DE112012003748T5 - Hybridfahrzeug und Verfahren zum Festlegen von Spezifikationen einer Brennkraftmaschine und eines Motorgenerators in einem Hybridfahrzeug - Google Patents

Hybridfahrzeug und Verfahren zum Festlegen von Spezifikationen einer Brennkraftmaschine und eines Motorgenerators in einem Hybridfahrzeug Download PDF

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c/o Mazda Motor Corp. Ohsumi Toshihiko
c/o Mazda Motor Corp. Fukuba Hitoshi
c/o Mazda Motor Corp. Kaneishi Junji
c/o Mazda Motor Corp. Kato Yasuhiko
c/o Mazda Motor Corp. Mera Mitsugu
c/o Mazda Motor Corp. Fujimoto Mashiko
c/o Mazda Motor Corp. Yokota Kazuya
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Mazda Motor Corp
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Abstract

Ein Hybridfahrzeug (100) ist ein Parallelhybridfahrzeug, das einen Motor-Generator (5) umfasst, der zwischen einer Brennkraftmaschine (1) und einem Getriebe (62) angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine (1) ist ausgelegt, um in einem Betriebsbereich niedriger Last mageren Betrieb durchzuführen. Das Hybridfahrzeug ist so ausgelegt, dass eine Drehzahl bei einem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators (5) innerhalb eines Drehzahlbereichs (Xa) liegt, der einem Teil niedrigerer Drehzahl (a) eines Betriebsbereichs (A) mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine (1) entspricht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Parallelhybridfahrzeuge, die einen zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehenen Motor-Generator umfassen, sowie Verfahren zum Festlegen von Spezifikationen der Brennkraftmaschine und des Motors-Generators in dem Hybridfahrzeug.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Es sind Hybridfahrzeuge bekannt, die eine Brennkraftmaschine und einen Motor-Generator umfassen. Ein Beispiel für solche Hybridfahrzeuge umfasst ein Parallelhybridfahrzeug (z. B. Patentschrift 1). Räder des Parallelhybridfahrzeugs werden zum Beispiel in einem Betriebsbereich, in dem die Last relativ niedrig ist, von dem Motor-Generator angetrieben, wogegen die Räder in einem Betriebsbereich, in dem die Last relativ mittel ist, und in einem Betriebsbereich, in dem die Last relativ hoch ist, nur von der Brennkraftmaschine oder von der Brennkraftmaschine und dem Motor-Generator angetrieben werden. Wenn die Geschwindigkeit des Parallelhybridfahrzeugs reduziert ist, führt das Fahrzeug durch den Motor-Generator einen regenerativen Betrieb durch, um eine Batterie zu laden. Selbst wenn die Räder des Parallelhybridfahrzeugs nur von der Brennkraftmaschine angetrieben werden, kann es einen Fall geben, bei dem die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem die Last größer oder gleich einem Drehmoment ist, das von dem Fahrzeug gefordert wird, und zu einer hohen Kraftstoffverbrauchseffizienz führt, während der Motor-Generator durch ein überschüssiges Drehmoment betrieben wird, das das von dem Fahrzeug geforderte Drehmoment übersteigt, wodurch Leistung erzeugt wird.
  • Liste der Anführungen
  • Patentschrift
    • PATENTSCHRIFT 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr2004-27849
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wie vorstehend beschrieben schwankt die Effizienz der Brennkraftmaschine abhängig von dem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, und es ist natürlich bevorzugt, die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich hoher Effizienz zu betreiben. Das Hybridfahrzeug umfasst aber auch einen Motor-Generator, und der Motor-Generator weist einen Betriebsbereich auf, in dem der Motor-Generator hohe Effizienz bieten kann. D. h. in dem Fall des Hybridfahrzeugs kann das Streben nach Effizienz allein der Brennkraftmaschine nicht die Effizienz des gesamten Systems verbessern, und somit müssen andere Elemente als die Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.
  • Die hier offenbarte Methode wurde im Hinblick auf die vorstehend erörterten Probleme entwickelt. Eine Aufgabe der Methode besteht darin, die Effizienz des gesamten Systems des Hybridfahrzeugs zu verbessern.
  • Lösung des Problems
  • Die hier offenbarte Methode ist auf ein Verfahren zum Festlegen von Spezifikationen einer Brennkraftmaschine und eines Motors-Generators eines Parallelhybridfahrzeugs gerichtet, bei dem der Motor-Generator zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine ist ausgelegt, um in einem Betriebsbereich niedriger Last mageren Betrieb durchzuführen. Das Verfahren umfasst: Festlegen der Spezifikationen der Brennkraftmaschine und des Motors-Generators, so dass eine Drehzahl bei einem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb eines Drehzahlbereichs liegt, der einem Teil niedrigerer Drehzahl eines Betriebsbereichs entspricht, in dem ein Verhältnis von Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu maximaler Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich einem vorbestimmten Verhältnis ist.
  • Wenn der Betriebsbereich der Brennkraftmaschine in zwei Bereiche unterteilt ist, einen niedrigen Lastbereich und einen hohen Lastbereich, kann der Begriff ”niedrige Last” in der Spezifikation dem niedrigen Lastbereich entsprechen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist das Hybridfahrzeug ein Parallelhybridfahrzeug, bei dem ein Motor-Generator zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehen ist. Daher gibt es den Fall, bei dem sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Motor-Generator gleichzeitig betrieben werden. Wenn zum Beispiel die Brennkraftmaschine mit einer Last betrieben wird, die größer oder gleich einem Drehmoment ist, das von dem Fahrzeug gefordert wird, und ein überschüssiges Drehmoment verwendet wird, um den Motor-Generator zu betrieben, wird elektrische Leistung erzeugt, während die Antriebsräder angetrieben werden. Da in diesem Fall der Motor-Generator zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist, dreht der Motor-Generator bei der gleichen Drehzahl wie die Brennkraftmaschine. Wenn daher die Drehzahl an dem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt ist, der dem Betriebsbereich entspricht, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, ist es möglich, die Brennkraftmaschine in dem Betriebsbereich zu betreiben, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz hoch ist, und gleichzeitig ist es möglich, den Motor-Generator bei der Drehzahl zu betreiben, bei der die Leistungserzeugungseffizienz hoch ist. Da hier entsprechend der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Brennkraftmaschine den mageren Betrieb in dem Betriebsbereich niedriger Last durchführt, ist die Kraftstoffverbraucheffizienz in dem Betriebsbereich niedriger Last verbessert. Dadurch wird der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, auf eine niedrigere Last und ferner auf eine niedrigere Drehzahl ausgeweitet. Wenn sich der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, in der Richtung der Drehzahl erstreckt, steigt der Freiheitsgrad, wenn die Drehzahl an dem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt wird, der dem Betriebsbereich entspricht, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird in einer solchen Situation die Drehzahl bei dem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt, der dem Teil niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs entspricht, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich einem vorbestimmten Verhältnis ist. Wenn bei dieser Konfiguration die Brennkraftmaschine und der Motor-Generator bei einer Drehzahl betrieben werden, bei der sowohl die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine als auch die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators hoch sind, kann auch der Widerstand des Getriebes reduziert werden. D. h. der Widerstand des Getriebes steigt, wenn die Drehzahl steigt. Somit kann der Teil niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich dem vorbestimmten Verhältnis ist, ein Teil des Betriebsbereichs sein, in dem der Widerstand des Getriebes klein ist. Wenn die Drehzahl des Motors-Generators bei der maximalen Leistungserzeugungseffizienz innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt wird, der dem Teil niedrigerer Drehzahl entspricht, kann das Betreiben der Brennkraftmaschine und des Motors-Generators bei einer Drehzahl, bei der sowohl die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine als auch die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators hoch sind, zwangsläufig den Widerstand des Getriebes reduzieren.
