DE68918320T2

DE68918320T2 - Einrichtung zur Glättung des Momentes bei Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE68918320T2
Application number: DE68918320T
Authority: DE
Inventors: Yuzo Kadomukai; Yozo Nakamura; Makoto Yamakado
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2009-04-18
Also published as: EP0338485A2; EP0338485A3; EP0338485B1; KR920006828B1; KR900016601A; DE68918320D1; US4922869A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Drehmomentsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-A 0 250 684 bekannt. Derartige Vorrichtungen verringern die Drehmomentänderungen des in der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments.
Es ist bekannt, daß in Brennkraftmaschinen das Drehmoment aufgrund von Änderungen des Zylinderinnendrucks aufgrund des Ansaugens und der Kompression des Gemischs sowie der Ausdehnung des Verbrennungsgases Änderungen erfährt, außerdem ändert sich das Massenträgheitsmoment aufgrund der Verschiebung der Winkelposition einer Pleuelstange in bezug auf die Kurbelwelle, was zu einer Veränderung des Trägheitsdrehmoments führt. Wenn eine derartige Abweichung des Drehmoments vom mittleren Drehmoment auf die verschiedenen durch die Brennkraftmaschine anzutreibenden Einrichtungen übertragen wird, werden in diesen Einrichtungen Torsionsvibrationen erzeugt, die deren Arbeitsvermögen verschlechtern oder Beschädigungen verursachen. Im Fall einer an einem Fahrzeug angebrachten Brennkraftmaschine würde außerdem die Reaktion auf die Fluktuation des Drehmoments vom Zylinderblock auf die Motorbefestigung oder das Chassis übertragen, so daß Vibrationen der Brennkraftmaschine oder des gesamten Fahrzeugs erzeugt würden. Um die Erzeugung von Schwingungen zu unterdrücken, ist es notwendig, die Abweichung vom mittleren Drehmoment, also die durch die Brennkraftmaschine erzeugte Drehmomentabweichung zu verringern.
Zur Lösung dieses Problems offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 61-171 612 (JP-A-61-171 612) eine Drehmomentsteuerungstechnik, bei der synchron zur Drehmomentzunahme bei der Fluktuation des durch die Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments ein Gegendrehmoment auf die Kurbelwelle ausgeübt wird, um dadurch die Drehmomentabweichung auszulöschen.
Bei diesem Stand der Technik wird jedoch das in der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment anhand der Drehbeschleunigung der Kurbelwelle berechnet. Um das Gegendrehmoment augenblicklich in Reaktion auf die durch die Brennkraftmaschine erzeugte Drehmomentabweichung zu erzeugen, ist es notwendig, die Berechnung, beispielsweise eine arithmetische Berechnung der Rotationsbeschleunigung, mit extrem hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Für den Fall, daß die Hochgeschwindigkeitsberechnung nicht durchgeführt werden kann, sollte der Abstand zwischen den Erfassungen der in der Maschine erzeugten Drehmomentabweichung nicht zu lange gemacht werden. Es ist somit schwierig, die Drehmomentabweichungen genau zu verringern.
Die europäische Patentanmeldung EP-A 0 250 684 offenbart eine mit einer Drehmomentregelung ausgestattete Brennkraftmaschine. Die Regelung für das Motorlastdrehmoment erfaßt die Ausgangsdrehmomentsveränderung des Motors als Motordrehzahlveränderung und steuert das Lastdrehmoment eines durch den Motor angetriebenen Hilfsgeräts auf der Grundlage der erfaßten Drehzahlabweichung, wodurch die Vibrationen des Motors verringert werden. Das Lastdrehmoment wird gesteuert auf der Grundlage von Geschwindigkeitsveränderungsinformationen, die in zumindest einem vorherigen Maschinenzyklus gewonnen wurde.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Motorsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die in der Lage ist, die Drehzahlabweichung mit zufriedenstellend hoher Genauigkeit ohne eine besondere Hochgeschwindigkektsberechnung zum Ermitteln der im Motor erzeugten Drehmomentabweichung zu verringern.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Angegeben wird eine Drehmomentssteuerungsvorrichtung mit einer elektromechanischen Maschine, die in der Lage ist, Drehmoment von einer Brennkraftmaschine zu absorbieren und/oder Drehmoment auf eine Brennkraftmaschine auszuüben, einer Speichereinrichtung, um vorab Kennlinien von Wellenformen der Drehmomentabweichung zu speichern, von denen jede bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine entspricht, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine, und einer 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.
