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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein System zum Steuern bzw. Regeln eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses
einer Brennkraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein Steuerungssystem zum Steuern
eines Luftüberschußverhältnisses eines
Verbrennungsmotors, bei dem ein Generator/Motor verwendet wird,
der derart mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, daß die Übertragung eines
Drehmoments zwischen beiden ermöglicht wird.
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In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 64-66431 wird
ein System vorgeschlagen, das den Betrieb eines Generators/Motors
(d.h., eines sogenannten Dynamotors) steuert, um einem Verbrennungsmotor
im Anfangsstadium der Beschleunigung, wo der Drehzahlanstieg des
Verbrennungsmotors relativ zu einer Änderung in der Betätigungsposition
eines Gaspedals verzögert
wird, oder über
die gesamte Dauer der Beschleunigung hinweg in Übereinstimmung mit einem Öffnungsmaß bzw. -grad
einer Drosselklappe ein zusätzliches
Drehmoment zuzuführen.
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Dieses bekannte Steuerungssystem
leidet jedoch an dem Nachteil, daß das Anlegen eines zusätzlichen
Drehmoments an den Verbrennungsmotor zwar das Beschleunigungsvermögen verbessert,
jedoch eine rasche Änderung
der Motordrehzahl hervorruft, was zu einer plötzlichen Änderung in der Menge der Ansaugluft
führt.
Dies führt
zu einer unerwünschten
Verschiebung im Luft/Brennstoff-Verhältnis, was eine Zunahme im
Luftüberschußverhältnis (d.h.,
dem Verhältnis
einer tatsächlichen
Menge der Ansaugluft zu einer theoretischen bzw. gewünschten Menge
der Ansaugluft) zur Folge hat, so daß schädliche Abgase entsprechend
zunehmen.
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Weitere Hinweise zum Stand der Technik können der
europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 338 485 A2 entnommen werden. Diese Druckschrift offenbart
eine Drehmomentsteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor,
die in der Lage ist, Drehmomentänderungen
des in dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments, welche durch Änderungen
des Zylinderinnendrucks aufgrund des Ansaugens und der Kompression
des Gemischs sowie der Ausdehnung des Verbrennungsgases hervorgerufen
werden, zu verringern. Eine solche Drehmomentsteuerungsvorrichtung
beinhaltet eine elektromechanische Maschine, die in der Lage ist,
ein Drehmoment von einem Verbrennungsmotor zu absorbieren und/oder
ein Drehmoment auf einen Verbrennungsmotor auszuüben, eine Speichereinrichtung, um
vorab Kennlinien von Wellenformen der Drehmomentabweichung zu speichern,
von denen jede bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors
entspricht, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands
des Verbrennungsmotors, und eine Steuerungseinrichtung zum Auslesen
der Wellenform der Drehzahlabweichung entsprechend dem durch die
Erfassungseinrichtung erfaßten
Betriebszustand sowie zur Steuerung der elektromechanischen Maschine
zur Erzeugung eines Gegendrehmoments entsprechend der ausgelesenen
Wellenform, um dadurch die Drehmomentabweichung zu reduzieren. Als
eine der Möglichkeiten,
den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu bestimmen, wird die
Erfassung der Menge des in den Verbrennungsmotor fließenden Gasgemischs
sowie der mittleren Drehzahl des Verbrennungsmotors und anschließende Bestimmung
des Betriebszutands auf der Grundlage der erfaßten Gasgemischmenge und der
erfaßten
mittleren Drehzahl angegeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, unter Ausschaltung der vorgenannten Nachteile ein Steuerungssystem
der genannten Art derart weiterzubilden, daß die Menge schädlicher
Abgase, die auf eine während
der Beschleunigung hervorgerufene Änderung in der Durchflußmenge der
Ansaugluft zurückzuführen sind,
verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt
der Erfindung wird demzufolge ein Steuerungssystem zum Steuern des
Luftüberschußverhältnisses