  • Zudem ist eine hierin offenbarte Technik auf ein Parallelhybridfahrzeug gerichtet, welches umfasst: eine Brennkraftmaschine; ein Getriebe; und einen Motor-Generator, der zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine ist ausgelegt, um einen mageren Betrieb in einem Betriebsbereich niedriger Last durchzuführen, und eine Drehzahl bei einem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators liegt innerhalb eines Drehzahlbereichs, der einem Teil niedrigerer Drehzahl eines Betriebsbereichs entspricht, in dem ein Verhältnis von Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu maximaler Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich einem vorbestimmten Verhältnis ist.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist das Hybridfahrzeug ein Parallelhybridfahrzeug, bei dem ein Motor-Generator zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehen ist. Daher gibt es den Fall, bei dem sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Motor-Generator gleichzeitig betrieben werden. Wenn zum Beispiel die Brennkraftmaschine mit einer Last betrieben wird, die größer oder gleich einem Drehmoment ist, das von dem Fahrzeug gefordert wird, und ein überschüssiges Drehmoment verwendet wird, um den Motor-Generator zu betrieben, wird elektrische Leistung erzeugt, während die Antriebsräder angetrieben werden. Da in diesem Fall der Motor-Generator zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist, dreht der Motor-Generator bei der gleichen Drehzahl wie die Brennkraftmaschine. Wenn daher die Drehzahl an dem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt ist, der dem Betriebsbereich entspricht, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, ist es möglich, die Brennkraftmaschine in dem Betriebsbereich zu betreiben, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz hoch ist, und gleichzeitig ist es möglich, den Motor-Generator bei der Drehzahl zu betreiben, bei der die Leistungserzeugungseffizienz hoch ist. Da hier entsprechend der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Brennkraftmaschine den mageren Betrieb in dem Betriebsbereich niedriger Last durchführt, ist die Kraftstoffverbraucheffizienz in dem Betriebsbereich niedriger Last verbessert. Dadurch wird der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, auf eine niedrigere Last und ferner auf eine niedrigere Drehzahl ausgeweitet. Wenn sich der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, in der Richtung der Drehzahl erstreckt, steigt der Freiheitsgrad, wenn die Drehzahl an dem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt wird, der dem Betriebsbereich entspricht, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird in einer solchen Situation die Drehzahl bei dem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb des Drehzahlbereichs festgelegt, der dem Teil niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs entspricht, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich einem vorbestimmten Verhältnis ist. Wenn bei dieser Konfiguration die Brennkraftmaschine und der Motor-Generator bei einer Drehzahl betrieben werden, bei der sowohl die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine als auch die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators hoch sind, kann auch der Widerstand des Getriebes reduziert werden.
  • Das vorbestimmte Verhältnis kann 95% betragen.
  • Wenn bei dieser Konfiguration, wie vorstehend beschrieben, die Brennkraftmaschine und der Motor-Generator bei einer Drehzahl betrieben werden, bei der sowohl die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine als auch die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators hoch sind, kann das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz 95% oder höher sein.
  • Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine kann größer oder gleich 13 sein, und bei dem mageren Betrieb kann die Brennkraftmaschine ein Überschussluftverhältnis von größer oder gleich 2 oder ein G/F von größer oder gleich 30 aufweisen und eine Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung zulassen.
  • Bei einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Konfiguration kann der Bereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, zu einem Betriebsbereich ausgeweitet werden, in dem die Last niedrig ist und die Drehzahl niedrig ist. Dadurch können der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, und der maximale Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators bei einer möglichst niedrigen Drehzahl aufeinander abgestimmt werden. Somit ist es möglich, den Widerstand des Getriebes weiter zu reduzieren.
  • Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine kann größer oder gleich 13 sein, und ein Verhältnis eines effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu einem effektiven Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine kann in einem Betriebsbereich niedrigerer Last höher als in einem Betriebsbereich höherer Last sein.
  • Bei einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Konfiguration kann der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, analog zu einem Betriebsbereich ausgeweitet werden, in dem die Last niedrig ist und die Drehzahl niedrig ist. Dadurch können der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, und der maximale Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators bei einer möglichst niedrigen Drehzahl aufeinander abgestimmt werden. Somit ist es möglich, den Widerstand des Getriebes weiter zu reduzieren.
  • Wenn von dem Fahrzeug geforderte Leistung in einem Zustand angehoben wird, in dem die Brennkraftmaschine in dem Teil niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs betrieben wird, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich dem vorbestimmten Verhältnis ist, wird der Betriebszustand in dem Teil niedrigerer Drehzahl gesteuert.
  • D. h. selbst wenn die von dem Fahrzeug geforderte Leistung steigt, wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in dem Teil niedrigerer Drehzahl eines Betriebsbereichs gesteuert, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich dem vorbestimmten Verhältnis ist. Daher kann ein Zustand, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine hoch ist, die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators hoch ist und der Widerstand des Getriebes niedrig ist, bestmöglich gehalten werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Brennkraftmaschine in einem Zustand betrieben werden, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine, die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators und die Effizienz des Getriebes allesamt hoch sind, so dass die Effizienz des gesamten Systems des Hybridfahrzeugs verbessert werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Leistungsübertragungssystem eines Hybridfahrzeugs schematisch veranschaulicht.
  • 2 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Brennkraftmaschinensystems schematisch veranschaulicht.
  • 3(A) und 3(B) sind Ansichten, die Effizienzeigenschaften der Brennkraftmaschine und des Motors-Generators veranschaulichen, wobei 3(A) ein Kraftstoffverbraucheffizienz-Kennfeld der Brennkraftmaschine ist und 3(B) ein Leistungserzeugungseffizienz-Kennfeld des Motors-Generators ist.
  • 4 ist ein Graph, der die Beziehung des Getriebes zu der Eingangsumdrehung veranschaulicht.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. 1 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Leistungsübertragungssystems eines Hybridfahrzeugs.
  • Ein Hybridfahrzeug 100 umfasst eine Benzinbrennkraftmaschine (nachstehend einfach als ”Brennkraftmaschine” bezeichnet) 1, eine Kupplung 61, einen Motor-Generator 5, ein Getriebe 62, Antriebsräder 63, 63 und eine Batterie 64 und ist ein so genanntes Parallelhybridfahrzeug. Die Brennkraftmaschine 1 ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, wie sie später näher beschrieben wird, und ist eine so genannte mager verbrennende Brennkraftmaschine, die ausgelegt ist, um ein Kraftstoff/Luft-Gemisch zumindest in einem Teillast-Betriebsbereich abzumagern. Die Kupplung 61 ist ausgelegt, um das Verbinden des Motor-Generators 5 mit der Brennkraftmaschine 1 und das Ablösen desselben von dieser umzuschalten. Der Motor-Generator 5 treibt die Antriebsräder 63, 63 an, während er die Batterie 64 durch Durchführen eines regenerativen Betriebs während Geschwindigkeitsverminderung lädt. Das Getriebe 62 ist ein Automatikgetriebe mit einem Drehmomentwandler. Das Getriebe 62 ist mittels eines Zahnrads mit einer Radantriebswelle 63a der Antriebsräder 63, 63 verbunden, so dass Leistung übertragen werden kann. Das Getriebe 62 überträgt Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 zu den Antriebsrädern 63, 63.
  • Bei dem Hybridfahrzeug 100 sind die Brennkraftmaschine 1, der Motor-Generator 5 und das Getriebe 62 in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die Kupplung 61 ist hier zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Motor-Generator 5 dazwischen gesetzt. Bringt man die Kupplung 61 in einen eingerückten Zustand, verbindet dies die Brennkraftmaschine 1 mit dem Motor-Generator 5. In diesem Fall läuft das Hybridfahrzeug 100 nur unter Verwenden der Leistung der Brennkraftmaschine 1 oder läuft unter Verwenden der Leistung des Motors-Generators 5 zusätzlich zu der Leistung der Brennkraftmaschine 1. Wenn das Hybridfahrzeug 100 nur unter Verwenden der Leistung der Brennkraftmaschine 1 läuft, gibt es auch den Fall, da ein Teil der Leistung der Brennkraftmaschine 1 verwendet wird, um den Motor-Generator 5 zu betreiben, um die Batterie zu laden, während das Fahrzeug fährt. Wenn dagegen die Kupplung 61 gelöst wird, wird die Brennkraftmaschine 1 von dem Motor-Generator 5 getrennt. Dies ist der Zustand, in dem das Hybridfahrzeug 100 nur unter Verwenden der Leistung des Motors-Generators 5 läuft.
  • Nachstehend wird ein Brennkraftmaschinensystem des Hybridfahrzeugs 100 näher beschrieben. 2 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration des Brennkraftmaschinensystems schematisch veranschaulicht. Das Brennkraftmaschinensystem umfasst die Brennkraftmaschine (Brennkraftmaschinenkörper) 1, verschiedene der Brennkraftmaschine 1 zugeordnete Aktoren, verschiedene Sensoren und ein Steuergerät 4, das ausgelegt ist, um die Aktoren beruhend auf Signalen von den Sensoren zu steuern. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Zylinderblock 12 und einen Zylinderkopf 13, der auf dem Zylinderblock 12 platziert ist. In dem Zylinderblock 12 sind mehrere Zylinder 11 (wovon nur einer in 2 gezeigt ist) ausgebildet. In dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf 13 ist ein (nicht gezeigter) Wassermantel, durch den Kühlwasser strömt, ausgebildet.