Erfindungsgemäß kann somit die Wellenform der Drehzahlabweichung für einen Betriebszustand aus der Speichereinrichtung gewonnen werden, wenn der Betriebszustand des Motors bekannt ist. Es ist damit möglich, die elektromechanische Maschine augenblicklich zu steuern, um ein Gegendrehmoment zu erzeugen, so daß die im Motor erzeugte Drehmomentabweichung ausgelöscht oder verringert wird. Da es nicht notwendig ist, die Drehmomentabweichung zu berechnen, ist es möglich, die Drehmomentabweichung zu verringern, ohne daß eine Schaltung für eine Hochgeschwindigkeitsberechnung hierfür notwendig wäre.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm eines Systems gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 2 und 3 sind Darstellungen von Kennlinien von Drehmomentabweichungen, wie sie jeweils in einer Speichereinheit für Drehmomentabweichngen gespeichert sind;
Fig. 4 ist ein Graph, der die Fluktuation des in einer Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments zeigt;
Fig. 5 ist ein Graph, der eine Wellenform der Drehmomentabweichung zeigt, die in der Speichereinheit für die Drehmomentwellenform gespeichert ist;
Fig. 6 ist ein Graph, der das durch eine elektrische Maschine erzeugte bzw. absorbierte Drehmoment zeigt;
Fig. 7 ist ein Graph, der das in der Brennkraftmaschine erzeugte gesteuerte Drehmoment zeigt;
Fig. 8 bis 11 sind Graphen, die die Fluktuation des in einer Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments zeigen, eine Wellenform der Drehmomentabweichung, die in einer Speichereinheit für eine Drehmomentwellenform gespeichert ist, eine Drehmomentwellenform aufgrund von Absorption durch einen Generator, sowie das in der Brennkraftmaschine erzeugte gesteuerte Drehmoment gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 12 bis 15 sind Graphen, die die Fluktuation des in einer Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments zeigen, eine Wellenform der Drehmomentabweichung, die in einer Speichereinheit für die Drehmomentwellenform gespeichert ist, die in einem Motor erzeugte Drehmomentwellenform, sowie das in der Brennkraftmaschine erzeugte gesteuerte Drehmoment gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 16 ist ein Diagramm, das ein System gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 17, 20, 23, 26 und 29 sind Graphen, von denen jeder Fluktuationen des in einer Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments entsprechend einer jeweiligen Regelungsweise zeigen;
Fig. 18, 21, 24, 27 und 30 sind Graphen, von denen jeder eine Wellenform des Gegendrehmoments entsprechend der jeweiligen Regelungsweise zeigen;
Fig. 19, 22, 25, 28 und 31 sind Graphen, von denen jeder ein in der Brennkraftmaschine erzeugtes gesteuertes Drehmoment entsprechend der jeweiligen Regelungsweise zeigt; und
Fig. 32 ist ein Diagramm, das eine Regelungsweise entsprechend einer anderen Ausführungsform zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nun beschrieben. Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, die in einer als Fahrzeugantrieb dienenden Brennkraftmaschine angewendet wird. Die Drehmomentsteuerungsvorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt einen Motor-Generator 2, der ein Beispiel für eine elektrische Maschine darstellt, eine Betriebszustand- Erfassungseinheit 5 zur Erfassung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, eine Speichereinheit 6 für die Drehmomentwellenform, um vorab Wellenformen ΔT (= T - Tm, wobei T das erzeugte Drehmoment und Tm das mittlere Drehmoment ist) der in der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Betriebszustand erzeugten Drehmomentabweichung zu speichern, und eine Steuerungseinheit 7 zur Steuerung des Motor-Generators 2. Der Motor-Generator 2 ist über einen Keilriemen mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 8 verbunden und an der Maschine fest angebracht. Die Erfassungseinheit 5 für den Betriebszustand ist mit einem Luftflußmesser 3 zur Erfassung der in die Brennkraftmaschine 8 eingesaugten Luftmenge versehen sowie mit einem Tachometer 4 zur Erfassung der mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine B. Die Einheit 5 bestimmt den Betriebszustand des Motors auf der Grundlage der erfaßten Ansaugluftmenge und der erfaßten mittleren Motordrehzahl. Die Steuerungseinheit 7 liest auf der Grundlage der erfaßten Betriebszustände des Motors die Wellenform des Drehmoments aus, die als das in der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment angesehen wird. Auf der Grundlage der ausgelesenen Wellenform steuert die Steuerungseinheit 7 den Motorgenerator 2, um zur Auslöschung der Drehmomentabweichung ein Gegendrehmoment zu erzeugen. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere die Drehmomentabweichung des erfindungsgemäß durch die Drehmomentsteuerungsvorrichtung zu steuernden Motors, hängt von einer Änderung im Zylinderinnendruck ab. Demzufolge kann der Betriebszustand aus der Menge des angesaugten, zu verbrennenden Gemisches und der mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Somit ist es die einfachste Weise, den Betriebszustand des Motors in Erfahrung zu bringen, die Kraftstoffzufuhrmenge bei der Verbrennung und die zugehörige mittlere Drehzahl des Motors in Erfahrung zu bringen. Die Kraftstoffzufuhrmenge dieser beiden Größen kann unmittelbar aus der Flußmenge Q der angesaugten Luft, die durch den Luftflußmesser 3 erfaßt wird, gewonnen werden, wenn das Verhältnis des in die Zylinder eingesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches konstant gehalten wird. Die mittlere Drehzahl ω der Brennkraftmaschine kann mit dem Tachometer 4 erfaßt werden. Gemäß dem obigen Verfahren kann die Erfassungseinheit 5 für den Betriebszustand dieser Ausführungsform den Betriebszustand des Motors bestimmen. Das obige Verfahren ist ein typisches Beispiel dafür, wie der Betriebszustand des Motors auf die einfachste Weise in Erfahrung gebracht werden kann. Um die Ansaugluftmenge genau in Erfahrung bringen zu können, ist es möglich, ein Signal für den Drosselöffnungsgrad von einem Drosselpositionssensor zu verwenden, oder, um einfacher den Betriebszustand des Motors genauer erfassen zu können, andere Zustandsgrößen wie Kühlwassertemperatur, Öltemperatur und Schaltgetriebeposition in der Kraftübertragung zu erfassen.
