der Antriebskraftanforderung an die Antriebswelle im Ansprechen auf die Betätigung des Bedieners sicher.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs mit einer automatischen Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 zeigt schematisch den Aufbau des Verbrennungsmotors;
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3 ist ein Flussdiagramm, das eine Startsteuerroutine zeigt, die durch eine elektronische Hybridsteuereinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird;
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4 zeigt eine Antriebsmomentanforderungseinstellabbildung;
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5 zeigt Veränderungen der Momentanforderung Tm1* eines Motors MG1 und der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors im Verlauf der Zeit bei einem Start des Verbrennungsmotors; und
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6 ist ein Nomogramm, das eine dynamische Beziehung der Drehelemente bei einem Start des Verbrennungsmotors zeigt, die in einem Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus enthalten sind.
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Ein Verfahren des Ausführens der Erfindung ist im Folgenden als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel erklärt. Die 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs 20, das mit einer automatischen Start-Stopp-Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Wie dies gezeigt ist, besitzt das Hybridfahrzeug 20 des Ausführungsbeispiels einen Verbrennungsmotor 22, einen Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 der Dreiwellenbauart, der mit einer Kurbelwelle 26 oder einer Abgabewelle des Verbrennungsmotor 22 über einen Dämpfer 28 verbunden ist, einen Motor MG1, der mit dem Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 verbunden ist und dazu im Stande ist, elektrische Energie zu erzeugen, ein Untersetzungsgetriebe 35, das an einer Hohlradwelle 32a oder einer Antriebswelle angebracht ist, die mit dem Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 verbunden ist, einen Motor MG2, der mit dem Untersetzungsgetriebe 35 verbunden ist, und eine elektronische Hybridsteuereinheit 70, die die entsprechenden Komponenten des Hybridfahrzeugs 20 steuert.
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Der Verbrennungsmotor 22 ist ein Verbrennungsmotor, der Kohlenwasserstoffkraftstoff wie beispielsweise Benzin oder Leichtöl verbraucht, um Leistung abzugeben. Wie dies in der 2 gezeigt ist, nimmt der Verbrennungsmotor 22 eine Zufuhr der Luft auf, die durch einen Luftfilter 122 gefiltert wird und über ein Drosselventil 124 angesaugt wird, während er eine Zufuhr von Benzin aufnimmt, das durch ein Kraftstoffeinspritzventil 126 eingespritzt wird. Die Zufuhren von Luft, und Benzin werden zu einem Luft/Kraftstoffgemisch gemischt, das in eine Verbrennungskammer über ein Ansaugventil 128 eingeführt wird und für eine explosive Verbrennung mit einem elektrischen Funken einer Zündkerze 130 gezündet wird. Hin- und Herbewegungen eines Kolbens 132 mittels einer Energie der explosiven Verbrennung werden in Drehungen der Kurbelwelle 26 umgewandelt. Das von dem Verbrennungsmotor 22 kommende Abgas läuft durch einen Katalysator (Dreiwegekatalysator) 134 für das Entfernen von giftigen Bestandteilen, das heißt Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickstoffoxide (MOx), die in dem Abgas enthalten sind, und wird zur Außenluft abgegeben.