  • In jeden Zylinder 11 ist ein Kolben 15 gleitend eingeführt und legt einen Brennraum 17 zusammen mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13 fest. In dieser Ausführungsform ist in einer Bodenfläche des Kolbens 15 ein ausgesparter Abschnitt ausgebildet. Pro Zylinder 11 sind zwei Einlassöffnungen 18, wovon eine in 2 gezeigt ist, in dem Zylinderkopf 13 ausgebildet. Jeder Einlasskanal 18 ist in einer unteren Fläche des Zylinderkopfs 13 (einer Deckenfläche des Zylinderkopfs 13, die eine obere Fläche des Brennraums 17 bildet) offen, um mit dem Brennraum 17 zu kommunizieren. Analog sind pro Zylinder 11 zwei Auslassöffnungen 19 in dem Zylinderkopf 13 ausgebildet. Jede Auslassöffnung 19 ist in der Deckenfläche des Zylinderkopfs 13 offen, um mit dem Brennraum 17 zu kommunizieren. Die Einlassöffnung 18 ist mit einem (nicht gezeigten) Einlasskanal verbunden, durch den neue Luft in den Zylinder 11 eingeleitet wird. In dem Einlasskanal ist eine Drosselklappe 20, die zum Anpassen des Ansaugluftdurchsatzes ausgelegt ist, eingebaut. Die Drosselklappe 20 erhält ein Steuersignal von dem Steuergerät, um die Stellung der Drosselklappe 20 anzupassen. Die Auslassöffnung 19 ist dagegen mit einem Auslasskanal 65 verbunden (siehe 1), durch den ein verbranntes Gas (Abgas) von jedem Zylinder 11 strömt. In dem Auslasskanal 65 ist, wie in 1 gezeigt, ein Abgasreiniger 66 mit einem oder mehreren Katalysatoren angeordnet.
  • Wie in der Figur gezeigt sind ein Einlassventil 21 und ein Auslassventil 22 jeweils angeordnet, um die Einlassöffnung 18 und die Auslassöffnung 19 von dem Brennraum 17 abzusperren (zu verschließen). Das Einlassventil 21 wird von einem Einlassventilantriebsmechanismus angetrieben. Das Auslassventil 22 wird von einem Auslassventilantriebsmechanismus angetrieben. Das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 arbeiten bei einer vorbestimmten Zeitsteuerung wechselnd, um die Einlassöffnung 18 und die Auslassöffnung 19 jeweils zu öffnen und zu schließen, um Gas in dem Zylinder 11 auszutauschen. Der Einlassventilantriebsmechanismus und der Auslassventilantriebsmechanismus weisen jeweils eine Einlassnockenwelle und eine Auslassnockenwelle (nicht gezeigt) auf, die mit einer Kurbelwelle treibend verbunden sind. Diese Nockenwellen drehen synchron mi der Drehung der Kurbelwelle. Zumindest der Einlassventilantriebsmechanismus beider Antriebsmechanismen umfasst zudem einen hydraulischen oder mechanischen Mechanismus für variable Ventilzeitsteuerung (VVT) 23, der die Phase der Einlassnockenwelle innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs kontinuierlich variieren kann. Ein Mechanismus für kontinuierlichen variablen Ventilhub (CVVL), der den Grad des Ventilhubs kontinuierlich variieren kann, kann zusammen mit dem VVT-Mechanismus 23 vorgesehen werden.
  • An dem Zylinderkopf 13 ist durch eine bekannte Struktur, wie etwa eine Schraube, eine Zündkerze 24 angebracht. In dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 24 relativ zu der Mittelachse des Zylinders 11 zu einer Auslassseite geneigt und weist eine Spitze (Elektrode) auf, die einem Deckenabschnitt des Brennraums 17 zugewandt ist. Zu beachten ist, dass die Position der Zündkerze 24 nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Ein Zündsystem 25 erhält von dem Steuergerät 4 ein Steuersignal und liefert der Zündkerze 24 elektrische Energie, um bei einem erwünschten Zündzeitpunkt einen Funken zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Zündsystem 25 einen Plasmaerzeugungskreis umfassen, und die Zündkerze 24 kann ein Plasmaerzeugungskreis sein.
  • Das Kraftstoffeinspritzventil 26 ist in dieser Ausführungsform entlang der Mittelachse des Zylinders 11 angeordnet und ist durch eine bekannte Struktur wie etwa eine Halterung an dem Zylinderkopf 13 angebracht. Eine Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 26 ist der Mitte des Deckenabschnitts des Brennraums 17 zugewandt. Zu beachten ist, dass die Position des Kraftstoffeinspritzventils 26 nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 26 kann Kraftstoffeinspritzventil mit mehreren Einspritzlöchern sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Ein Kraftstoffzufuhrsystem 27 umfasst ein Kraftstoffzufuhrsystem zum Liefern von Kraftstoff zu dem Kraftstoffeinspritzventil 26 und einen Stromkreis zum Antreiben des Kraftstoffeinspritzventils 26. Der Stromkreis erhält ein Steuersignal von dem Steuergerät 4, um das Kraftstoffeinspritzventil 26 so zu betreiben, dass eine erwünschte Menge Kraftstoff bei einem vorbestimmten Zeitpunkt in den Brennraum 17 eingespritzt wird. In dieser Ausführungsform ist der Kraftstoff für die Brennkraftmaschine 1 hier Benzin. Es können aber verschiedene Arten von Verflüssigungskraftstoff, einschließlich Leichtöl und Bioethanol, sowie verschiedene Arten von gasförmigem Kraftstoff, einschließlich Erdgas, entsprechend verwendet werden.
  • Das Steuergerät 4 umfasst ein Hauptsteuergerät 4A, ein Brennkraftmaschinensteuergerät 4B, das ausgelegt ist, um die Brennkraftmaschine 1 zu steuern, und ein Motorsteuergerät 4C, das ausgelegt ist, um den Motor-Generator 5 zu steuern. Das Steuergerät 4 ist ein Steuergerät, das einen bekannten Mikrocomputer als Grundlage nutzt, und umfasst einen Zentralrechner (CPU) zum Ausführen eines Programms, einen Speicher, der RAM, ROM oder dergleichen umfasst und das Programm und Daten speichert, und einen Eingabe-/Ausgabe(I/O)-Bus, mittels dessen ein elektrisches Signal eingegeben/ausgegeben wird. Zu beachten ist, dass das Hauptsteuergerät 4A, das Brennkraftmaschinensteuergerät 4B und das Motorsteuergerät 4C als Steuergeräte ausgelegt sein können, die voneinander getrennt sind, oder als ein Steuergerät ausgelegt sein können.
  • Das Steuergerät 4 erhält mindestens ein Signal, das mit dem Ansaugluftdurchsatz in Verbindung steht, von einem Luftstromsensor 41, ein Kurbelwinkelpulssignal von einem Kurbelwinkelsensor 42, ein Gaspedalstellungssignal von einem Gaspedalstellungssensor 43 zum Detektieren des Betrags, um den ein Gaspedal getreten wird, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 44. Das Steuergerät 4, insbesondere das Hauptsteuergerät 4A, berechnet die von dem Fahrzeug geforderte Leistung beruhend auf diesen Eingangssignalen, und beruhend auf der geforderten Leistung ermittelt das Steuergerät 4 den Inhalt der Steuerung für die Brennkraftmaschine 1 und den Motor-Generator 5. Beruhend auf der geforderten Leistung ermittelt das Hauptsteuergerät 4A zum Beispiel, ob die Brennkraftmaschine 1 zu betreiben ist oder ob der Motor-Generator 5 zu betreiben ist. Wenn der Motor-Generator 5 zu betreiben ist, ermittelt das Hauptsteuergerät 4A, ob der Motor-Generator 5 als Generator oder als Motor betrieben wird. Zudem ermittelt das Hauptsteuergerät 4A die Sollausgangsleistung der Brennkraftmaschine 1 und/oder des Motors-Generators 5. Entsprechend der Anweisung von dem Hauptsteuergerät 4A steuern das Brennkraftmaschinensteuergerät 4B und das Motorsteuergerät 4C die Brennkraftmaschine 1 bzw. den Motor-Generator 5. Beruhend auf der Sollausgangsleistung berechnet das Brennkraftmaschinensteuergerät 4B Parameter wie etwa ein erwünschtes Drosselöffnungsstellungssignal, einen Kraftstoffeinspritzpuls, ein Zündsignal und ein Ventilphasenwinkelsignal. Das Brennkraftmaschinensteuergerät 4B gibt diese Signale zu der Drosselklappe 20 (einem Drosselaktor, der die Drosselklappe 20 bewegt), dem Kraftstoffzufuhrsystem 27, dem Zündsystem 25, dem VVT-Mechanismus 23, etc. aus. Beruhend auf der Anweisung von dem Hauptsteuergerät 4A lässt das Motorsteuergerät 4C den Motor-Generator 5 als Generator arbeiten oder lässt den Motor-Generator 5 als Motor arbeiten. Wenn der Motor-Generator 5 als Motor arbeiten darf, steuert das Motorsteuergerät 4C beruhend auf der Zielausgangsleistung die von der Batterie 64 zu dem Motor-Generator 5 gelieferte elektrische Energie. Der Inhalt der Steuerung für die Brennkraftmaschine 1 und den Motor-Generator 5 werden später näher beschrieben.