Die Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung speichert einen Teil der Wellenform der im Brennkraftmotor erzeugten Drehmomentabweichung für jeden kleinsten durch einen Kurbelwinkelsensor 1 erfaßbaren Drehwinkel der Kurbelwelle bezüglich der jeweiligen Betriebszustände. Außerdem gibt die Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung die Wellenform der Drehmomentabweichung entsprechend einer im Motor erzeugten Wellenform nach Maßgabe des durch die Erfassungseinheit 5 für den Betriebszustand erfaßten Betriebszustands des Motors (angesaugte Luftmenge Q und mittlere Drehzahl ω) synchron mit dem Rotationspuls, der vom Kurbelwellenwinkelsensor 1 für jeden erfaßten Winkel der Kurbelwelle ausgegeben wird, aus. Es ist somit möglich, die Wellenform der in der jeweiligen Rotationswinkelposition der Kurbelwelle des Motors (Fig. 2) erzeugten Drehmomentabweichung wahrheitsgetreu zu erfassen. In dieser Ausführungsform speichert die Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung die Wellenform der im Motor erzeugten Drehmomentabweichung für jeden kleinsten durch den Sensor 1 erfaßbaren Drehwinkel der Kurbelwelle. Für den Fall jedoch, daß die Auflösungsfähigkeit bezüglich des Drehwinkels der Kurbelwelle nicht sehr genau benötigt wird, ist es ausreichend, das Intervall des zu erfassenden Drehwinkels der Kurbelwelle zu erhöhen und gleichzeitig den Rotationsimpuls, der für jedes Grad vom Kurbelwellenwinkelsensor 1 ausgegeben wird, als Synchronsignal zu verwenden, wenn die in der Speichereinheit gespeicherte Drehmomentwellenform ausgegeben wird, indem der Drehimpuls dividiert wird, so daß er mit dem gespeicherten Drehwinkelintervall übereinstimmt.
Bei einer anderen Speichereinheit für die Wellenform der Drehmomentabweichung, in der die Wellenform der Drehmomentabweichung als Funktion fn der angesaugten Luftmenge Q, der mittleren Drehzahl ω und des Kurbelwellenwinkels θ dargestellt ist, ist es ausreichend, die Funktion fn zur Darstellung der Wellenform der Drehmomentabweichung sowie deren Koeffizienten K&sub1;, ..., KN in der Speichereinheit zu speichern. Wenn unter Verwendung dieser Koeffizienten (siehe Fig. 3) die Wellenform der Drehmomentabweichung (ΔT = fn (K&sub1;, ..., KN, Q, ω, θ)) für jedes Winkelgrad der Kurbelwelle berechnet und der berechnete Winkel synchron mit einem Rotationspuls, der für jedes Grad vom Kurbelwellenwinkelsensor 1 ausgegeben wird, in die Steuerungseinheit 7 ausgegeben wird, ist es möglich, in gleicher Weise wie in Fig. 2 gezeigt die Wellenform der für jeden Drehwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erzeugten Wellenform der Drehmomentabweichung verlässlich zu ermitteln.
Nachfolgend wird der Unterschied zwischen den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Fällen erläutert. Im Fall der Fig. 2 ist es nicht notwendig, die Berechnung in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung durchzuführen, da die Wellenform der Drehmomentabweichung vorab vollständig als Kennlinie der Wellenform gespeichert wird, es wird jedoch eine große Speicherkapazität zur Speicherung der Drehmomentwellenform benötigt. Im Gegensatz hierzu ist es im Falle der Fig. 3 möglich, die Speicherkapazität zu verringern, da die Wellenform der Drehmomentabweichung in Form von Koeffizienten der Kennlinie gespeichert werden kann, es ist dann aber notwendig, die Drehmomentwellenform unter Verwendung der Koeffizienten zu berechnen. Es müssen somit dann in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung einige Berechnungen vorgenommen werden. Welches Verfahren verwendet werden sollte, bestimmt sich danach, wie sich in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung die Rechenleistung und die Speicherkapazität zueinander verhalten.