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Der Verbrennungsmotor 22 unterliegt einer Steuerung einer elektronischen Verbrennungsmotorsteuereinheit (nachstehend als Verbrennungsmotor-ECU bezeichnet) 24. Die Verbrennungsmotor-ECU 24 nimmt Signale, die die momentanen Bedingungen des Verbrennungsmotors 22 darstellen, von verschiedenen Sensoren über ihren Eingangskanal (nicht gezeigt) auf. Die Verbrennungsmotor-ECU 24 nimmt zum Beispiel über ihren Eingangskanal eine Kurbelposition oder Drehposition der Kurbelwelle 26 von einem Kurbelpositionssensor 140, eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors 22 von einem Wassertemperatursensor 142, eine Nockenposition oder Drehposition einer Nockenwelle, die das Ansaugventil 128 und ein Auslassventil für das Ansaugen und Ablassen von Gas in die und aus der Verbrennungskammer öffnet und schließt, von einem Kurbelpositionssensor 144, eine Drosselposition oder eine Position des Drosselventils 124 von einem Drosselventilpositionssensor 146, und eine Luftansaugströmung als eine Last des Verbrennungsmotors 22 von einem Vakuumsensor (nicht gezeigt) auf. Die Verbrennungsmotor-ECU 24 gibt eine Vielfalt von Antriebssignalen und Steuersignalen aus, um den Verbrennungsmotor 22 über ihren Abgabekanal (nicht gezeigt) anzutreiben und zu steuern. Zum Beispiel gibt die Verbrennungsmotor-ECU 24 über ihren Abgabekanal Antriebssignale an das Kraftstoffeinspritzventil 126 und an einen Drosselmotor 136 für das Regulieren der Position des Drosselventils 124 und Steuersignale an eine Zündspule 138, die mit einer Zündeinrichtung einstückig vorgesehen ist, und an einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus 150 für das Variieren der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ansaugventils 128 ab. Die Verbrennungsmotor-ECU 24 stellt eine Verbindung mit der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 her und empfängt Steuersignale von der elektronischen Hybridsteuereinheit 70, um den Verbrennungsmotor 22 anzutreiben und zu steuern, während Daten hinsichtlich der Antriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 22 an die elektronischen Hybridsteuereinheit 70 gemäß den Erfordernissen abgegeben werden.
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Der Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 besitzt ein Sonnenrad 31 als ein Außenzahnrad, ein Hohlrad 32 als ein Innenzahnrad, das konzentrisch mit dem Sonnenrad 31 angeordnet ist, mehrere Ritzel 33, die sich mit dem Sonnenrad 31 und dem Hohlrad 32 im Eingriff befinden, und einen Träger 34, der die Vielzahl von Ritzeln 33 so hält, dass sie sich an ihren Achsen sowohl umkreisen als auch drehen können. Der Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 ist somit als ein Planetengetriebemechanismus ausgeführt, der das Sonnenrad 31, das Hohlrad 32 und den Träger 34 als Drehelemente unterschiedlicher Bewegungen besitzt. Der Träger 34, das Sonnenrad 31 und das Hohlrad 32 des Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 sind jeweils mit der Kurbelwelle 26 des Verbrennungsmotors 22, mit dem Motor MG1 und mit dem Untersetzungsgetriebe 35 über die Hohlradwelle 32a verbunden. Wenn der Motor MG1 als ein Generator fungiert, wird die Leistung des Verbrennungsmotors 22, die durch den Träger 34 aufgegeben wird, an das Sonnenrad 31 und das Hohlrad 32 entsprechend ihrem Übersetzungsverhältnis verteilt. Wenn der Motor MG1 als ein Motor fungiert, wird andererseits die Leistung des Verbrennungsmotor 22, die durch den Träger 34 aufgegeben wird, mit der Leistung des Motors MG1, die durch das Sonnenrad 31 aufgegeben wird, zusammengeführt und wird an das Hohlrad 32 abgegeben. Die Leistung, die an das Hohlrad 32 abgegeben wird, wird durch die Hohlradwelle 32a übertragen und schließlich an Antriebsräder 63a und 63b des Hybridfahrzeugs 20 über einen Zahnradmechanismus 60 und ein Differentialgetriebe 62 weitergegeben.