  • Hier wird die Brennkraftmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform mit einem hohen Verdichtungsverhältnis festgelegt, bei dem das geometrische Verdichtungsverhältnis ε größer oder gleich 13 und kleiner oder gleich 40 ist. Zudem weist zumindest in einem Teillast-Betriebsbereich (mit anderen Worten in einem Betriebsbereich von niedriger Last bis zu mittlerer Last) die Brennkraftmaschine 1 einen Betriebsbereich auf, in dem die Brennkraftmaschine 1 einen mageren Betrieb durchführt. In diesem Betriebsbereich ist das Überschussluftverhältnis λ auf 2 oder höher (vorzugsweise 2,5 oder höher) und 8 oder weniger gesetzt, oder das G/F (Gas/Kraftstoff-Verhältnis, das das Verhältnis der Kraftstoffmenge zu der AGR-Gas-Menge und neuer Luft darstellt) ist auf 30 oder höher und 120 oder weniger gesetzt, wodurch das Kraftstoff/Luft-Gemisch abgemagert wird.
  • Zudem ist in dem Betriebsbereich niedriger Last bis mittlerer Last der Brennkraftmaschine 1 die Schließzeit des Einlassventils so eingestellt, dass sie um einen vorbestimmten Betrag später als der untere Totpunkt ist, so dass das effektive Ausdehnungsverhältnis höher als das effektive Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine 1 ist. Zu beachten ist, dass die Schließzeit des Einlassventils so eingestellt werden kann, dass sie früher als der untere Totpunkt ist, so dass das effektive Ausdehnungsverhältnis höher als das effektive Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine 1 ist. In einem Betriebsbereich hoher Last der Brennkraftmaschine 1 wird das Einlassventil nicht so gesteuert, und somit ist das effektive Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen gleich dem effektiven Ausdehnungsverhältnis. D. h. in der Brennkraftmaschine 1 ist das Verhältnis des effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu dem effektiven Verdichtungsverhältnis in dem Betriebsbereich niedriger Last bis mittlerer Last höher als in dem Betriebsbereich hoher Last. Zu beachten ist, dass in dem Betriebsbereich niedriger Last bis mittlerer Last der Brennkraftmaschine 1 das Verhältnis des effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu dem effektiven Verdichtungsverhältnis abhängig von der Last verändert werden kann, so dass das Verhältnis des effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu dem effektiven Verdichtungsverhältnis steigt, wenn die Last sinkt.
  • In dem Fall, da bei der Brennkraftmaschine 1 das Überschussluftverhältnis λ = 1 in dem Betriebsbereich hoher Last, der Volllast einschließt, wenn die Brennkraftmaschine 1 warm ist, wird zudem ein Fremdzündungsmodus, bei dem die Zündkerze 24 gesteuert wird, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch in dem Brennraum 17 zu zünden, verwendet. In dem anderen Betriebsbereich (mit anderen Worten in dem Betriebsbereich mittlerer Last bis niedriger Last), in dem das Überschussluftverhältnis λ auf 2–8 gesetzt ist (oder das G/F auf 30–120 gesetzt ist), wird ein Kompressionszündungsmodus, bei dem das Kraftstoff/Luft-Gemisch in dem Brennraum 17 durch Kompression gezündet wird, verwendet. Der Kompressionszündmodus kann in dem gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 verwendet werden. Selbst in dem Kompressionszündmodus kann die Kompressionsselbstzündung durch Zündung vor dem oberen Totpunkt der Verdichtung und nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung (Zündunterstützung) in einem Betriebsbereich, in dem die Kompressionsselbstzündung schwer herbeizuführen ist, gefördert werden.
  • Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 1 eine wärmeisolierte Struktur, die in dem Brennraum 17 vorgesehen ist. D. h. in der Brennkraftmaschine 1 wird eine Wärmeisolierung des Brennraums 17 mit dem hohen Verdichtungsverhältnis und der Abmagerung kombiniert. Auf diese Weise wird in der Brennkraftmaschine 1 die angegebene Wärmeeffizienz einer Brennkraftmaschine angehoben, wodurch die Kraftstoffverbrauchsleistung verglichen mit einer herkömmlichen Kraftstoffverbrauchsleistung signifikant verbessert wird.
  • Im Einzelnen wird wie vorstehend beschrieben das geometrische Verdichtungsverhältnis ε in der Brennkraftmaschine 1 auf 13 oder größer und 40 oder kleiner festgelegt. Die theoretische Wärmeeffizienz ηth in dem Ottozyklus, der ein theoretischer Zyklus ist, ist gegeben durch den Ausdruck: ηth = 1 – 1/(εκ-1). Je höher das Verdichtungsverhältnis ε ist, desto höher ist die theoretische Wärmeeffizienz ηth. Je höher das Verhältnis der spezifischen Wärme κ eines Gases ist, mit anderen Worten je höher das Überschussluftverhältnis λ ist, desto höher ist zudem die theoretische Wärmeeffizienz ηth.
  • Die angegebene Wärmeeffizienz einer Brennkraftmaschine (korrekt gesagt einer Brennkraftmaschine, die mit keiner wärmeisolierten Struktur eines Brennraums versehen ist) erreicht aber bei einem vorbestimmten geometrischen Verdichtungsverhältnis ε (z. B. etwa 15) einen Spitzenwert. Ein weiteres Steigern des geometrischen Verdichtungsverhältnisses ε steigert nicht die angegebene Wärmeeffizienz, sondern verringert vielmehr die angegebene Wärmeeffizienz. Dies liegt daran, dass bei Steigern des geometrischen Verdichtungsverhältnisses um die Menge des Kraftstoffs und bei Halten der Menge der Ansaugluft je höher das Verdichtungsverhältnis ist, desto höher der Verbrennungsdruck und die Verbrennungstemperatur steigen. D. h. ein Kühlverlust aufgrund von Wärmedissipation mittels Oberflächen, die den Brennraum 17 festlegen, wird ermittelt durch den Ausdruck: Kühlverlust = Wärmeübergangsrate × Wärmeübertragungsfläche × (Gastemperatur – Temperatur der festlegenden Fläche), und je höher der Druck und die Temperatur eines Verbrennungsgases sind, desto höher ist die Wärmeübergangsrate. Daher bedeutet ein Erhöhen des Verbrennungsdrucks und der Verbrennungstemperatur ein Steigern des Kühlverlusts. Je höher das geometrische Verdichtungsverhältnis ist, desto niedriger ist dadurch die angegebene Wärmeeffizienz der Brennkraftmaschine. Wenn wie vorstehend beschrieben das geometrische Verdichtungsverhältnis angehoben wird, um die angegebene Wärmeeffizienz der Brennkraftmaschine zu steigern, während das Kraftstoff/Luft-Gemisch abgemagert wird, steigt der Kühlverlust, so dass die angegebene Wärmeeffizienz nicht weiter steigt, nachdem die angegebene Wärmeeffizienz einen Wert erreichte, der signifikant niedriger als die theoretische Wärmeeffizienz ist.
  • Die wärmeisolierte Struktur des Brennraums 17 wird dagegen auch in der Brennkraftmaschine 1 verwendet, so dass die angegebene Wärmeffizienz bei einen hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis ε steigt. D. h. die Wärmeisolierung des Brennraums 17 reduziert den Kühlverlust, wodurch die angegebene Wärmeeffizienz steigt.
  • Ein einfaches Reduzieren des Kühlverlusts durch die Wärmeisolierung des Brennraums 17 trägt dagegen nicht viel zu einer Verbesserung der angegebenen Wärmeeffizienz bei, da die Reduzierung des Kühlverlusts zu dem Abgasverlust umgewandelt wird. Bei der Brennkraftmaschine 1 wird aber wie vorstehend beschrieben das Ausdehnungsverhältnis durch Steigern des Verdichtungsverhältnisses gesteigert, wodurch die Energie des Verbrennungsgases entsprechend der Reduzierung beim Kühlverlust effizient in mechanische Arbeit umgewandelt wird. D. h. die Brennkraftmaschine 1 nimmt eine Konfiguration an, bei der sowohl der Kühlverlust als auch der Abgasverlust reduziert sind, wodurch die angegebene Wärmeeffizienz signifikant verbessert wird.
  • Hier wird die Überschussluft λ berücksichtigt. Wenn das Überschussluftverhältnis λ kleiner als 2 wird, steigt die maximale Verbrennungstemperatur in den Brennraum 17, so dass RohNOx aus dem Brennraum 17 freigesetzt werden kann. Wie vorstehend beschrieben wird bei der Brennkraftmaschine 1 neben dem Kühlverlust auch der Abgasverlust reduziert. Daher weist die Brennkraftmaschine eine relativ niedrige Abgastemperatur auf und ist für die Aktivierung eines Katalysators nachteilig. Daher ist es bevorzugt, die Freisetzung von RohNOx aus dem Brennraum 17 zu vermeiden oder zu reduzieren. Um die Freisetzung zu vermeiden oder zu reduzieren, wird das Überschussluftverhältnis λ bevorzugt auf 2 oder höher gesetzt. Das Überschussluftverhältnis λ wird mit anderen Worten bevorzugt innerhalb des Bereichs, in dem die maximale Verbrennungstemperatur in dem Brennraum 17 kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur, zum Beispiel 1800 K (Kelvin), ist, als Temperatur, bei der RohNOx erzeugt werden kann, festgelegt. Wenn zum Beispiel in dem Teillast-Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 die maximale Verbrennungstemperatur die vorbestimmte Temperatur übersteigt, wenn die Last steigt (wenn mit anderen Worten das Überschussluftverhältnis λ aufgrund einer Zunahme der Kraftstoffeinspritzmenge steigt), betreibt das Brennkraftmaschinen-Steuergerät 4B die Brennkraftmaschine 1 vorzugsweise mit dem reduzierten Überschussluftverhältnis λ.