Bezugnehmend auf die Fig. 4 bis 7 wird nun die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben. Fig. 4 ist ein Graph, der ein Beispiel der in der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmomentänderung T darstellt. Fig. 5 ist ein Graph, der die Wellenform der von der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung ausgegebenen Drehmomentabweichung ΔT zeigt, wenn im Motor das in Fig. 4 gezeigte Drehmoment erzeugt wird. In der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung ist lediglich die Drehmomentabweichung ΔT (= T - Tm) gespeichert, die eine Drehvibration oder eine Veränderung der Motorgeschwindigkeit bewirkt.
Die Steuerungseinheit 7 steuert den Motor-Generator 2 so, daß er als elektrischer Generator arbeitet, um zusätzliches, vom Motor erzeugtes Drehmoment auf der Grundlage der aus der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung ausgelesenen Wellenform der Drehmomentabweichung zu absorbieren, wenn die Wellenform positiv ist, d.h., wenn das durch den Motor erzeugte Drehmoment T größer als das mittlere Drehmoment Tn ist (es ist zusätzliches Drehmoment vorhanden). Andererseits steuert die Steuerungseinheit 7 den Motor-Generatur als elektrischen Motor, um Drehmoment zu erzeugen und es der Brennkraftmaschine zu überlagern, um ein ungenügendes Drehmoment zu kompensieren, wenn die Wellenform negativ ist, also wenn das im Motor erzeugte Drehmoment T kleiner als das mittlere Drehmoment Tm ist (es liegt ungenügendes Drehmoment vor).
Fig. 6 ist ein Graph, der die Wellenform des vom Motor-Generator 2 erzeugten bzw. absorbierten Drehmoments zeigt. Wird die Steuerung vorgenommen, wird die Drehmomentabweichung ΔT durch die Erzeugung / Absorption von Drehmoment durch den Motor-Generator, wie in Fig. 6 gezeigt, ausgelöscht. Das gesteuerte, im Motor erzeugte Drehmoment wird sanft oder glatt ohne Abweichungen, wie in Fig. 7 gezeigt.
Wie weiter oben beschrieben, ist es aufgrund der Drehmomentsteuerung möglich, die Drehmomentabweichung beim in der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoment sehr genau zu unterdrücken, wie in Fig. 7 gezeigt.
Auch dann, wenn der abweichende Anteil des im Motor erzeugten Drehmoments mit einer Frequenz synchron zum Verbrennungsvorgang nennenswert ist, kann die Wellenform der Drehmomentabweichung, die in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung gespeichert ist, als eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle mit einer Frequenz synchron zum Verbrennungsvorgang im Motor angesehen werden, um im wesentlichen den gleichen Effekt wie im oben beschriebenen Fall sicherzustellen. Der Verbrennungsvorgang im Motor wird entsprechend der Anzahl der Zylinder des Motors während eines Verbrennungszyklus (720º im Falle von Viertaktmaschinen und 360º im Falle von Zweitaktmaschinen, ausgedrückt im Kurbelwinkel der Kurbelwelle) mehrmals ausgeführt. Eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle einer Frequenz vollständig synchrom zum Verbrennungsvorgang im Motor bezeichnet also eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle einer Periodendauer, deren Wert (Drehwinkel der Kurbelwelle) erhalten wird, indem ein Verbrennungszyklus des Motors durch die Anzahl der Zylinder dividiert wird. Für den Fall, daß die in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung zu speichernde Wellenform der Drehmomentabweichung durch einen Sinus- oder Rechteckwinkel einer Frequenz synchron zum Verbrennungsvorgang im Motor angenähert wird, reicht es somit aus, wenn in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung lediglich eine Amplitude der Sinus- oder Rechteckwelle und der Kurbelwinkel der Kurbelwelle zur Synchronisation der Sinus- oder Rechteckwelle mit dem Verbrennungsvorgang gespeichert wird. Die Rechenleistung und die Speicherkapazität, die für die Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung zu fordern ist, kann dadurch merklich verringert werden.