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Die Motoren MG1 und MG2 sind als bekannte Synchronmotorgeneratoren ausgebildet, die sowohl als Generator als auch als Motor betrieben werden können. Die Motoren MG1 und MG2 übertragen elektrische Energie an und von einer Batterie 50 über Wechselrichter 41 und 42. Stromleitungen 54, die die Batterie 50 mit den Wechselrichtern 41 und 42 verbinden, sind als gemeinsame positive Leitung und negative Leitung aufgebaut, die durch die Wechselrichter 41 und 42 gemeinsam genutzt werden. Solch eine Verbindung ermöglicht, dass elektrische Energie, die durch einen der Motoren MG1 und MG2 erzeugt wird, durch den anderen Motor MG2 oder MG1 verbraucht wird. Die Batterie 50 kann somit mit einer überschüssigen elektrischen Leistung geladen werden, die durch einen der beiden Motoren MG1 und MG2 erzeugt wird, während sie entladen werden, um eine unzureichende elektrische Leistung zu ergänzen. Die Batterie 50 wird weder aufgeladen noch entladen, während die Aufnahme und die Abgabe der elektrischen Leistung zwischen den Motoren MG1 und MG2 ausgeglichen ist. Beide Motoren MG1 und MG2 werden durch eine elektronische Motorsteuereinheit (nachstehend als Motor-ECU 40 bezeichnet) angetrieben und gesteuert. Die Motor-ECU 40 nimmt Signale, die für das Antreiben und Steuern der Motoren MG1 und MG2 benötigt werden wie beispielsweise Signale, die die Drehpositionen des Rotors in den Motoren MG1 und MG2 von einem Drehpositionserfassungssensoren 43 und 44 darstellen, und Signale, die Phasenströme darstellen, die auf die Motoren MG1 und MG2 einwirken sollen, von elektrischen Stromsensoren (nicht gezeigt) auf. Die Motor-ECU 40 gibt Schaltsteuersignale an die Wechselrichter 41 und 42 ab. Die Motor-ECU 40 stellt eine Verbindung mit der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 her und empfängt Steuersignale von der elektronischen Hybridsteuereinheit 70, um die Motoren MG1 und MG2 anzutreiben und zu steuern, während sie Daten hinsichtlich der Antriebszustände der Motoren MG1 und MG2 an die elektronische Hybridsteuereinheit 70 gemäß den Anforderungen abgibt.
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Die Batterie 50 unterliegt einer Steuerung einer elektronischen Batteriesteuereinheit (nachstehend als Batterie-ECU bezeichnet) 52. Die Batterie-ECU 52 nimmt Signale, die für die Handhabung der Batterie 50 erforderlich sind, beispielsweise eine Spannung zwischen den Anschlüssen von einem Spannungssensor (nicht gezeigt), der sich zwischen den Anschlüssen der Batterie 50 befindet, einen elektrischen Lade-Entlade-Strom von einem elektrischen Stromsensor (nicht gezeigt), der sich in der Stromleitung 54 befindet, die mit einem Abgabeanschluss der Batterie 50 verbunden ist, und eine Batterietemperatur Tb von einem Temperatursensor 51 auf, der an der Batterie 50 angebracht ist. Die Batterie-ECU 52 gibt Daten hinsichtlich des Zustands der Batterie 50 an die elektronische Hybridsteuereinheit 70 an, indem sie gemäß den Anforderungen kommuniziert. Für die Handhabung der Batterie 50 berechnet die Batterie-ECU 52 ein verbleibendes Ladeniveau oder einen derzeitigen Ladezustand (SOC) der Batterie 50 aus einer Integration des elektrischen Lade-Entlade-Stroms, der durch den elektrischen Stromsensor (nicht gezeigt) gemessen wird.
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Die elektronische Hybridsteuereinheit 70 ist als ein Mikroprozessor ausgeführt, der eine CPU 72, einen ROM 74, der Verarbeitungsprogramme abspeichert, einen RAM 76, der Daten vorübergehend speichert, Eingabe- und Abgabeanschlüsse (nicht gezeigt) und einen Kommunikationsanschluss (nicht gezeigt) besitzt. Die elektronische Hybridsteuereinheit 70 empfängt über ihren Eingabeanschluss ein Zündsignal von einem Zündschalter 80, eine Gangschaltposition SP oder eine momentane Einstellposition eines Gangschalthebels 81 von einem Gangschaltpositionssensor 82, eine Beschleunigungsvorrichtungsöffnung Acc oder den Niederdrückbetrag eines Gaspedals 83 durch den Fahrer von einem Gaspedalpositionssensor 84, eine Bremspedalposition BP oder den Niederdrückbetrag eines Bremspedals 85 durch den Fahrer von einem Bremspedalpositionssensor 86 und eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88. Die elektronische Hybridsteuereinheit 70 stellt eine Verbindung mit der Verbrennungsmotor-ECU 24, der Motor-ECU 40 und der Batterie-ECU 52 über ihren Kommunikationsanschluss für das Empfangen und das Senden der Vielfalt von Steuersignalen und Daten von der und an die Verbrennungsmotor-ECU 24, die Motor-ECU 40 und die Batterie-ECU 52 her, wie dies vorstehend erwähnt ist.