eines Verbrennungsmotors für
ein Fahrzeug vorgeschlagen, das eine Batterie, einen Generator/Motor,
eine Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
und eine Steuereinrichtung aufweist. Der Generator/Motor ist mit
dem Verbrennungsmotor verbunden, um die Übertragung eines Drehmoments
zwischen beiden zu ermöglichen,
und arbeitet sowohl in einer Motorbetriebsart als auch in einer
Generatorbetriebsart. In der Motorbetriebsart dient der Generator/Motor
als ein Motor, der dem Verbrennungsmotor unter der Stromversorgung
durch die Batterie ein eine vorbestimmte Größe aufweisendes Drehmoment
zuführt, während der
Generator/Motor in der Generatorbetriebsart als ein Generator arbeitet,
der das Drehmoment des Verbrennungsmotors in elektrische Energie umwandelt,
um die Batterie aufzuladen. Die Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
erfaßt
einen vorgewählten
Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, um ein Luftüberschußverhältnis des
Verbrennungsmotors relativ zu einer gewünschten Menge der Ansaugluft
zu ermitteln. Die Steuereinrichtung versetzt den Generator/Motor
in die Motorbetriebsart, um auf der Basis des von der Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
ermittelten Luftüberschußverhältnisses
die Größe des dem
Verbrennungsmotor zugeführten
Drehmoments derart zu steuern, daß das Luftüberschußverhältnis in einen vorgewählten Bereich
hineingelangt, der für
die Reinigung des Abgases des Verbrennungsmotors geeignet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
erhöht
die Steuereinrichtung die Größe des von
dem Generator/Motor erzeugten und an den Verbrennungsmotor angelegten
Drehmoments, wenn das von der Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
ermittelte Luftüberschußverhältnis kleiner
als eine untere Grenze in dem vorgewählten Bereich ist. Alternativ
hierzu verringert die Steuereinrichtung die Größe des von dem Generator/Motor
erzeugten und an den Verbrennungsmotor angelegten Drehmoments, wenn
das von der Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
ermittelte Luftüberschußverhältnis größer als
eine obere Grenze in dem vorgewählten
Bereich ist.
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Die Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
mißt die
Konzentration des in dem Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen
Sauerstoffs, um zur Ermittlung des Luftüberschußverhältnisses ein Luft/Brennstoff-Verhältnis herzuleiten.
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Zum Ermitteln einer Änderung
in der Masse der dem Verbrennungsmotor zugeführten Ansaugluft kann darüber hinaus
eine Luftströmungs-Senuoreinrichtung
bzw. ein -Fühler
vorgesehen werden. Die Steuereinrichtung ermittelt eine erste Größe des an den
Verbrennungsmotor angelegten Drehmoments unter Zugrundelegung einer Änderung
in der Masse der Ansaugluft sowie eine zweite Größe des Drehmoments zum Korrigieren
der ersten Größe des Drehmoments
unter Zugrundelegung des Luftüberschußverhältnisses
und steuert den Generator/Motor derart an, daß an den Verbrennungsmotor
ein Drehmoment angelegt wird, dessen Größe unter Zugrundelegung der
ersten und zweiten Größe des Drehmoments
ermittelt wird.
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Die zweite Größe des Drehmoments wird so festgelegt,
daß die
erste Größe des Drehmoments verringert
wird, wenn das Luftüberschußverhältnis größer als
ein vorgewählter
erster Wert ist. Darüber hinaus
wird die zweite Größe des Drehmoments
so festgelegt, daß die
erste Größe des Drehmoments erhöht wird,
wenn das Luftüberschußverhältnis kleiner
als ein vorgewählter
zweiter Wert ist, der kleiner als der erste Wert ist.
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Die Luftüberschußverhältnis-Ermittlungseinrichtung
ermittelt ein Luft/Brennstoff-Verhältnis, um das Luftüberschußverhältnis des
Verbrennungsmotors herzuleiten. Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis kleiner
als ein erster Schwellenwert bzw. Grenzwert ist, erhöht die Steuereinrichtung
die Größe des an den
Verbrennungsmotor angelegten Drehmoments um einen ersten Betrag.
Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis
größer als
ein zweiter Grenzwert ist, der höher
als der erste Grenzwert ist, verringert die Steuereinrichtung die
Größe des an
den Verbrennungsmotor angelegten Drehmoments um einen zweiten Betrag.
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Wenn der Generator/Motor in der Generatorbetriebsart
arbeitet und wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis kleiner als ein erster
Grenzwert ist, verringert die Steuereinrichtung darüber hinaus
einen Erregerstrom des Generators/Motors, um ein Ausgangsdrehmoment
herabzusetzen. Wenn der Generator/Motor in der Generatorbetriebsart
arbeitet und wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis größer als ein zweiter Grenzwert
ist, der höher
als der erste Grenzwert ist, erhöht
die Steuereinrichtung den Erregerstrom des Generators/Motors, um
das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 anhand
eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Luftüberschußverhältnis-Steuerungssystems
für einen Verbrennungsmotor;
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2 anhand
eines Schaltbilds den elektrischen Aufbau des in 1 gezeigten Luftüberschußverhältnis-Steuerungssystems;
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3 anhand
eines Flußdiagramms
einen von einer Steuereinheit des in 1 gezeigten
Luftüberschußverhältnis-Steuerungssystems
durchgeführten
Steuerungsablauf;
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4 in
einer graphischen Darstellung bzw. mittels einer Kennlinie die Beziehung
zwischen einer Änderung
in der Ansaugluft und der Größe des an den
Verbrennungsmotor angelegten Drehmoments;
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5 in
einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen einer Änderung
im Luftüberschußverhältnis und
einem Korrekturdrehmoment;
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6(a) graphisch
den Verlauf einer Änderung
in der Durchflußmenge
der Ansaugluft;
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6(b) graphisch
den Verlauf einer Änderung
im Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F, wenn kein Drehmoment an den Verbrennungsmotor angelegt wird;
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6(c) graphisch
den Verlauf einer Änderung
im Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F beim Anlegen eines maximalen Drehmoments von 15Nm an den Verbrennungsmotor;
und
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7 und 8 anhand von Flußdiagrammen alternative
Steuerungsabläufe,
die von dem erfindungsgemäßen Luftüberschußverhältnis-Steuerungssystem
durchgeführt
werden.
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Vorab sei darauf hingewiesen, daß in den
Figuren jeweils gleiche Teile und Einrichtungen mit den jeweils
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerungssystems 10 gezeigt,
das in der Lage ist, das einer Brennkraftmaschine bzw. einem Verbrennungsmotor 1 eines
Kraftfahrzeugs zugeführte
Luftüberschußverhältnis zu
optimieren.
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Das Steuerungssystem 10 weist
im wesentlichen einen Generator/Motor (d.h. einen sogenannten Dynamotor) 3,
eine Batterie 8, eine Leistungssteuereinheit 5,
einen Kurbelwellenwinkelsensor 14, einen Luftströmungssensor 15,
einen Temperatursensor 16, einen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 17 (der nachfolgend
als A/F-Sensor bezeichnet wird) sowie eine Steuereinheit 4 auf.
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Der Generator/Motor 3 ist
mechanisch mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 verbunden
und ist in der Lage, in zwei Betriebsarten zu arbeiten: nämlich einer
Motorbetriebsart und einer Generatorbetriebsart. In der Motorbetriebsart
hat der Generator/Motor 3 die Funktion eines Motors, der dem
Verbrennungsmotor 1 unter entsprechender Stromzufuhr aus
der Batterie 8 ein positives Drehmoment liefert. In der
Generatorbetriebsart arbeitet der Generator/Motor 3 als
ein Generator, um das Drehmoment des Verbrennungsmotors in elektrische
Energie zum Aufladen der Batterie 8 umzuwandeln. Die Leistungssteuereinheit 5 ist
in der Lage, zwischen der Motorbetriebsart und der Generatorbetriebsart des
Generators/Motors 3 zu wählen bzw. umzuschalten und
steuert einen magnetischen Feldstrom desselben. Der Kurbelwellenwinkelsensor 14 weist
einen Absolutwert-Drehcodierer auf, der einen absolute Winkelposition
der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 überwacht
bzw. erfaßt.