Fig. 8 bis 11 zeigen die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der ein elektrischer Generator als elektrische Maschine verwendet und als Belastungseinrichtung genützt wird. Fig. 8 ist ein Graph, der die Fluktuation von im Motor erzeugtem Drehmoment zeigt. Fig. 9 ist ein Graph, der eine in der Speichereinheit für die Wellenform der Drehmomentabweichung gespeicherte Wellenform der Drehmomentabweichung zeigt. Fig. 10 ist ein Graph, der eine Drehmomentwellenform zeigt, die vom durch die Steuerungseinheit gesteuerten elektrischen Generator absorbiert wird. Fig. 11 ist ein Graph, der die gesteuerte Fluktuation des im Motor erzeugten Drehmoments zeigt. Der elektrische Generator kann auf den Motor kein Drehmoment ausüben, kann aber vom Motor her Drehmomente absorbieren. Wenn somit das durch den Motor erzeugte Drehmoment groß ist, wird der elektrische Generator so gesteuert, daß er ein starkes Drehmoment absorbiert. Wenn andererseits das im Motor erzeugte Drehmoment klein ist, wird der elektrische Generator so gesteuert, daß er wenig Drehmoment absorbiert.
Fig. 12 bis 15 zeigen eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der ein elektrischer Motor als elektrische Maschine verwendet wird. Fig. 12 ist ein Graph, der die Fluktuation des im Brennkraftmotor erzeugten Drehmoments zeigt. Fig. 13 ist ein Graph, der die in der Speichereinheit für die Wellenform der Drehmomentabweichung gespeicherte Wellenform der Drehmomentabweichung zeigt. Fig. 14 ist ein Graph, der die Wellenform des Drehmoments zeigt, das vom durch die Steuerungseinheit gesteuerten elektrischen Motor erzeugt wird. Fig. 15 ist ein Graph, der die im Motor erzeugte gesteuerte Fluktuation des Drehmoments zeigt. Der Motor kann nicht Drehmoment vom Motor absorbieren, kann jedoch Drehmoment auf den Motor ausüben. Daher wird, wenn das vom Motor erzeugte Drehmoment groß ist, der elektrische Motor so gesteuert, daß er wenig Drehmoment erzeugt, wenn andererseits das vom Motor erzeugte Drehmoment gering ist, wird der elektrische Motor so gesteuert, daß ein größeres Drehmoment erzeugt wird.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nun Bezug nehmend auf die Fig. 16 bis 25 beschrieben.
In dieser Ausführungsform sind als elektrische Maschine 2 getrennt voneinander ein elektrischer Generator 21 und ein elektrischer Motor 22 vorgesehen, sie sind fest an der Brennkraftmaschine 8 befestigt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den elektrischen Generator 21 und den elektrischen Motor 22 (Fig. 16) unabhängig und getrennt voneinander zu steuern.
Fig. 17 ist ein Graph, der eine im Motor erzeugte Drehmomentfluktuation zeigt, wenn das mit dieser Anordnung ausgestattete Fahrzeug beschleunigt wird.
Fig. 18 ist ein Graph, der vom elektrischen Generator 21 absorbiertes Drehmoment und vom elektrischen Motor 22 erzeugtes Drehmoment zeigt, von denen beide unabhängig voneinander durch eine Steuerungseinheit 7 (bestehend aus einer Generatorausgangssteuerungsschaltung 71 und einer Motoreingangssteuerungsschaltung 72) gesteuert werden.
In diesem Fall werden der Generator 21 und der Motor 22 wechselweise durch die Steuerungseinheit 7 gesteuert, um das in Fig. 18 gezeigte Gegendrehmoment zu erzeugen, um dadurch die in Fig. 17 gezeigte Drehmomentabweichung aufzuheben. Als Ergebnis wird die im Motor erzeugte gesteuerte Fluktuation des Drehmoments sanft und gleichmäßig wie in Fig. 19 gezeigt.
Insbesondere steuert die Generatorausgangssteuerungsschaltung 71 den Generator 21 entsprechend der aus der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung ausgelesenen Wellenform der Drehmomentabweichung. Wenn durch den Generator 21 ein großes Drehmoment absorbiert werden soll, wird entweder der Magnetfeldstrom zwischen einer Batterie 9 und dem Generator 21 oder deren Ausgangsstrom oder beide gemeinsam erhöht. Wenn andererseits wenig Drehmoment durch den Generator 21 zu absorbieren ist, werden entweder der Magnetfeldstrom oder der Ausgangsstrom oder beide reduziert.
Die Steuerungsschaltung 72 für den Eingang des elektrischen Motors steuert den Motor 22 entsprechend der aus der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung ausgelesenen Wellenform der Drehmomentabweichung. Wenn der Motor 22 ein großes Drehmoment erzeugen soll, muß der von einer Batterie 9 zum Motor 22 fließende Ankerstrom erhöht werden. Wenn andererseits der Motor 22 geringes Drehmoment erzeugen soll, ist die Größe des Ankerstroms zu verringern.