  • Gemäß Untersuchungen der Erfinder vorliegenden Anmeldung erreicht die angegebene Wärmeeffizienz dagegen einen Spitzenwert, wenn das Überschussluftverhältnis λ 8 ist. Daher ist der Bereich des Überschussluftverhältnisses λ vorzugsweise größer oder gleich 2 und kleiner oder gleich 8. Zu beachten ist, dass in dem Hochlastbetriebsbereich, der die Volllast der Brennkraftmaschine 1 umfasst, das Überschussluftverhältnis λ weiter verringert werden kann, indem dem Drehmoment Priorität gegeben wird, zum Beispiel so dass λ = 1 oder λ ≥ 1. Der Wertbereich des Überschussluftverhältnisses λ ist ein bevorzugter Bereich in den Betriebsbereichen mittlerer Last und niedriger Last der Brennkraftmaschine 1.
  • Das Abmagern des Kraftstoff/Luft-Gemisches bedeutet das Öffnen der Drosselklappe 20, und somit kann das Abmagern durch Reduzieren von Gasaustauschverlust (Pumpverlust) zur Verbesserung der angegebenen Wärmeeffizienz beitragen.
  • Nachstehend wird die wärmeisolierte Struktur des Brennraums 17 näher beschrieben. Wie ebenfalls in 2 gezeigt ist, ist der Brennraum 17 durch eine Wandfläche des Zylinders 11, die Bodenfläche des Kolbens 15, die untere Fläche (die Deckenfläche) des Zylinderkopfs 13 und Flächen von Ventilköpfen des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 festgelegt. Diese Flächen sind mit wärmeisolierenden Sperren 31, 32, 33, 34 und 35 mit einer später beschriebenen Konfiguration versehen, wodurch dem Brennraum 17 eine wärmeisolierende Eigenschaft verliehen wird. Diese wärmeisolierenden Sperren 31–35 können nachstehend auch kollektiv durch Hinzufügen des Bezugszeichens ”3” zu dem Begriff ”wärmeisolierende Sperre” bezeichnet werden. Die wärmeisolierende Sperre 3 kann an allen oder einigen der festlegenden Flächen vorgesehen werden. In dem gezeigten Beispiel ist zudem die wärmeisolierende Sperre 31 an der Zylinderwandfläche an einer Stelle über Kolbenringen 14 vorgesehen, wobei sich der Kolben 15 an dem oberen Totpunkt befindet, was zu einer Konfiguration führt, bei der die Kolbenringe 14 nicht auf der wärmeisolierenden Sperre 31 gleiten. Zu beachten ist, dass die wärmeisolierende Sperre 31 an der Zylinderwandfläche nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Die wärmeisolierende Sperre 31 kann nach unten verlängert werden, um über dem vollen Hub des Kolbens 15 oder einem Teil des Hubs des Kolbens 15 vorgesehen zu werden. Eine wärmeisolierende Sperre kann an Öffnungswandflächen der Einlassöffnung 18 und der Auslassöffnung 19 nahe den Durchbrüchen vorgesehen werden, die der Deckenfläche des Brennraums 17 zugewandt sind, wenngleich die Öffnungswandflächen nicht Wandflächen sind, die den Brennraum 17 festlegen. Zu beachten ist, dass die Dicke jeder der wärmeisolierenden Sperren 31–35, die in 2 gezeigt sind, ein reines Beispiel zeigt, aber nicht der tatsächlichen Dicke entspricht und nicht die Dickenbeziehung unter den wärmeisolierenden Sperren auf den Flächen angibt.
  • Da die wärmeisolierenden Sperren 31–35 die Wärmedissipation des Verbrennungsgases in dem Brennraum mittels der festlegenden Flächen reduzieren, wird die Wärmeleitfähigkeit der wärmeisolierenden Sperren 31–35 niedriger als die Wärmeleitfähigkeit eines Grundmaterials aus Metall festgelegt, das den Brennraum 17 bildet. Hier dient der Zylinderblock 12 als Grundmaterial für die wärmeisolierende Sperre 31, die auf der Wandfläche des Zylinders 11 vorgesehen ist. Der Kolben 15 dient als Grundmaterial für die wärmeisolierende Sperre 32, die auf der Bodenfläche des Kolbens 15 vorgesehen ist. Der Zylinderkopf 13 dient als Grundmaterial für die wärmeisolierende Sperre 33, die auf der Deckenfläche des Zylinderkopfs 13 vorgesehen ist. Das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 dienen als Grundmaterialien für die wärmeisolierenden Sperren 34 und 35, die jeweils an den Ventilkopfflächen des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 vorgesehen sind. Somit ist die Art der Grundmaterialien für den Zylinderblock 12, den Zylinderkopf 13 und den Kolben 15 eine Aluminiumlegierung oder ein Grauguss, und die Art der Grundmaterialien für das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 ist ein hitzebeständiger Stahl oder ein Grauguss. Da aber, wie vorstehend beschrieben, der Abgasverlust in der Brennkraftmaschine 1 reduziert ist, wird die Abgastemperatur signifikant verringert. Daher wird der hitzebeständige Stahl nicht unbedingt insbesondere für das Auslassventil 22 verwendet. Bei dem Auslassventil 22 ist es möglich, ein Material (z. B. eine Aluminiumlegierung) zu verwenden, das bei herkömmlichen Konfigurationen nicht verwendet werden kann oder schwer zu verwenden ist.
  • Zudem ist die volumetrische spezifische Wärme der wärmeisolierenden Sperre 3 vorzugsweise niedriger als die des Grundmaterials, um den Kühlverlust zu reduzieren. D. h. die Gastemperatur in dem Brennraum 17 schwankt, wenn der Verbrennungszyklus abläuft. Bei der herkömmlichen Brennkraftmaschine, die mit keiner wärmeisolierten Struktur des Brennraums versehen ist, strömt aber Kühlwasser in dem in dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock gebildeten Wassermantel, so dass die den Brennraum 17 festlegenden Flächen unabhängig vom Ablaufen des Verbrennungszyklus eine im Wesentlichen konstante Temperatur halten. Der Kühlverlust wird andererseits beruhend auf dem folgenden Ausdruck ermittelt: Kühlverlust = Wärmeübergangsrate × Wärmeübertragungsfläche × (Gastemperatur – Temperatur der festlegenden Flächen). Je größer die Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der Wandfläche ist, desto größer ist daher der Kühlverlust. Um den Kühlverlust zu reduzieren, ist es bevorzugt, die Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der Kühlflächen zu reduzieren. Wenn aber, wie vorstehend beschrieben, die den Brennraum 17 festlegenden Flächen bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden, ist es unvermeidlich, dass die Temperaturdifferenz groß wird, wenn die Gastemperatur variiert. Somit ist es bevorzugt, die Wärmekapazität der wärmeisolierenden Sperre 3 zu reduzieren, so dass die Temperatur der den Brennraum 17 festlegenden Flächen variiert, um der Änderung der Gastemperatur in dem Brennraum 17 zu folgen.
  • Das Reduzieren der Wärmekapazität der wärmeisolierenden Sperre 3 ist auch beim Reduzieren des Abgasverlustes vorteilhaft. D. h. wenn die Wärmekapazität der wärmeisolierenden Sperre groß ist, sinkt die Temperatur der festlegenden Flächen nicht, selbst wenn die Temperatur in dem Brennraum 17 sinkt, doch wird die Temperatur in dem Brennraum 17 bei einem hohen Wert gehalten, da der Brennraum 17 die wärmeisolierte Struktur aufweist. Dies führt zu einem Steigern des Abgasverlusts, was die Verbesserung der Wärmeeffizienz der Brennkraftmaschine 1 unterbindet. In dem Fall, da die Wärmekapazität der wärmeisolierenden Sperre 3 reduziert ist, sinkt dagegen dann, wenn die Temperatur des Brennraums 17 sinkt, die Temperatur der festlegenden Flächen, um der Temperatur des Brennraums 17 zu folgen. Somit ist es möglich zu vermeiden, dass die Temperatur in dem Brennraum 17 bei einem hohen Wert gehalten wird. Das Reduzieren der Wärmekapazität der wärmeisolierenden Sperre 3 kann daher zusätzlich zum Reduzieren des Kühlverlusts durch die vorstehend beschriebene Temperaturfolgefähigkeit auch beim Reduzieren des Abgasverlusts vorteilhaft sein.