Der Luftströmungssensor 15 mißt die Strömungsgeschwindigkeit
bzw. den Durchsatz der dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Ansaugluft.
Der Temperatursensor 16 erfaßt die Temperatur der Ansaugluft.
Der A/F-Sensor 17 ist an einem Teil eines Auspuffrohrs
des Verbrennungsmotors 1 befestigt, um einen Parameter
zu erfassen, der zum Bestimmen eines Luftüberschußverhältnisses λ (d.h., des Verhältnisses
einer tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit
der Ansaugluft zur gewünschten
Strömungsgeschwindigkeit
der Ansaugluft) zu erfassen. Die Steuereinheit 4 enthält eine
Motorsteuereinheit (ECU), die einen Motorsteuercomputer aufweist,
sowie einen Festwertspeicher bzw. ROM, in dem verschiedene Tabel len
bzw. Daten gespeichert sind, wie später noch näher erläutert wird, und spricht auf
die verschiedenen Erfassungssignale aus den Sensoren 14, 15, 16 und 17 an,
um über
die Leistungssteuereinheit 5 den Betrieb des Generators/Motors 3 zu
steuern.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf 2 die elektrische
Schaltung des Steuerungssystems 10 näher erläutert.
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Der Generator/Motor 3 enthält einen
Dreiphasen-Synchronmotor. Auf seinen Rotorkern ist eine Erregerspule 31 aufgewickelt,
während
auf einen Statorkern Dreiphasen-Ankerspulen 32 aufgewickelt
sind, die in Sternschaltung verbunden sind.
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Die Leistungssteuereinheit 5 weist
einen Dreiphasen-Wechselrichter 51,
der so gesteuert wird, daß er
auf der Basis des vom Kurbelwellenwinkelsenor 14 erfaßten Kurbelwellenwinkels
aktivierbar ist, sowie einen Erregerstrom-Schalttransistor 52 zum Steuern
des Flusses eines Erregerstroms auf. Die Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 51 enthält Wechselrichter 5u, 5v und 5w,
die mit der Batterie 8 verbunden sind. Jeder Wechselrichter 5u, 5v und 5w weist
zwei npn-Transistoren (oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate,
IGBT) auf, die in Reihe verbunden sind und denen jeweils eine Diode
parallelgeschaltet ist. Die Ausgangsanschlüsse der Wechselrichter 5u, 5v und 5w sind
mit einem jeweils zugeordneten Ausgangsanschluß der Dreiphasen-Ankerspule 32 verbunden.
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Die Erregerspule 31 ist
mit ihrem einen Ende mit dem negativen Anschluß der Batterie 8 verbunden,
während
sie mit ihrem anderen Ende über
den Erregerstrom-Schalttransistor 52 mit dem positiven Anschluß der Batterie 8 verbunden
ist.
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Mittels der vorstehend beschriebenen
Schaltungsanordnung liefert die ECU der Steuereinheit 4 Steuersignale,
um den Schaltzeitpunkt jedes Transistors zeitlich derart zu steuern,
daß selektiv
die Motorbetriebsart oder die Generatorbetriebsart des Generators/Motors 3 eingestellt
werden kann, und um den Erregerstrom-Schalttransistor 52 zur
Steuerung eines Tastverhältnisses
des der Erregerspule 31 zugeführten Erregungsstroms ein-
und auszuschalten. Die Arbeitsweise aller gezeigten Schaltkomponenten ist
im Stand der Technik bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
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Der Generator/Motor 3 wird
unter der vorbeschriebenen Steuerung in der Motorbetriebsart durch die
Batterie 8 so betrieben, daß er an den Verbrennungsmotor 1 ein
Drehmoment anlegt, oder er nimmt in der Generatorbetriebsart das
von dem Verbrennungsmotor 1 erzeugte Drehmoment auf und
lädt dadurch
die Batterie 8.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf 3 anhand eines Flußdiagramms
ein Steuerungsablauf oder eine Folge logischer Verarbeitungsschritte
näher erläutert, die
von dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem 10 durchgeführt werden.