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Das Hybridfahrzeug 20 des Ausführungsbeispiels, das den vorstehend gezeigten Aufbau besitzt, stellt eine Momentanforderung ein, die an die Hohlradwelle 32a oder die Antriebswelle entsprechend der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V und der vorgegebenen Beschleunigungsvorrichtungsöffnung Acc (Niederdrückbetrag des Gaspedals 83 durch den Fahrer) abgegeben werden soll, und treibt den Verbrennungsmotor 22 und die Motoren MG1 und MG2 so an und steuert sie, dass die Abgabe einer Leistungsanforderung sicher gestellt wird, die äquivalent zu der voreingestellten Momentanforderung der Hohlradwelle 32a ist. Es gibt verschiedene Antriebssteuerverfahren des Verbrennungsmotors 22 und der Motoren MG1 und MG2. Bei einem Momentumwandlungsantriebsverfahren werden, während Verbrennungsmotor 22 so angetrieben und gesteuert wird, dass ein erforderliches Niveau einer Leistung entsprechend der Leistungsanforderung abgegeben wird, die Motoren MG1 und MG2 so angetrieben und gesteuert, dass die gesamte Abgabeleistung des Verbrennungsmotors 22 der Drehmomentumwandlung durch den Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 und die Motoren MG1 und MG2 ausgesetzt ist, und dass sie an die Hohlradwelle 32a abgegeben wird. Bei einem Lade-Entlade-Antriebsverfahren wird der Verbrennungsmotor 22 so angetrieben und gesteuert, dass ein erforderliches Niveau einer Leistung entsprechend der Summe aus der Leistungsanforderung und der elektrischen Leistung, die für das Laden der Batterie 50 verwendet wird oder von der Batterie 50 abgegeben wird, abgegeben wird. Die Motoren MG1 und MG2 werden so angetrieben und gesteuert, dass die gesamte Abgabeleistung des Verbrennungsmotors 22 oder ein Teil der Abgabeleistung, die/der äquivalent zu der Leistungsanforderung mit dem Laden oder der Abgabe von der Batterie 50 ist, der Drehmomentumwandlung durch den Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 und die Motoren MG1 und MG2 ausgesetzt ist, und an die Hohlradwelle 32a abgegeben wird. Bei einem Motorantriebsverfahren wird der Motor MG2 so angetrieben und gesteuert, dass eine Abgabe eines erforderlichen Niveaus einer Leistung entsprechend der Leistungsanforderung an die Hohlradwelle 32a abgegeben wird, während sich der Verbrennungsmotor 22 in einem Stoppzustand befindet.
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Die Beschreibung betrachtet nun auf den Betrieb des Hybridfahrzeugs 20 des Ausführungsbeispiels, das wie vorstehend erklärt aufgebaut ist, insbesondere auf eine Reihe von Steuerungen bei einem Start des Verbrennungsmotors 22. Die 3 ist ein Flussdiagramm, das eine Startsteuerroutine zeigt, die durch die elektronische Hybridsteuereinheit 70 ausgeführt wird. Die Startsteuerroutine wird ausgelöst, indem eine der voreingestellten Startbedingungen erfüllt wird, beispielsweise im Ansprechen auf einen Abfall des momentanen Ladezustands der Batterie 50 (SOC) unter ein voreingestelltes Niveau oder im Ansprechen auf einen Anstieg der Leistungsanforderung auf ein vorbestimmtes Niveau oder darüber hinaus durch das Niederdrücken des Gaspedals 83 durch den Fahrer.