  • Die wärmeisolierende Sperre 3 kann eine Folie aus Zirkoniumoxid (ZrO2) oder teilweise stabilisiertem Zirkoniumoxid (PSZ) sein, die an der Wandfläche des Zylinders 11, der Bodenfläche des Kolbens 15, der Deckenfläche des Zylinderkopfs 13 und den Ventilkopfflächen des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22, d. h. den festlegenden Flächen, die den Brennraum 17 festlegen, zum Beispiel durch Plasmaspritzen ausgebildet ist. Da Zirkoniumoxid oder teilweise stabilisiertes Zirkoniumoxid eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine relativ niedrige volumetrische spezifische Wärme aufweist, wird die wärmeisolierende Sperre 3, die eine Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die des Grundmaterials ist, und eine volumetrische spezifische Wärme, die kleiner oder gleich der volumetrischen spezifischen Wärme des Grundmaterials ist, aufweist, ausgebildet.
  • Als Nächstes wird die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 mit einer solchen Konfiguration beschrieben. 3(A) zeigt ein Kraftstoffverbraucheffizienz-Kennfeld der Brennkraftmaschine 1. Die durchgehende Linie von 3(A) ist eine Kurve gleicher Kraftstoffeffizienz, die Punkt gleicher Kraftstoffverbraucheffizienz verbindet und eine Trennlinie zwischen Bereichen anzeigt. Die gestrichelte Linie ist eine Kurve gleicher Leistung, die Punkte gleicher Leistung (Pferdestärke) verbindet und eine Trennlinie zwischen Bereichen anzeigt. Das Kraftstoffverbraucheffizienz-Kennfeld zeigt die Kraftstoffverbraucheffizienzeigenschaft einer einzelnen Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffverbraucheffizienz der einzelnen Brennkraftmaschine kann zum Beispiel durch Beurteilen der einzelnen Brennkraftmaschine unter Verwenden eines Prüfstandtestgeräts ausgewertet werden.
  • Die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 ist niedrig, wenn die Drehzahl zu langsam oder zu schnell ist und die Last zu klein oder zu groß ist. Ein Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 maximal ist, befindet sich im Einzelnen nahe der Mitte des Kennfelds. Von nahe der Mitte des Kennfelds nimmt die Kraftstoffverbraucheffizienz ab, wenn die Drehzahl reduziert oder angehoben wird oder die Last reduziert oder angehoben wird. Ein Bereich A in 3(A) ist ein Betriebsbereich, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz 95% beträgt (nachstehend einfach als ”Betriebsbereich mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz” bezeichnet). Wie vorstehend beschrieben ist die Kraftstoffverbrauchleistung der Brennkraftmaschine 1 wesentlich verbessert, und ein Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz hoch ist, ist ausgeweitet. Der Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz ist im Einzelnen sowohl in der Richtung der Drehzahl als auch der Richtung der Last ausgeweitet. Zum Beispiel ist die Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz kleiner als 1/3 der Nenndrehzahl und beträgt im Einzelnen etwa 1000 U/min. Die maximale Drehzahl in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz beträgt dagegen etwa 3000 U/min. Die Mindestlast der Brennkraftmaschine 1 in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz erstreckt sich zudem unter die halbe Brennkraftmaschinenvolllast.
  • Als Nächstes wird die Effizienz des Motors-Generators 5 beschrieben. 3(B) zeigt ein Leistungserzeugungseffizienz-Kennfeld des Motors-Generators 5. Die durchgehende Linie von 3(B) ist eine Kurve gleicher Kraftstoffeffizienz, die Punkt gleicher Leistungserzeugungseffizienz verbindet und eine Trennlinie zwischen Bereichen anzeigt.
  • Die maximale Effizienz der Leistungserzeugung des Motors-Generators 5 nach der vorliegenden Ausführungsform beträgt 95%. Ein maximaler Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz befindet sich an einer Stelle, an der die Last relativ niedrig ist. Die Spitzenerzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 erreicht an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz einen Spitzenwert und sinkt, wenn die Drehzahl reduziert oder angehoben wird oder die Last reduziert oder angehoben wird. Im Einzelnen sinkt die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 drastisch, wenn verglichen mit einem Anheben der Drehzahl die Drehzahl reduziert wird.
  • Hier ist die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 (d. h. die Drehzahl, bei der die Leistungserzeugungseffizienz maximal ist), in einem Drehzahlbereich Xa enthalten, der einem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht (d. h. ein unterer von zwei gleichen Teilen, in den der Betriebsbereich A bezüglich der Drehzahl unterteilt ist). In dem vorstehend beschriebenen Beispiel erstreckt sich der Drehzahlbereich Xa, der dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht, von 1000 U/min zu 2500 U/min, wobei die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 enthalten ist. Bevorzugter liegt die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 innerhalb eines Drehzahlbereichs Xb (1000–1600 U/min in dem vorstehend beschriebenen Beispiel), der einem 20%igen Teil b des unteren Teils des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Alternativ ist die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 kleiner als 1/3 der Nenndrehzahl der Brennkraftmaschine 1.
  • Das Steuergerät 4 steuert die Brennkraftmaschine 1 und den Motor-Generator 5 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration in der nachstehend beschriebenen Weise.
  • Im Einzelnen treibt das Steuergerät 4 die Antriebsräder 63, 63 nur durch die Leistung des Motors-Generators 5 in einem Betriebsbereich an, in dem die Last sehr niedrig ist (dieser Betriebsbereich wird auch als ”Motorbetriebsbereich” bezeichnet), und treibt die Antriebsräder 63, 63 durch die Leistung mindestens der Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebsbereich an, in dem die Last höher als die Last in dem Motorbetriebsbereich ist (dieser Betriebsbereich wird auch als ”Brennkraftmaschinenbetriebsbereich” bezeichnet).
  • Der Motorbetriebsbereich ist ein Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 reduziert ist. Der Motorbetriebsbereich ist zum Beispiel ein Betriebsbereich, in dem die Last niedriger als die Last in dem Betriebsbereich 1 mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz ist. In diesem Betriebsbereich wird die Kupplung 61 gelöst, wodurch die Brennkraftmaschine 1 von dem Motor-Generator 5 getrennt wird. Der Motor-Generator 5 wird durch elektrische Leistung von der Batterie 64 betrieben, um die Antriebsräder 63, 63 anzutreiben. Auf diese Weise läuft das Hybridfahrzeug 100 in dem Motorbetriebsbereich nur durch Leistung von dem Motor-Generator 5.
  • Der Brennkraftmaschinenbereich ist ein Betriebsbereich, in dem die Last höher als die Last in dem Motorbetriebsbereich ist. Dieser Betriebsbereich umfasst einen ersten Betriebsbereich, in dem Strom durch einen Teil der Leistung von der Brennkraftmaschine 1 erzeugt wird, während das Fahrzeug durch den Rest der Leistung angetrieben wird, und einen zweiten Betriebsbereich, in dem die gesamte Leistung von der Brennkraftmaschine 1 zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird.
  • Im Einzelnen ist der erste Betriebsbereich ein Betriebsbereich, in dem ein von dem Fahrzeug gefordertes Drehmoment niedriger als eine Last ist, was das Betreiben der Brennkraftmaschine 1 bei einer bevorzugten Kraftstoffverbraucheffizienz ermöglicht. In dem ersten Betriebsbereich wird dem von dem Fahrzeug geforderten Drehmoment ein Überschussdrehmoment zugegeben, wodurch das von dem Fahrzeug geforderte Drehmoment auf die Last erhöht wird, die das Betreiben der Brennkraftmaschine 1 bei einer bevorzugten Kraftstoffverbraucheffizienz ermöglicht, und in diesem Zustand wird die Brennkraftmaschine 1 betrieben. Das Überschussdrehmoment der ausgegebenen Drehmomentleistung wird auf diese Weise zum Betreiben des Motors-Generators 5 verwendet, und das von dem Fahrzeug geforderte Drehmoment, das der Rest des ausgegebenen Drehmoments ist, wird zum Antreiben der Antriebsräder 63, 63 verwendet. D. h. in dem ersten Betriebsbereich erzeugt das Hybridfahrzeug 100 durch einen Teil des ausgegebenen Drehmoments der Brennkraftmaschine 1 elektrischen Strom, während das Hybridfahrzeug 100 unter Verwenden des verbleibenden Drehmoments läuft.
  • Zum Beispiel ist der erste Betriebsbereich ein Betriebsbereich, in dem die Last niedriger als die Last in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz und höher als die Last in dem Motorbetriebsbereich ist. D. h. der Motorbetriebsbereich und der erste Betriebsbereich des Brennkraftmaschinenbetriebsbereichs befinden sich an einer Stelle, an der die Last niedriger als die Last in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz ist. In dem ersten Betriebsbereich erreicht das von dem Fahrzeug geforderte Drehmoment nicht die Last des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz. Daher wird dem von dem Fahrzeug geforderten Drehmoment ein Überschussdrehmoment zugegeben, so dass das ausgegebene Drehmoment die Last des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz erreicht, und in diesem Zustand wird die Brennkraftmaschine 1 betrieben. D. h. das von dem Fahrzeug geforderte Drehmoment entspricht dem ersten Betriebsbereich, doch in der Praxis wird die Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebszustand in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz betrieben.