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Nach Eintritt in den Steuerungsablauf
wird zu einem Anfangsschritt 100 verzweigt, bei dem eine vom
Luftströmungssensor 15 erfaßte Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeit
QA gelesen wird. In einem Schritt 102 wird eine mittels des Temperatursensors 16 erfaßte Ansauglufttemperatur
T gelesen. Daraufhin verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 104, bei
dem eine Ansaugluftmasse ermittelt wird, indem auf der Basis der
Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeit
QA und der Ansauglufttemperatur T in einer im ROM gespeicherten
Tabelle nachgesehen bzw. ein entsprechender Wert geholt wird. Der
Schritt 104 wird in regelmäßigen Intervallen
wiederholt. Anschließend
verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 106, bei dem eine Differenz
zwischen der momentanen An saugluftmasse und der einen Meßzyklus
zuvor erhaltenen Ansaugluftmasse, d.h. eine Änderung in der Ansaugluftmasse,
bestimmt wird. In einem sich anschließenden Schritt 108 wird die
Größe des an den
Verbrennungsmotor 1 anzulegenden Drehmoments bestimmt,
indem auf der Basis der im Schritt 106 erhaltenen Änderung
der Ansaugluftmasse in einer Tabelle nachgesehen wird, wie dies
in 4 gezeigt ist. Daraufhin
verzweigt der Steuerungsablauf zu einem Schritt 109, bei dem auf
die nachstehend näher
beschriebene Weise überprüft wird,
ob es erforderlich ist, ein Drehmoment an den Verbrennungsmotor 1 anzulegen
oder nicht. Wenn die im Schritt 108 erhaltene Größe des an den Verbrennungsmotor 1 anzulegenden
Drehmoments (d.h. die Änderung der
Ansaugluftmasse) so klein ist, daß sie nicht in einen in 4 gezeigten Nicht-Unterstützungsbereich fällt, was
bedeutet, daß es
nicht notwendig ist, an den Verbrennungsmotor 1 ein zusätzliches
Drehmoment anzulegen, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 110 und
kehrt daraufhin nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne zum Schritt
100 zurück.
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Wenn die im Schritt 108 ermittelte
Größe des an
den Verbrennungsmotor
1 anzulegenden Drehmoments demgegenüber in einen
Unterstützungsbereich
fällt,
verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 111, bei dem dasjenige Tastverhältnis eines
Erregungsstroms I ermittelt wird, das der Generator/Motor
3 benötigt, um
die im Schritt 108 ermittelte Größe des Drehmoments
zu erzeugen. In einem Schritt 112 wird unter Zugrundelegung des
mittels des Kurbelwellenwinkelsensors erfaßten Kurbelwellenwinkels durch Nachsehen
in einer Tabelle derjenige elektrische Winkel Θe bestimmt, mit dem das der
Phasensteuerung zu unterziehende Wechselrichterelement eingeschaltet
werden muß.
Es sei darauf hingewiesen, daß der
elektrische Winkel Θe
einen Phasenwinkel zwischen einem Vektor jedes Magnetpols des Rotorkerns
des Generators/Motors
3, dessen Winkelposition bezüglich eines
vorgegebenen Kurbelwellenwinkels festgelegt ist, und einem Vektor
einer vorgegebenen Phasenspannung (wie beispielswei se der Spannung
Vu der u-Phasenspannung) der dreiphasigen Ankerspannungen repräsentiert
und sich durch einen Kurbelwellenwinkel der Einschaltzeitsteuerung der
u-Phasenspannung Vu ausdrücken
läßt. Daraufhin
verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 113, bei dem der Generator/Motor
3 in
der Motorbetriebsart aktiviert wird, um an den Verbrennungsmotor
1 ein zusätzliches
Drehmoment anzulegen, dessen Maß bzw.