Brennkraftmaschinen neigen im allgemeinen dazu, bei zunehmender Last eine zunehmende Abweichung des im Motor erzeugten Drehmoments zu zeigen. Wenn die Steuerung so vorgenommen wird, daß die Summe (Mittelwert) des durch den in Fig. 17 gezeigten Generator absorbierten Drehmoments gleich der Summe (Mittelwert) des durch den Motor 22 erzeugten Drehmoments ist, vergrößert sich die Belastung des Motors nicht. Dadurch ist es möglich, die Drehmomentabweichung ausschließlich zu verringern, ohne sie zu erhöhen.
Die in den Fig. 20 bis 22 dargestellte Steuerungsweise ist so, daß durch den Generator 21 in einem Kurbelwinkelbereich, in dem die Drehmomentabweichung positiv ist, ein großes Drehmoment absorbiert wird, in einem Kurbelwellenwinkelbereich, in dem die Drehmomentabweichung negativ ist, niedriges Drehmoment absorbiert wird, und im gesamten Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle das durch den Motor 22 erzeugte Drehmoment konstant gehalten wird. Das vom Generator absorbierte Drehmoment sorgt dafür, daß die Drehmomentabweichung des Motors reduziert wird. Da die Größe des durch den Generator absorbierbaren Drehmoments durch seine Kapazität zur Erzeugung von Elektrizität begrenzt ist, ist es im Falle, daß die Steuerung mit einem Generator kleiner Kapazität zur Erzeugung von Elektrizität benutzt wird, unmöglich, die gesamte Drehmomentabweichung auszulöschen. Wenn jedoch die Steuerung so durchgeführt wird, daß die Summe des durch den Generator 21 absorbierten Drehmoments gleich dem durch den Motor 22 (Fig. 21) erzeugten Drehmoment ist, wird die dem Motor zugefügte Belastung nicht erhöht. Im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Steuerung durchgeführt wird, ist es somit möglich, die Drehmomentabweichung lediglich zu reduzieren, ohne die Drehmomentabweichung zu erhöhen.
In den Fig. 23 bis 25 wird eine andere Regelungsweise derart vorgenommen, daß in einem Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle, in dem die Drehmomentabweichung negativ ist, durch den Motor 22 ein großes Drehmoment erzeugt wird, in einem Kurbelwinkelbereich, in dem die Drehmomentabweichung positiv ist, ein kleines Drehmoment durch den Motor 22 erzeugt wird, und im gesamten Kurbelwinkelbereich das durch den Generator 21 absorbierte Drehmoment konstant gehalten wird. Durch das durch den Motor 22 erzeugte Drehmoment wird die Drehmomentabweichung des Motors reduziert. Da die Größe des durch den Motor 22 erzeugbaren Drehmoments durch dessen Ausgangskapazität begrenzt ist, ist es nicht möglich, alle Drehmomentabweichungen auszugleichen, wenn die Steuerung mit einem Motor kleiner Kapazität durchgeführt wird. Wenn jedoch die Steuerung derart vorgenommen wird, daß die Summe des durch den Motor 22 erzeugten Drehmoments gleich dem durch den Generator 21 (Fig. 24) erzeugten Drehmoment ist, ist es möglich, die Drehmomentabweichung ausschließlich zu reduzieren, ohne die Drehmomentabweichung zu erhöhen, da im Vergleich zum ungesteuerten Betrieb die auf den Motor ausgeübte Belastung nicht erhöht wird.
Für den Fall, daß ein Gleichstrommotor als Motor verwendet wird, zeigt das durch den Gleichstrommotor erzeugte Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit eine nachlassende Kennlinie, wenn an den Gleichstrommotor eine konstante Antriebsspannung angelegt wird. Nimmt man nun an, daß bei Fluktuationen des im Motor erzeugten Drehmoments und damit einhergehenden Fluktuationen der Drehzahl der Gleichstrommotor mit konstanter Spannung betrieben wird, ändert sich das im Gleichstrommotor erzeugte Drehmoment entsprechend der Drehzahländerung. Wenn die Drehzahl zunimmt (also wenn das im Motor erzeugte Drehmoment groß ist), ist die Drehmomentabweichung des Gleichstrommotors klein, wohingegen dann, wenn die Drehzahl nachläßt (also wenn das im Motor erzeugte Drehmoment klein ist), die Drehmomentabweichung des Gleichstrommotors groß ist. Wenn man also einen Gleichstrommotor bei konstanter angelegter Spannung verwendet, stellt der Gleichstrommotor automatisch sein erzeugtes Drehmoment so ein, daß die Drehzahl konstant gehalten wird. Indem die Ansteuerung mit konstanter Spannung vorgenommen wird, während der Mittelwert des im Gleichstrommotor erzeugten Drehmoments gleich dem durch den Motor 6, wie in Fig. 21 gezeigt, erzeugten Drehmoment gesetzt wird, ist es möglich, die Drehmomentabweichung weiter zu reduzieren.