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Bei der Startsteuerroutine nimmt die CPU 72 der elektronischen Hybridsteuereinheit 70 zuerst verschiedene für die Steuerung erforderliche Daten auf, das heißt die Beschleunigungsvorrichtungssöffnung Acc von dem Gaspedalpositionssensor 84, die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88, die Drehzahlen Nm1 und Nm2 der Motoren MG1 und MG2, eine Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 und einen Aufnahmegrenzwert Win und einen Abgabegrenzwert Wout der Batterie 50 (Schritt S100). Die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 wird aus der Kurbelposition, die durch den Kurbelpositionssensor 140 erfasst wird, der an der Kurbelwelle 26 angebracht ist, berechnet und wird von der Verbrennungsmotor-ECU 24 durch die Verbindung aufgenommen. Die Drehzahlen Nm1 und Nm2 der Motoren MG1 und MG2 werden aus den Drehpositionen der Rotoren in den Motoren MG1 und MG2, die durch die Drehpositionserfassungssensoren 43 und 44 erfasst werden, berechnet und werden von der Motor-ECU 40 durch die Verbindung aufgenommen. Die Temperatur Tb der Batterie 50 wird durch den Temperatursensor 51, der an der Batterie 50 angebracht ist, gemessen und wird von der Batterie-ECU 52 durch die Verbindung aufgenommen. Der Aufnahmegrenzwert Win und der Abgabegrenzwert Wout der Batterie 50 werden basierend auf der Temperatur Tb der Batterie 50, die durch den Temperatursensor 51 gemessen wird, und den gemessenen momentanen Aufladezustand (SOC) der Batterie 50 eingestellt und werden von der Batterie-ECU 52 durch die Verbindung aufgenommen.
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Nach der Datenaufnahme stellt die CPU 72 eine Antriebsmomentanforderung Tr*, die an die Antriebswelle oder die Hohlradwelle 32a abgegeben werden soll, und eine Fahrzeugleistungsanforderung P*, die für das Antreiben des Hybridfahrzeugs 20 erforderlich ist, basierend auf der aufgenommenen Beschleunigungsvorrichtungsöffnung Acc und der aufgenommenen Fahrzeuggeschwindigkeit V (Schritt S110) ein. Ein konkreter Ablauf für das Einstellen der Antriebsmomentanforderung Tr* bei diesem Ausführungsbeispiel speichert vorab Veränderungen der Antriebsmomentanforderung Tr* gegenüber der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung Acc und der Fahrzeuggeschwindigkeit V als eine Antriebsmomentanforderungseinstellabbildung in dem ROM 74 und liest die Antriebsmomentanforderung Tr* entsprechend der vorgegebenen Beschleunigungsvorrichtungsöffnung Acc und der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V aus der Abbildung ein. Ein Beispiel der Antriebsmomentanforderungseinstellabbildung ist in der 4 gezeigt. Die Fahrzeugleistungsanforderung P* wird als die Summe aus dem Produkt der Antriebsmomentanforderung Tr* und einer Drehzahl Nr der Hohlradwelle 32a oder der Antriebswelle, einer Lade-Entlade-Leistungsanforderung Pb* der Batterie 50 und einem potentiellen Verlust Loss berechnet. Die Drehzahl Nr der Hohlradwelle 32a wird dadurch erhalten, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit V mit einem Umwandlungskoeffizienten k multipliziert wird.
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Nach dem Einstellen der Antriebsmomentanforderung Tr* und der Fahrzeugleistungsanforderung P* wird eine Verbrennungsmotorleistungsforderung Pe*, die von dem Verbrennungsmotor 22 abgegeben werden soll, basierend auf der Fahrzeugleistungsanforderung P* eingestellt (Schritt S120). Die Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* stellt eine erforderliche Leistung dar, die von dem Verbrennungsmotor 22 unmittelbar nach einem Start des Verbrennungsmotors 22 abgegeben werden soll.