Größe durch
den Erregungsstrom I und den elektrischen Winkel Θe bestimmt
wird. Eine ähnliche Betriebsweise
des Generators/Motors ist in der am 27. Dezember 1993 eingereichten
amerikanischen Patentanmeldung mit der Patentnummer
US 5,537,967 A beschrieben,
die ebenfalls auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung zurückgeht und
auf deren Offenbarungsgehalt an dieser Stelle voll inhaltlich Bezug
genommen wird.
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Im Anschluß an den Schritt 113 verzweigt
der Ablauf zu einem Schritt 114, bei dem die Konzentration des in
den Abgasen des Verbrennungsmotors 1 verbleibenden Sauerstoffs
mittels des A/F-Sensors 17 gemessen wird. Daraufhin verzweigt
der Ablauf zu einem Schritt 115, bei dem unter Zugrundelegung der im
Schritt 114 ermittelten Konzentration des Sauerstoffs überprüft wird,
ob ein Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
in einen sich von den Werten 14,5 bis 15,0 (vorzugsweise von 14,6
bis 14,8) erstreckenden Bereich fällt oder nicht. Falls das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
in den genannten Bereich fällt,
was bedeutet, daß die
Menge der schädlichen
Abgase gering ist, kehrt der Ablauf zum Schritt 100 zurück. Wenn
das Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F demgegenüber
außerhalb
des genannten Bereichs liegt, wird unter Zugrundelegung der mittels
des A/F-Sensors 17 ermittelten Konzentration des Sauerstoffs
das Luftüberschußverhältnis λ ermittelt
und es wird unter Verwendung einer Tabelle ein Korrekturwert für die im
Schritt 108 ermittelte Größe des anzulegenden
Drehmoments bestimmt, wie dies in 5 gezeigt
ist. In einem Schritt 116 wird daraufhin an den Verbrennungsmotor 1 ein
Drehmoment angelegt, dessen Größe unter
Zugrundelegung des Luftüberschußverhältnisses λ korrigiert
ist.
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Wie aus 5 zu erkennen ist, wird der Generator/Motor 3 so
eingestellt bzw. angesteuert, daß er ein positives Drehmoment
zum Steigern der Motordrehzahl für
die Vergrößerung der
Ansaugluftmenge erhöht,
wenn das Luftüberschußverhältnis λ kleiner
als ein Schwellenwert bzw. Grenzwert von 0,99 ist. Wenn der Generator/Motor 3 in
der Motorbetriebsart arbeitet, wird das Motordrehmoment daher erhöht, während der
Generator/Motor 3 in der Generatorbetriebsart so gesteuert
wird, daß er
sein zur Erzeugung elektrischer Energie dienendes Aufnahmedrehmoment
verringert, oder alternativ in die Motorbetriebsart umgeschaltet
wird. Wenn das Luftüberschußverhältnis λ demgegenüber größer als
ein Grenzwert von 1,01 ist, wird die Ansteuerung des Generators/Motors 3 so
korrigiert, daß er
ein negatives Drehmoment vergrößert, um
damit die Motordrehzahl zum Verkleinern der Ansaugluftmenge herabzusetzen.
Wenn der Generator/Motor 3 in der Generatorbetriebsart
arbeitet, wird daher das zur Erzeugung elektrischer Energie dienende
Aufnahmedrehmoment vergrößert, während der
Generator/Motor 3 in der Motorbetriebsart so gesteuert
wird, daß er
das Motordrehmoment verkleiner, oder alternativ in die Generatorbetriebsart
umgeschaltet wird.
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Mittels der vorstehend beschriebenen
Steuerung wird das Luftüberschußverhältnis λ oder das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
stets in dem sich von 14,5 bis 15,0 (oder vorzugsweise von 14,6
bis 14,8) erstreckenden Bereich gehalten, der unabhängig von Änderungen
in den Betriebszuständen
des Verbrennungsmotors für
eine Behandlung durch einen Dreiwege-Katalysator geeignet ist.
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In den 6(a), 6(b) und 6(c) sind jeweils Versuchsergebnisse
dargestellt. 6(a) zeigt
dabei die Änderung
in der Strömungsgeschwindigkeit
der Ansaugluft.