Es wird nun eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben, bei der dann, wenn aufgrund der Verwendung von elektrischen Lasten, die im Fahrzeug vorgesehen sind, so daß ein Aufladen der Batterie mit dem Generator 21 notwendig ist, der Änderungsbetrag der Batterie 9 abnimmt, die Erzeugung elektrischer Leistung wie in den Fig. 26 bis 28 gezeigt mit der Drehmomentsteuerung vorgenommen wird.
Würde der elektrische Motor 22 dann, wenn der Generator 21 elektrisch auflädt, ein Drehmoment erzeugen, um eine Steuerung wie in der ersten Ausführungsform vorzunehmen, würde die durch den Generator 21 erzeugte elektrische Leistung durch den Motor 22 aufgebraucht werden und die Batterie würde nicht ausreichend geladen werden. In einem solchen Fall ist es deshalb notwendig, das Drehmoment lediglich mit dem Generator 21 zu steuern, ohne daß durch den Motor 22 Drehmoment erzeugt wird. Somit wird, um die für das Aufladen notwendige Drehmomentsumme absorbieren zu können, anstelle einer kontinuierlichen Absorption eines konstanten Drehmoments durch den Generator 21 das Drehmoment periodisch bzw. ungleichmäßig durch den Generator 21 nach Maßgabe der Wellenform der Drehmomentabweichung (Fig. 27) absorbiert. Somit ist es möglich, die Batterie durch den Generator 21 zu laden, ohne die Größe der Drehmomentabweichung (Fig. 28) stark zu erhöhen.
Es wird nun eine sechste erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben, bei der dann, wenn es notwendig ist, unter Drehmomentsteuerung die elektrische Leistung der Batterie zu verbrauchen, die elektrische Leistung der Batterie durch den Generator 21 verbraucht wird. Die Wirkungsweise wird Bezug nehmend auf die Zeichnungen 29 bis 31 erklärt. Wenn die elektrische Leistung durch den Motor 22 verbraucht wird, würde dann, wenn wie in der ersten Ausführungsform die Steuerung durch Absorption des Drehmoments mit dem Generator 21 durchgeführt werden würde, der Generator 21 bei seiner Arbeit weiter elektrische Leistung erzeugen, was zu einer weiteren Aufladung der Batterie führen würde. Somit ist es in diesem Fall notwendig, das Drehmoment lediglich mit dem Motor 22 ohne Drehmomentabsorption durch den Generator 21 zu steuern. Wenn somit zum Zwecke des Verbrauchs elektrischer Leistung aus der Batterie durch den Motor 22 Drehmoment erzeugt wird, wird das Drehmoment periodisch bzw. diskontinuierlich durch den Motor 22 entsprechend der Drehmomentabweichung erzeugt, ohne daß für den Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 22 ein konstantes Drehmoment erzeugt würde, die verbrauchte Energie bleibt ungeändert (Fig. 30). Damit ist es möglich, den Betrag der Drehmomentabweichung weiter zu verringern (Fig. 31).
Bei den vorherigen Ausführungsformen ist es durch Hinzufügen der Steuerungsschaltung mit den Schritten 101 bis 104, die in Fig. 32 gezeigt sind, möglich, die Steuerunseinheit 7 und die Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung weiter zu vereinfachen.
Wenn im Schritt 101 der Betriebszustand des Motors erfaßt wird, wird die vorher beschriebene Steuerung nicht ausgeführt (Schritt 102), wenn die ermittelte Drehmomentabweichung als vernachlässigbar angesehen wird. Da dadurch die Anzahl der Wellenformmuster, die in der Speichereinheit 6 für die Wellenform der Drehmomentabweichung zu speichern sind, verkleinert wird, ist es mölich, zur Vereinfachung der Struktur einen Speicher geringerer Kapazität zu verwenden. Die Erfassung des Betriebszustands im Schritt 101 wird auf der Grundlage der Fahrzeugreisegeschwindigkeit oder der Fußpedalbetätigung des Fahrpedals ausgeführt, wenn die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung in einem Fahrzeug angewendet wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Drehmomentsteuerung für einen Brennkraftmotor mit

- einer elektromechanischen Maschine (2, 21, 22), die mechanisch mit dem Motor verbunden ist, um das Drehmoment des Brennkraftmotors zu absorbieren und/oder ein Drehmoment auf den Brennkraftmotor auszuüben,

- Erfassungseinrichtungen (3, 4, 5) zum Erfassen eines Betriebszustands des Brennkraftmotors, und

- einer Steuerungseinrichtung (7, 71, 72) zum Steuern der elektromechanischen Maschine (2, 21, 22),

weiter gekennzeichnet durch

- eine Speichereinrichtung (6), um vor dem Gebrauch der Vorrichtung Wellenform-Kennlinien von Abweichungen des durch den Brennkraftmotor erzeugten Drehmoments von einem Mittelwert des Drehmoments bei veschiedenen Betriebsbedingungen des Brennkraftmotors zu speichern, sowie dadurch, daß