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Die Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* wird dann mit einem voreingestellten Grenzwert Pref verglichen (Schritt S130). Der Grenzwert Pref ist als eine erforderliche Leistung für eine plötzliche Beschleunigung des Hybridfahrzeugs 20 eingestellt und hängt von dem Leistungsvermögen des Verbrennungsmotors 22 und dem Gesamtgewicht des Hybridfahrzeugs 20 ab, das mit dem Verbrennungsmotor 22 ausgestattet ist. Wenn die Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* geringer als der voreingestellte Grenzwert Pref ist, gibt die CPU 72 eine Anweisung zum Einstellen einer begrenzten Öffnung an das Drosselventil 124 aus, so dass die Luftansaugströmung verringert wird (Schritt S140). Wenn die Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* nicht geringer als der voreingestellte Grenzwert Pref ist, gibt die CPU 72 andererseits eine Anweisung zum Einstellen einer Standardöffnung an das Drosselventil 124 aus, so dass die Luftansaugströmung entsprechend der Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* geregelt wird (Schritt S150). Die begrenzte Öffnung ergibt eine verringerte Luftansaugströmung, so dass ein ruhiger Start des Verbrennungsmotors 22 mit einer Steuerung einer potentiellen Vibration, die durch die Zündung des Verbrennungsmotors 22 hervorgerufen wird, sichergestellt ist. Die Standardöffnung ergibt eine normale Luftansaugströmung, so dass eine Abgabe eines erforderlichen Niveaus der Antriebskraft, die äquivalent zu der Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* ist, die basierend auf der Fahrzeugleistungsanforderung P* eingestellt wird, von dem Verbrennungsmotor 22 sicher gestellt ist. Das wahlweise Einstellen der Öffnung des Drosselventils 124 stellt einen ruhigen Start des Verbrennungsmotors 22 unter der Bedingung einer Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe*, die geringer als der voreingestellte Grenzwert Pref ist, sicher, während eine schnelle Abgabe der erforderlichen Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor unter der Bedingung der Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe*, die nicht geringer ist als der voreingestellte Grenzwert Pref ist, sicher gestellt ist.
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Die CPU 72 stellt anschließend einen Drehmomentbefehl Tm1* des Motors MG1 entsprechend der Eingangsdrehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 ein (Schritt S160). Veränderungen des Drehmomentbefehls Tm1* des Motors MG1 und der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 mit der Zeit sind in 5 gezeigt. Der Steuerablauf stellt den Drehmomentbefehl Tm1* des Motors MG1 durch den Einstufungsvorgang auf ein relativ hohes Moment ein und hebt die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 unmittelbar nach einem Zeitpunkt t1 schnell an, wenn ein Startbefehl des Verbrennungsmotors 22 gegeben wurde. Nach einem Zeitpunkt t2, an dem die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 durch einen Resonanzdrehzahlbereich läuft, wird der Drehmomentbefehl Tm1* auf ein bestimmtes Drehmomentniveau eingestellt, das ein stabiles Anlassen des Verbrennungsmotors 22 sicher stellt, so dass die Drehzahl Ne auf einen Bezugswert Nref angehoben wird. Solch eine Einstellung schont den Energieverbrauch und verringert das Niveau der Reaktionskraft, die auf die Hohlradwelle 32a oder die Antriebswelle aufgebracht wird. Der Drehmomentbefehl Tm1* beginnt sich durch den Einstufungsprozess bei einem Zeitpunkt t3 auf den Wert Null zu verringern, wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 den Bezugswert Nref erreicht. Der Drehmomentbefehl Tm1* wird dann nach einem Zeitpunkt t5 auf ein bestimmtes Drehmomentniveau für die Energieerzeugung eingestellt, wenn ein Start einer explosiven Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 22 erfasst wird. Unmittelbar nach der Ausgabe des Startbefehls des Verbrennungsmotors 22 wird der Drehmomentbefehl Tm1* auf ein ausreichend hohes Drehmoment eingestellt. Das Nomogramm der 6 zeigt eine dynamische Beziehung der Drehelemente in diesem Zustand, die sich in dem Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus befinden. Die linke Achse ”S” stellt die Drehzahl des Sonnenrads 31 dar, die äquivalent zu der Drehzahl Nm1 des Motors MG1 ist. Die mittlere Achse ”C” stellt die Drehzahl des Trägers 34 dar, die äquivalent zu der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 ist. Die rechte Achse ”R” stellt die Drehzahl Nr des Hohlrads 32 dar, die dadurch Multiplizieren erhalten wird, dass die Drehzahl Nm2 des Motors MG2 mit einem Übersetzungsverhältnis Gr des Untersetzungsgetriebes 35 multipliziert wird.