  • Der zweite Betriebsbereich ist ein Betriebsbereich, in dem die Last höher als die Last in dem ersten Betriebsbereich ist, wobei der zweite Betriebsbereich einen Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine 1 bei einer bevorzugten Kraftstoffverbraucheffizienz betrieben werden kann, und einen Betriebsbereich, in dem die Last höher als die Last in dem Betriebsbereich ist, in dem die Brennkraftmaschine 1 bei einer bevorzugten Kraftstoffverbraucheffizienz betrieben werden kann, umfasst. In dem zweiten Betriebsbereich wird die Brennkraftmaschine 1 bei einer Last entsprechend dem von dem Fahrzeug geforderten Drehmoment betrieben. Das gesamte ausgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 wird zum Antreiben der Antriebsräder 63, 63 verwendet. In diesem Fall gibt der Motor-Generator 5 im Allgemeinen weder Leistung aus noch erzeugt er Strom. D. h. das Hybridfahrzeug 100 läuft unter Verwenden von Leistung allein von der Brennkraftmaschine 1. Wenn hier das ausgegebene Drehmoment von der Brennkraftmaschine 1 allein unzureichend ist, wird der Motor-Generator 5 durch die elektrische Leistung der Batterie 64 betrieben, und die Leistung der Brennkraftmaschine 1 und die Leistung des Motors-Generators 5 werden verwendet, um die Antriebsräder 63, 63 anzutreiben. Selbst wenn zudem das ausgegebene Drehmoment von der Brennkraftmaschine 1 allein unzureichend ist, wenn der Ladebetrag der Batterie 64 ungenügend ist, wird die Brennkraftmaschine 1 in einem Zustand betrieben, in dem ein durch Zugeben des Überschussdrehmoments zu dem von dem Fahrzeug geforderten Drehmoment erhaltenes Drehmoment ausgegeben wird. Das Überschussdrehmoment wird verwendet, um elektrischen Strom zu erzeugen, d. h. um den Motor-Generator 5 zu betreiben, und das von dem Fahrzeug geforderte Drehmoment, das das verbleibende Drehmoment ist, wird verwendet, um die Antriebsräder 63, 63 anzutreiben.
  • Wie vorstehend beschrieben weist das Hybridfahrzeug 100 nach der vorliegenden Ausführungsform einen Betriebsbereich auf, in dem die Brennkraftmaschine 1 und der Motor-Generator 5 beide betrieben werden. Bei dem Hybridfahrzeug 100 ist der Motor-Generator 5 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 62 in Reihe verbunden. Daher dreht der Motor-Generator 5 bei der gleichen Drehzahl wie die Brennkraftmaschine 1, wenn die Brennkraftmaschine 1 und der Motor-Generator 5 beide betrieben werden. Wie vorstehend beschrieben ist hier die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 in dem Drehzahlbereich enthalten, der dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Wenn daher die Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebsbereich hoher Effizienz betrieben wird, wird der Motor-Generator 5 zwangsweise bei einer Drehzahl betrieben, bei der die Leistungserzeugungseffizienz hoch ist. Selbst wenn dagegen der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 Priorität gegeben wird, um die Brennkraftmaschine 1 bei einer Drehzahl zu betreiben, bei der die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 56 hoch ist, bedeutet dies zwangsweise, dass die Brennkraftmaschine 1 in dem Betriebsbereich hoher Effizienz betrieben wird.
  • Hier ist die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 in dem Drehzahlbereich enthalten, der dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A hoher Effizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Wenn die Brennkraftmaschine 1 und der Motor-Generator 5 daher bei einer Drehzahl betrieben werden, bei der sowohl die Effizienz der Brennkraftmaschine 1 als auch die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 hoch sind, kann auch der Widerstand des Getriebes 62 reduziert werden. D. h. die Verlustleistung des Getriebes 62 steigt, wenn die eingegebene Drehzahl steigt. 4 zeigt die Beziehung der Verlustleistung zu der eingegebenen Drehzahl des Getriebes. In 4 ist die Beziehung der Verlustleistung zu der eingegebenen Drehzahl des Getriebes für jede der Getriebegangpositionen gezeigt. Der Bewegungswiderstand und der Reibungswiderstand des Getriebes 62 steigen, wenn die Drehzahl steigt, und somit steigt die Verlustleistung des Getriebes 62. D. h. wenn der maximale Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 auf den Betriebsbereich A hoher Effizienz der Brennkraftmaschine 1 bei einer möglichst niedrigen Drehzahl abgestimmt ist, kann auch der Widerstand des Getriebes 62 bei Betreiben der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 bei hoher Effizienz verringert werden. Auf diese Weise können die Brennkraftmaschine 1, der Motor-Generator 5 und das Getriebe 62 gleichzeitig bei hoher Effizienz betrieben werden.
  • Wenn die von dem Fahrzeug geforderte Leistung steigt, während die Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebszustand betrieben wird, der sich in dem zweiten Betriebsbereich und in dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz befindet, wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 in dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz geändert. D. h. selbst wenn die Leistung der Brennkraftmaschine 1 erhöht wird, kann die hohe Kraftstoffverbraucheffizienz gehalten werden, solange der Betriebszustand innerhalb des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz gesteuert wird. Wenn aber die Leistung der Brennkraftmaschine 1 durch Steigern der Drehzahl angehoben wird, steigt der Widerstand des Getriebes 62, wenn die Drehzahl steigt. Um das Problem beim Anheben der Leistung der Brennkraftmaschine 1 zu lösen, wird das Drehmoment statt die Drehzahl angehoben, wodurch die Drehzahl so niedrig wie möglich gehalten wird. Auf diese Weise kann die Leistung der Brennkraftmaschine 1 gesteigert werden, während der Widerstand des Getriebes 62 gesteuert wird. Vorzugsweise wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 in dem 20% Teil b des unteren Teils des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz geändert, um die Leistung zu steigern. Im Einzelnen wird das Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 entlang der Trennlinie an der Seite niedrigerer Drehzahl des Teils a niedrigerer Drehzahl angehoben, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine 1 angehoben wird.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden somit die Spezifikationen der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 so festgelegt, dass die Drehzahl bei dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 in dem Drehzahlbereich Xa enthalten ist, der dem Teil a niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die Effizienz des gesamten Systems des Hybridfahrzeugs 100 zu verbessern.
  • D. h. bei dem Hybridfahrzeug 100 nach der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor-Generator 5 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 62 angeschlossen. Wenn daher ein Teil der Leistung der Brennkraftmaschine 1 verwendet wird, um den Motor-Generator 5 zu betreiben, um Strom zu erzeugen, und gleichzeitig die verbleibende Leistung verwendet wird, um die Antriebsräder 63, 63 anzutreiben, dreht der Motor-Generator 5 bei der gleichen Drehzahl wie die Brennkraftmaschine 1. Wenn hier die Drehzahl in dem Betriebsbereich, in dem die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 hoch ist, die Drehzahl in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine überlagert, kann der Motor-Generator 5 bei einer Drehzahl betrieben werden, bei der die Leistungserzeugungseffizienz hoch ist, während die Brennkraftmaschine 12 in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz betrieben wird.
  • Ein Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz einer herkömmlichen Brennkraftmaschine hoch ist, befindet sich aber an einer Stelle, an der die Last relativ hoch ist und die Drehzahl relativ hoch ist. Bei der Brennkraftmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform ist aber der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz hoch ist, zum der Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz, zu einer niedrigeren Last und einer niedrigeren Drehzahl ausgeweitet, wie vorstehend beschrieben wurde, indem die wärmeisolierende Sperre 3 an der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen wurde, das geometrische Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine 1 auf 13 oder höher festgelegt wurde, das effektive Ausdehnungsverhältnis in dem Teillastbetriebsbereich höher als das effektive Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine 1 festgelegt wurde, was die Brennkraftmaschine 1 die Kompressionsselbstzündung etc. durchführen lässt. Wenn die Drehzahl in einem Betriebsbereich, in dem die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 hoch ist, in dem Drehzahlbereich festgelegt wird, der dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht, wird daher der Freiheitsgrad beim Festlegen erhöht.
  • Daher werden die Spezifikationen der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 so fest gelegt, dass die Drehzahl bei dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 in dem Drehzahlbereich Xa enthalten ist, der dem Teil a niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl zu reduzieren, wenn die Brennkraftmaschine 1 und der Motor-Generator 5 bei hoher Effizienz betrieben werden. Das Reduzieren der Drehzahl kann den Widerstand des Getriebes 62 reduzieren. Auf diese Weise ist es möglich, die Effizienz des gesamten Systems des Hybridfahrzeugs 100 zu verbessern.
  • Wie in 3(B) gezeigt erstreckt sich zudem der Betriebsbereich, in dem die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 hoch ist, von dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz zu einer höheren Drehzahl statt zu einer niedrigeren Drehzahl. Wenn daher die Drehzahl bei dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 in dem Drehzahlbereich Xa enthalten ist, der dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht, überlagert nicht nur die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz, sondern auch der Drehzahlbereich, der dem Betriebsbereich entspricht, in dem die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 hoch ist, den Drehzahlbereich, der dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. D. h. der Drehzahlbereich, der dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht, kann den Drehzahlbereich, der dem Betriebsbereich entspricht, in dem die Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 hoch ist, vollständig überlagern.