- die Steuerungseinrichtung (7, 71, 72) entsprechend der erfaßten Betriebsbedingung des Brennkraftmotors Wellenform-Kennlinien der Drehkraftabweichung aus der Speichereinrichtung ausliest und die elektromechanische Maschine auf der Grundlage der ausgelesenen Wellenform-Kennlinien steuert, um Drehmoment vom Brennkraftmotor zu absorbieren und/oder Drehmoment auf den Brennkraftmotor auszuüben, wodurch die Drehzahlabweichung reduziert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine einen Motor-Generator (2) aufweist und die Steuerungseinrichtung den Motor-Generator (2) auf der Grundlage der ausgelesenen Wellenform-Kennlinien steuert, um zur Auslöschung der Drehmomentsabweichung ein Gegendrehmoment zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine eine Einrichtung für die elektrische Belastung aufweist, um ausschließlich Drehmoment des Brennkraftmotors zu absorbieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine einen elektrischen Motor (22) aufweist, um ausschließlich Drehmoment auf den Brennkraftmotor auszuüben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die elektrische Belastung einen elektrischen Generator (21) aufweist, der in einem Fahrzeug vorgesehen ist, in dem der Brennkraftmotor angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform-Kennlinien der Drehzahlabweichungen, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, Wellenmuster sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform-Kennlinie der Drehmomentabweichung, die in der Speichereinrichtung gespeichert ist, eine Wellenmuster darstellende Funktion sowie Koeffizienten hierfür sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenmuster ausgewählt wird aus einer Gruppe, die aus einer Sinuswelle und einer Rechteckwelle besteht, die eine Periodendauer haben, deren Wert ermittelt wird, indem ein Verbrennungszyklus des Brennkraftmotors durch die Anzahl seiner Zylinder dividiert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (5) eine Einrichtung (3) zur Erfassung der Menge des in den Brennkraftmotor fließenden Gasgemisches und eine Einrichtung (4) zur Erfassung der mittleren Drehzahl des Brennkraftmotors aufweist, wodurch auf der Grundlage der erfaßten Gasgemischmenge und der erfaßten mittleren Drehzahl der Betriebszustand bestimmt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine integral am Brennkraftmotor angebracht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine (2) einen elektrischen Generator (21) und einen elektrischen Motor (22) aufweist, die voneinander getrennt sind, und wobei die Steuerungseinrichtung (71, 72) auf der Grundlage der ausgelesenen Wellenform-Kennlinien den elektrischen Generator und den elektrischen Motor unabhängig steuert, um zur Auslöschung der Drehmomentabweichung ein Gegendrehmoment zu erzeugen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine (2) einen elektrischen Generator (21) und einen elektrischen Motor (22) aufweist, die voneinander getrennt sind, und wobei die Steuerungseinrichtung (71, 72) den elektrischen Generator (21) steuert, um ein großes Drehmoment vom Brennkraftmotor zu absorbieren, wenn die Drehmomentabweichung positiv ist, den elektrischen Generator (21) steuert, um ein kleines Drehmoment vom Brennkraftmotor zu absorbieren, wenn die Drehmomentabweichung negativ ist und den elektrischen Motor (22) steuert, um ein konstantes Drehmoment zu erzeugen, um damit den Brennkraftmotor zu beaufschlagen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine (2) einen elektrischen Generator (21) und einen elektrischen Motor (22) aufweist, die voneinander getrennt sind, und wobei die Steuerungseinrichtung (71, 72) den elektrischen Motor (22) steuert, um ein kleines Drehmoment auf den Brennkraftmotor auszuüben, wenn die Drehmomentabweichung positiv ist, den elektrischen Motor (22) steuert, um ein großes Drehmoment auf den Brennkraftmotor auszuüben, wenn die Drehmomentabweichung negativ ist, und den elektrischen Generator (21) steuert, um ein konstantes Drehmoment vom Brennkraftmotor zu absorbieren.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Drehmoment, mit dem der Brennkraftmotor durch den elektrischen Motor beaufschlagt wird, ein Null-Drehmoment ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Drehmoment, das durch den elektrischen Generator vom Brennkraftmotor absorbiert wird, ein Null-Drehmoment ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Maschine (2) einen elektrischen Generator (21) und einen Gleichstrommotor (22) aufweist, die voneinander getrennt sind, und daß die Steuerungseinreichtung (71, 72) den elektrischen Generator steuert, um ein großes Drehmoment vom Brennkraftmotor zu absorbieren, wenn die Drehzahlabweichung positiv ist, den elektrischen Generator ansteuert, ein kleines Drehmoment vom Brennkraftmotor zu absorbieren, wenn die Drehzahlabweichung negativ ist, und den Gleichstrommotor mit konstanter Spannung betreibt.