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Nach dem Einstellen des Drehmomentbefehls Tm1* des Motors MG1 berechnet die CPU 72 anschließend eine Drehmomentbegrenzung Tmax als eine maximale Momentabgabe von dem Motor MG2 gemäß der Gleichung (1), die im Folgenden angegeben ist (Schritt S170): Tmax = (Wout – Tm1*·Nm1)/Nm2 (1)
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Die Drehmomentbegrenzung Tmax ist dadurch vorgegeben, dass eine Differenz zwischen dem Abgabegrenzwert Wout der Batterie 50 und einem Energieverbrauch (Energieerzeugung) des Motors MG1, die dem Produkt des Drehmomentbefehls Tm1* und der momentanen Eingangsdrehzahl Nm1 des Motors MG1 entspricht, durch die momentane Eingangsdrehzahl Nm2 des Motors MG2 geteilt wird. Die CPU 72 berechnet dann ein vorläufiges Motordrehmoment Tm2tmp, das von dem Motor MG2 abgegeben werden soll, aus der Antriebsmomentanforderung Tr*, dem Drehmomentbefehl Tm1* des Motors MG1, einem Übersetzungsverhältnis ρ des Leistungsverteilungs/zusammenführungsmechanismus 30 und dem Übersetzungsverhältnis Gr des Untersetzungsgetriebes 35 gemäß der Gleichung (2), die im Folgenden angegeben ist (Schritt S180): Tm2tmp = (Tr* + Tm1*/ρ)/Gr (2)
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Die CPU 72 vergleicht die berechnete Drehmomentbegrenzung Tmax mit dem berechneten vorläufigen Motormoment Tm2tmp und stellt einen Drehmomentbefehl Tm2* des Motors MG2 auf den kleineren Wert ein (Schritt S190). Das Einstellen des Drehmomentbefehls Tm2* des Motors MG2 auf den kleineren Wert begrenzt die Antriebsmomentanforderung Tr*, die an die Hohlradwelle 32a oder der Antriebswelle abgegeben werden soll, in dem Bereich der Abgabebegrenzung der Batterie 50. Die Gleichung (2) ergibt sich aus dem Nomogramm der 6.
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Die Drehmomentenbefehle Tm1* und Tm2* der Motoren MG1 und MG2 werden zu der Motor-ECU 40 gesendet (Schritt S200). Die Motor-ECU 40 empfängt die Drehmomentenbefehle Tm1* und Tm2* und führt eine Schaltsteuerung der Schaltelemente, die sich in den Wechselrichtern 41 und 42 befinden, so aus, dass der Motor MG1 mit dem Drehmomentbefehl Tm1* angetrieben wird und der Motors MG2 mit dem Drehmomentbefehl Tm2* angetrieben wird.
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Die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 wird dann mit dem Bezugswert Nref verglichen (Schritt S210). Der Bezugswert Nref stellt eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 22 für das Starten einer Kraftstoffeinspritzsteuerung und einer Zündungssteuerung dar und wird beispielsweise auf 800 Upm oder 1000 Upm eingestellt. Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 den Bezugswert Nref bei dem Schritt S210 nicht überschreitet, wird der Ablauf der Schritte S100 bis S200, die oben erklärt sind, wiederholt ausgeführt. Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 22 den Bezugswert Nref bei Schritt S210 überschreitet, gibt die CPU 72 einen Startbefehl für die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündsteuerung aus (Schritt S220). Dieser Startbefehl wird lediglich einmal ausgegeben und wird nicht wiederholt ausgegeben. Der Ablauf der Schritte S100 bis S210 wird wiederholt, bis ein Starts einer explosiven Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 22 erfasst wird (Schritt S230). Im Ansprechen auf die Erfassung eines Starts einer explosiven Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 22 gibt die CPU 72 die Anweisung für das Einstallen der Standardöffnung an das Drosselventil 124 aus (Schritt S240) und verlässt die Startsteuerroutine.
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Auf die Beendigung dieser Startsteuerroutine hin wird eine Antriebssteuerroutine (nicht gezeigt) so ausgeführt, dass das Hybridfahrzeug 20 mit den Leistungen des Verbrennungsmotors 22 und der Motoren MG1 und MG2 angetrieben wird.