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6(b) zeigt
die Änderung
im Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F, wenn an den Verbrennungsmotor 1 kein Drehmoment angelegt
wird. 6(c) zeigt schließlich die Änderung
im Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F beim Anlegen eines Maximaldrehmoments von 15Nm an den Verbrennungsmotor 1.
Aus diesen Kennlinien ist erkennbar, daß das Anlegen des Drehmoments
die Änderung
im Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
extrem verringert.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 7 und 8 eine alternative Durchführungsform
des Steuerungsverfahrens des Luft/Brennstoff-Verhältnisses
A/F näher
erläutert.
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Gemäß 7 verzweigt der Ablauf nach seiner Initialisierung
zu einem Anfangsschritt 200, bei dem überprüft wird, ob eine Motorkennung
gesetzt ist, d.h., ob sich der Generator/Motor 3 in der
Motorbetriebsart befindet oder nicht. Falls eine negative Antwort
erhalten wird, woraus gefolgert wird, daß der Generator/Motor 3 in
der Generatorbetriebsart arbeitet, verzweigt der Ablauf zu einem
in 8 gezeigten Schritt
214. Wenn demgegenüber
eine positive Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt
202, bei dem überprüft wird,
ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F größer als
14,6 ist oder nicht. Falls hier eine negative Antwort erhalten wird, verzweigt
der Ablauf zu einem Schritt 204, bei dem zu dem einen Steuerungszyklus
zuvor erhaltenen Erregungsstrom I ein Korrekturstrom ΔI addiert
wird, um diesen entsprechend zu ändern.
Wenn im Schritt 202 demgegenüber
eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
größer als
14,6 ist, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 206, bei dem überprüft wird,
ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F kleiner als 14,8 ist oder nicht. Falls hier eine negative Antwort
erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 208, bei dem von
dem einen Steuerungszyklus zuvor erhaltenen Erregungsstrom I der
Wert ΔI
subtrahiert wird, um diesen entsprechend zu ändern.
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Wenn im Schritt 206 demgegenüber eine
positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
kleiner als 14,8 ist, verzweigt der Ablauf unmittelbar zu einem
Schritt 210, bei dem überprüft wird,
ob der Erregungsstrom I einen negativen Wert aufweist oder nicht.
Falls eine positive Antwort erhalten wird (I < 0), verzweigt der Ablauf zu einem
Schritt 212, bei dem das Vorzeichen (d.h. die Polarität) des Erregungsstroms
I in ein positives Vorzeichen umgewandelt und eine Generatorkennung
gesetzt wird. Daraufhin verzweigt der Ablauf direkt zu einem Schritt
226.
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Falls im Schritt 200 die Motorkennung
nicht gesetzt ist und die Generatorkennung gesetzt ist, verzweigt
der Ablauf zu einem Schritt 214, bei dem überprüft wird, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
größer als
14,6 ist oder nicht. Falls eine negative Antwort erhalten wird,
verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 216, bei dem von dem einen
Steuerungszyklus zuvor erhaltenen Erregungsstrom I der Wert ΔI subtrahiert wird,
um diesen für
eine Verringerung des Ausgangsdrehmoments des Generators/Motors 3 zu ändern. Wenn
im Schritt 214 demgegenüber
eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
größer als
14,6 ist, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 218, bei dem überprüft wird,
ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F kleiner als 14,8 ist oder nicht. Falls hier eine negative Antwort
erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 220, bei dem
zu dem einen Steuerungszyklus zuvor erhaltenen Erregungsstrom I
der Wert ΔI
addiert wird, um diesen entsprechend zu ändern. Falls im Schritt 218
demgegenüber
eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F
kleiner als 14,8 ist, verzweigt der Ablauf direkt zu einem Schritt
222, bei dem überprüft wird,
ob der Erregungsstrom I kleiner als Null ist oder nicht. Wenn eine
positive Antwort erhalten wird (I < 0),
verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 224, bei dem die Polarität des Erregungsstroms
I in eine positive Polarität
geändert
und die Motorkennung gesetzt wird. Wenn im Schritt 222 demgegenüber eine
negative Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf unmittelbar
zum Schritt 226.