  • Wenn zudem das Fahrzeug läuft, während durch den Motor-Generator 5 Strom erzeugt wird, kann der Motor-Generator 5 bei einer Drehzahl betrieben werden, bei der die Leistungserzeugungseffizienz hoch ist. Daher ist es möglich, den Betrag des erzeugten Stroms zu steigern. Daher ist es möglich, den Motorbetriebsbereich auf eine höhere Last auszuweiten. Da der Betrag erzeugten Stroms ausreichend sichergestellt werden kann, kann der Motor-Generator 5 alternativ kleiner ausgelegt werden, statt den Motorbetriebsbereich zu einer höheren Last auszuweiten.
  • Wenn die von dem Fahrzeug geforderte Leistung in dem Betriebsbereich, in dem das Fahrzeug läuft, angehoben wird, während ein Teil der Leistung der Brennkraftmaschine 1 verwendet wird, um den Motor-Generator 5 zu betreiben, um Strom zu erzeugen, wird die Leistung der Brennkraftmaschine 1 zudem in dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz angehoben, so dass die Leistung der Brennkraftmaschine 1 erhöht werden kann, während der Widerstand des Getriebes 62 bestmöglich reduziert wird.
  • Zudem wird die Brennkraftmaschine 1 so gesteuert, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis größer oder gleich 13 ist und dass mindestens in einem Teillastbetriebsbereich das Verhältnis des effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu dem effektiven Verdichtungsverhältnis in einem Betriebsbereich niedrigerer Last höher als in einem Betriebsbereich höherer Last ist. Zudem wird die Brennkraftmaschine 1 mit der wärmeisolierenden Sperre 3 versehen, weist ein Überschussluftverhältnis λ, das größer oder gleich 2 und kleiner oder gleich 8 ist oder ein G/F, das zumindest in dem Teillastbetriebsbereich größer oder gleich 30 und kleiner oder gleich 120 ist, und ermöglicht Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung. Daher kann der Betriebsbereich, in dem die Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 hoch ist, zum Beispiel der Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz auf eine niedrigere Last und eine niedrigere Drehzahl ausgeweitet werden. Dadurch kann die Drehzahl an dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 auf einen möglichst niedrigen Wert gesetzt werden. Somit kann der Widerstand des Getriebes 62 beim Betreiben der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 bestmöglich reduziert werden.
  • Zu beachten ist, dass die Brennkraftmaschine 1 mit der wärmeisolierenden Sperre 3 versehen ist, ein geometrisches Verdichtungsverhältnis, das auf 13 oder höher gesetzt ist, aufweist, ein effektives Ausdehnungsverhältnis, das zumindest in dem Teillastbereich höher als das effektive Verdichtungsverhältnis ist, aufweist, ein Überschussluftverhältnis λ, das größer oder gleich 2 und kleiner oder gleich 8 ist, oder ein G/F, das in zumindest dem Teillastbetriebsbereich größer oder gleich 30 und kleiner oder gleich 120 ist, aufweist und eine Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung ermöglicht. Die Brennkraftmaschine ist aber nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und es kann eine beliebige Brennkraftmaschine verwendet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden zudem die Spezifikationen der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 so festgelegt, dass die Drehzahl bei dem maximalen Punkt P der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators 5 in dem Drehzahlbereich Xa enthalten ist, der dem Teil a niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Die Spezifikationen der Brennkraftmaschine 1 und des Motors-Generators 5 können aber so festgelegt werden, dass die Drehzahl des Motors-Generators 5 an dem maximalen Fahreffizienzpunkt (Punkt, bei dem die Fahreffizienz des Motors-Generators 5, der als Motor-Generator 5 dient, maximal ist), aber nicht die Leistungserzeugungseffizienz in dem Drehzahlbereich Xa enthalten ist, der dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht, vorzugsweise in dem Drehzahlbereich Xb enthalten ist, der dem 20%-Teil b des unteren Teils entspricht. Wenn das Fahrzeug durch die Leistung der Brennkraftmaschine 1 und die Leistung des Motors-Generators 5 läuft, kann auf diese Weise die Effizienz des gesamten Systems des Hybridfahrzeugs 100 verbessert werden. D. h. zur gleichen Zeit, da die Brennkraftmaschine 1 betrieben wird, wird der Motor-Generator 5 durch die elektrische Leistung von der Batterie 64 betrieben. Wenn daher die Drehzahl in dem Betriebsbereich, in dem die Fahreffizienz des Motors-Generators 5 hoch ist, die Drehzahl in dem Betriebsbereich A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz überlagert, ist es möglich, den Motor-Generator 5 als Motor bei hoher Effizienz zu betreiben, während die Brennkraftmaschine 1 bei hoher Effizienz betrieben wird. Zudem kann der Widerstand des Getriebes 62 bei dem vorstehenden Betrieb reduziert werden. Zu beachten ist, dass sowohl die Drehzahl des Motors-Generators 5 bei einer maximalen Leistungserzeugungseffizienz als auch die Drehzahl der maximalen Fahreffizienz vorzugsweise in dem Drehzahlbereich enthalten sind, der dem Teil niedrigerer Drehzahl a des Betriebsbereichs A mit 95% Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Sowohl in dem Fall, da der Motor-Generator 5 als Generator dient, als auch in dem Fall, da der Motor-Generator 5 als Motor dient, kann mit dieser Konfiguration die Effizienz des gesamten Systems des Hybridfahrzeugs 100 verbessert werden.
  • Zu beachten ist, dass die vorstehenden Ausführungsformen lediglich für die Zwecke bevorzugter Beispiele der Beschaffenheit dargelegt wurden und nicht den Schutzumfang, die Anwendungen und die Verwendung der Erfindung beschränken sollen.
  • GEWERGBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Wie vorstehend beschrieben ist die vorliegende Erfindung für Parallelhybridfahrzeuge brauchbar, die einen Motor-Generator umfassen, der zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehen ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Hybridfahrzeug
    1
    Brennkraftmaschine
    5
    Motor-Generator
    62
    Getriebe

Claims (9)

  1. Verfahren zum Festlegen von Spezifikationen einer Brennkraftmaschine und eines Motors-Generators eines Parallelhybridfahrzeugs, bei dem der Motor-Generator zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehen ist, wobei die Brennkraftmaschine ausgelegt ist, um in einem Betriebsbereich niedriger Last mageren Betrieb durchzuführen, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen der Spezifikationen der Brennkraftmaschine und des Motors-Generators, so dass eine Drehzahl bei einem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb eines Drehzahlbereichs liegt, der einem Teil niedrigerer Drehzahl eines Betriebsbereichs entspricht, in dem ein Verhältnis von Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu maximaler Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich einem vorbestimmten Verhältnis ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Verhältnis 95% ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein geometrisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine größer oder gleich 13 ist und in dem mageren Betrieb die Brennkraftmaschine ein Überschussluftverhältnis, das größer oder gleich 2 ist, oder ein G/F, das größer oder gleich 30 ist, aufweist und eine Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung ermöglicht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein geometrisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine größer oder gleich 13 ist und ein Verhältnis eines effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu einem effektiven Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich niedrigerer Last höher als in einem Betriebsbereich höherer Last ist.
  5. Parallelhybridfahrzeug, welches umfasst: eine Brennkraftmaschine; ein Getriebe; und einen Motor-Generator, der zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe vorgesehen ist, wobei die Brennkraftmaschine ausgelegt ist, um in einem Betriebsbereich niedriger Last mageren Betrieb durchzuführen, und eine Drehzahl bei einem maximalen Punkt der Leistungserzeugungseffizienz des Motors-Generators innerhalb eines Drehzahlbereichs liegt, der einem Teil niedrigerer Drehzahl eines Betriebsbereichs entspricht, in dem ein Verhältnis von Kraftstoffverbraucheffizienz der Brennkraftmaschine zu maximaler Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich einem vorbestimmten Verhältnis ist.
  6. Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, wobei das vorbestimmte Verhältnis 95% ist.
  7. Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, wobei ein geometrisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine größer oder gleich 13 ist in dem mageren Betrieb die Brennkraftmaschine ein Überschussluftverhältnis, das größer oder gleich 2 ist, oder ein G/F, das größer oder gleich 30 ist, aufweist und eine Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung ermöglicht.
  8. Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, wobei ein geometrisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine größer oder gleich 13 ist und ein Verhältnis eines effektiven Ausdehnungsverhältnisses zu einem effektiven Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich niedrigerer Last höher als in einem Betriebsbereich höherer Last ist.
  9. Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, wobei, wenn von dem Fahrzeug geforderte Leistung in einem Zustand angehoben wird, in dem die Brennkraftmaschine in dem Teil niedrigerer Drehzahl des Betriebsbereichs betrieben wird, in dem das Verhältnis der Kraftstoffverbraucheffizienz zu der maximalen Kraftstoffverbraucheffizienz größer oder gleich dem vorbestimmten Verhältnis ist, der Betriebszustand in dem Teil niedrigerer Drehzahl gesteuert wird.
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