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Wie dies oben beschrieben ist, startet das Hybridfahrzeug 20 des Ausführungsbeispiels den Verbrennungsmotor 22 im Wesentlichen unter der Bedingung der beschränkten Öffnung des Drosselventils 124. Dies dämpft potentielle Schwingungen effektiv, die durch die Zündung bei einem Start des Verbrennungsmotors 22 hervorgerufen werden. Wenn der Fahrer bei einem Start des Verbrennungsmotors auf das Gaspedal 83 tritt, so dass sich die Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* auf den oder über den Grenzwert Pref hinaus erhöht, regelt der Steuerablauf das Drosselventil 124 auf die Standardöffnung. Dies stellt eine schnelle Abgabe der vom Fahrer geforderten Leistung bei dem Start des Verbrennungsmotors 22 sicher.
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Das Hybridfahrzeug 20 des Ausführungsbeispiels stellt den Grenzwert Pref als die erforderliche Leistung für eine plötzliches Beschleunigen des Fahrzeugs ein. Der Grenzwert Pref ist allerdings nicht auf solch eine Einstellung beschränkt, sondern kann auf eine Leistung, die größer als die erforderliche Leistung für das plötzliche Beschleunigen des Fahrzeugs ist, oder auf eine Leistung eingestellt werden, die kleiner als die erforderliche Leistung für das plötzliche Beschleunigen des Fahrzeugs ist. Der Steuerablauf des Ausführungsbeispiels regelt das Drosselventil 124 auf die Standardöffnung, so dass die Luftansaugströmung entsprechend der Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* sicher gestellt ist, wenn die Verbrennungsmotorleistungsanforderung Pe* nicht geringer ist als der Grenzwert Pref ist. Ein abgewandelter Ablauf kann das Drosselventil 124 auf eine voreingestellten Öffnung regeln, die größer als die begrenzte Öffnung aber kleiner als die Standardöffnung ist. Ein anderer abgewandelter Ablauf kann die Öffnung des Drosselventils 124 so auf einen fixen Wert einstellen, dass eine fixe Luftansaugströmung unabhängig von einer Veränderung der Motorleistungsanforderung Pe* sicher gestellt ist.
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Das Hybridfahrzeug 20 des Ausführungsbeispiels regelt die Öffnung des Drosselventils 124 bei einem Start des Ankurbelns. Das Drosselventil 124 kann unmittelbar bevor einem Start der Kraftstoffeinspritzsteuerung und der Zündsteuerung geregelt werden. Die Regelung des Drosselventils kann nämlich mit einem Start einer Kraftstoffeinspritzsteuerung und einer Zündsteuerung synchronisiert werden. Diese Abwandlung regelt die Öffnung des Drosselventils 124 lediglich unmittelbar vor der Zündung bei einem Start des Verbrennungsmotors 22 und erspart dabei die doppelte Regelung des Drosselventils 124.
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Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das Hybridfahrzeug 20, das mit der automatischen Start-Stopp-Vorrichtung für den Verbrennungsmotor der Erfindung ausgestattet ist. Die automatische Start-Stopp-Vorrichtung für den Verbrennungsmotor kann an jedem Fahrzeug angebracht sein, das sich von dem Kraftfahrzeug unterscheidet, beispielsweise an Schienenfahrzeugen, sowie an jeglichen sich bewegenden Objekten inklusive Schiffen, Booten und Flugzeugen. Die automatische Start-Stopp-Vorrichtung für den Verbrennungsmotor kann ebenso in einem stationären Ausrüstungsgegenstand wie beispielsweise einer Konstruktionsmaschine ausgebildet sein. Die automatische Start-Stopp-Vorrichtung für den Verbrennungsmotor kann auch an Kraftfahrzeugen ohne die Motoren MG1 und MG2 oder Ähnlichem montiert sein, beispielsweise an Kraftfahrzeugen, die ein Leerlauf-Stopp-System besitzen. Die Prinzipien der Erfindung sind auf jegliche Systeme anwendbar, die ein automatisches Stoppen und ein automatisches Starten des Verbrennungsmotors bewirken.
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Der Steuerablauf des Ausführungsbeispiels stellt die Leistungsanforderung im Ansprechen auf das Niederdrücken des Gaspedals 83 durch den Fahrer ein und steuert den Verbrennungsmotor 22 und die Motoren MG1 und MG2. Die Technik der Erfindung ist auch auf jegliches System ohne Bediener anwendbar, das automatisch eine abzugebende Leistungsanforderung einstellt, zum Beispiel automatische Züge und Schiffe.