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Im Schritt 226 wird der Generator/Motor 3 mit dem
entsprechenden Erregungsstrom I entweder in der Generatorbetriebsart
oder in der Motorbetriebsart in Betrieb gesetzt, und zwar in Abhängigkeit
von der momentan eingestellten Kennung. Daraufhin verzweigt der
Ablauf zu einem Schritt 228, bei dem für eine vorbestimmte Zeitdauer
gewartet wird, worauf der Ablauf zum Schritt 200 zurückkehrt.
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Auf die vorstehend beschriebene Weise
wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis
A/F selbst in der Generatorbetriebsart, die zur Stromversorgung
bestimmter, in einem Fahrzeug vorgesehener elektrischer Verbraucher
vorgesehen ist, oder für
die Unterdrückung
von Fahrzeugvibrationen oder in der Motorbetriebsart zum Verbessern
der Beschleunigungsleistung optimiert.
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Während
bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Größe des an
den Verbrennungsmotor 1 anzulegenden Drehmoments durch
Steuerung des Erregungsstroms geändert wird,
kann es alternativ hierzu auch durch geeignete Änderung des elektrischen Winkels Θe einer
an die Ankerspule des Generators/Motors 3 angelegten Spannung
geändert
werden. Der elektrische Winkel Θe
repräsentiert
gemäß vorstehender
Beschreibung einen Phasenwinkel zwischen einem Vektor jedes Magnetpols
des Rotorkerns des Generators/Motors 3, dessen Winkelposition
gegenüber
einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel festgelegt bzw. unveränderlich
ist, und einem Vektor einer vorgegebenen Phasenspannung (wie beispielsweise
der u-Phasenspannung Vu) der dreiphasigen Ankerspannungen und läßt sich
durch einen Kurbelwellenwinkel der Einschaltzeitsteuerung der u-Phasenspannung
Vu ausdrücken.
Durch Bestimmung der Anzahl der Pole des Generators/Motors 3 und
der Einschaltzeitsteuerung der u-Pha senspannung Vu werden daher
die Ausschaltzeitsteuerung der u-Phasenspannung Vu und die jeweilige
Ein- und Ausschaltzeitsteuerung der v-Phasenspannung Vv und der
w-Phasenspannung Vw hergeleitet. Die Arbeitsweise des Generators/Motors 3 kann
in diesem Fall daher durch Schalten jedes Transistors der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 51 mit
den vorstehenden Zeitsteuerungen unter Zugrundelegung des mittels
des Kurbelwellensensors 14 erfaßten Kurbelwellenwinkels gesteuert
werden.
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Vorstehend wurde ein System zum Steuern eines
Luftüberschußverhältnisses
eines für
ein Kraftfahrzeug vorgesehenen Verbrennungsmotors offenbart, das
eine Batterie, einen Generator/Motor, einen Luft/Brennstoff-Sensor
und eine Steuereinheit aufweist. Der Generator/Motor ist mechanisch
mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, um eine Drehmomentübertragung
zwischen beiden zu ermöglichen, und
arbeitet sowohl in einer Motorbetriebsart als auch in einer Generatorbetriebsart.
In der Motorbetriebsart dient der Generator/Motor als Motor, der
unter entsprechender Stromversorgung aus der Batterie an den Verbrennungsmotor
ein Drehmoment mit vorbestimmter Größe anlegt. In der Generatorbetriebsart
arbeitet der Generator/Motor als ein Generator, um das Motordrehmoment
in elektrische Energie zum Aufladen der Batterie umzuwandeln. Der Luft/Brennstoff-Sensor
ermittelt ein Luftüberschußverhältnis des
Verbrennungsmotors. Die Steuereinheit aktiviert den Generator/Motor
in der Motorbetriebsart, um die Größe des an den Verbrennungsmotor
anzulegenden Drehmoments unter Zugrundelegung des Luftüberschußverhältnisses
derart zu steuern, daß das
Luftüberschußverhältnis in
einen vorbestimmten Bereich hineinfällt, der zur Reinigung des Abgases
des Verbrennungsmotors geeignet ist.