Система управления двигателем

Система управления двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе управления двигателем.

Уровень техники

В технике известно транспортное средство гибридного типа, которое снабжено системой регулировки выходной мощности, которая имеет пару электродвигателей-генераторов и которая принимает в качестве входа выходную мощность двигателя и генерирует выходную мощность для приведения в движение транспортного средства, в котором система регулировки выходной мощности имеет механизм планетарной передачи, состоящий из солнечной шестерни, коронной шестерни и планетарных шестерен, переносимых по водилу планетарной передачи, причем первый электродвигатель-генератор присоединен к коронной шестерне, двигатель и второй электродвигатель-генератор присоединены к солнечной шестерне, и водило планетарной передачи присоединено к выходному валу для приведения в движение транспортного средства (см. патент Японии №3337026).

В такой конфигурации пары электродвигателей-генераторов, электрическая мощность, генерируемая одним электродвигателем-генератором, часто используется для приведения в действия другого электродвигателя-генератора, или электрическая мощность, генерируемая другим электродвигателем-генератором, накапливается в аккумуляторе, и электрическая мощность, накопленная в аккумуляторе, используется для приведения в действие другого электродвигателя-генератора. При этом, в любом случае, происходит потеря энергии. В этом случае, чем больше величина электрической мощности, генерируемой одним электродвигателем-генератором и потребляемой другим электродвигателем-генератором, тем больше потеря энергии, и поэтому ниже КПД.

В этой связи, для упомянутого транспортного средства, движется ли транспортное средство вперед или дает задний ход, двигатель работает в наиболее эффективном режиме, т.е. развивает максимальный крутящий момент. Когда транспортное средство движется задним ходом, для обращения направления вращения выходного вала для приведения в движение транспортного средства относительно направления, при котором транспортное средство движется вперед, первый электродвигатель-генератор прилагает к коронной шестерне крутящий момент в обратном направлении относительно крутящего момента, который прилагается двигателем к солнечной шестерне, и который превышает этот крутящий момент. В этом случае, если крутящий момент, прилагаемый к солнечной шестерне, увеличивается, то крутящий момент, прилагаемый к коронной шестерне, также увеличивается.

В этой связи, в этом транспортном средстве, электрическая мощность, генерируемая вторым электродвигателем-генератором, который присоединен к двигателю, потребляется первым электродвигателем-генератором. Таким образом, в этом транспортном средстве чем больше выходной крутящий момент двигателя, т.е. чем больше крутящий момент, прилагаемый к солнечной шестерне, тем больший крутящий момент прилагается первым электродвигателем-генератором к коронной шестерне. Таким образом, чем больше выходной крутящий момент двигателя, тем больше величина электрической мощности, генерируемая вторым электродвигателем-генератором и потребляемая первым электродвигателем-генератором, и поэтому больше потеря энергии. В этом случае, в этом транспортном средстве, поскольку выходная мощность двигателя всегда делается максимальной, величина электрической мощности, генерируемая вторым электродвигателем-генератором и потребляемая первым электродвигателем-генератором, оказывается чрезвычайно большой, в связи с чем возникает проблема с КПД, приводящая к его падению.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателем, предназначенной для повышения КПД при движении транспортного средства задним ходом.

Согласно настоящему изобретению создана система управления двигателем, содержащая систему регулировки выходной мощности, которая имеет пару электродвигателей-генераторов и которая принимает в качестве входа выходную мощность двигателя и генерирует выходную мощность для приведения в движение транспортного средства, причем система регулировки выходной мощности выполнена так, что выходной крутящий момент двигателя отводится на электродвигатели-генераторы, причем двигатель снабжен механизмом переменной степени сжатия, который выполнен с возможностью изменения степени механического сжатия, и механизмом регулирования фаз газораспределения, который выполнен с возможностью управления моментом закрытия впускного клапана, причем один из электродвигателей-генераторов используется для генерирования выходной мощности для приведения транспортного средства в движение, когда транспортное средство движется задним ходом, если двигатель в этот момент работает, крутящий момент с обратным направлением вращения действует на другой электродвигатель-генератор, и этот другой электродвигатель-генератор используется для действия генерирования мощности, и, в этот момент, на двигателе, степень механического сжатия поддерживается на заданной или большей степени сжатия, и момент закрытия впускного клапана остается в стороне от нижней мертвой точки такта впуска.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - общий вид двигателя и системы регулировки выходной мощности;

фиг.2 - вид, поясняющий действие системы регулировки выходной мощности;

фиг.3 - вид, иллюстрирующий соотношение между выходной мощностью двигателя и крутящим моментом двигателя Te и оборотами двигателя Ne и т.д.;

фиг.4 - логическая блок-схема управления работой транспортного средства;

фиг.5 - вид, поясняющий управление зарядкой и разрядкой аккумулятора;

фиг.6 - общий вид двигателя, показанного на фиг.1;

фиг.7 - вид в перспективе с разнесением деталей механизма переменной степени сжатия;

фиг.8 - схематический вид сбоку в разрезе двигателя;

фиг.9 - вид, иллюстрирующий механизм регулирования фаз газораспределения;

фиг.10 - вид, иллюстрирующий величины подъема впускного клапана и выпускного клапана;

фиг.11 - вид, поясняющий степень механического сжатия и фактические степень сжатия и степень расширения;

фиг.12 - вид, иллюстрирующий соотношение между теоретическим тепловым КПД и степенью расширения;

фиг.13 - вид, поясняющий нормальный цикл и цикл со сверхвысокой степенью расширения;

фиг.14 - вид, иллюстрирующий изменения степени механического сжатия в соответствии с крутящим моментом двигателя и т.д.;

фиг.15 - вид, иллюстрирующий кривые равного расхода топлива и рабочие кривые;

фиг.16 - вид, иллюстрирующий изменения расхода топлива и степени механического сжатия;

фиг.17 - вид, иллюстрирующий кривые равного расхода топлива и рабочие кривые;

фиг.18 - вид, иллюстрирующий номограмму времени, когда транспортное средство движется задним ходом;

фиг.19 - вид, иллюстрирующий карту необходимого тягового крутящего момента транспортного средства; и

фиг.20 - логическая блок-схема управления работой транспортного средства.

Наилучший способ осуществления изобретения

На фиг.1 показан общий вид двигателя 1 с искровым зажиганием и системы 2 регулировки выходной мощности, установленных на гибридном транспортном средстве.

Сначала, со ссылкой на фиг.1, будет дано простое объяснение системы 2 регулировки выходной мощности. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.1, система 2 регулировки выходной мощности состоит из пары электродвигателей-генераторов MG1 и MG2, действующих как электродвигатели и генераторы, и механизма 3 планетарной передачи. Механизм 3 планетарной передачи состоит из солнечной шестерни 4, коронной шестерни 5, планетарных шестерен 6, расположенных между солнечной шестерней 4 и коронной шестерней 5, и водила 7 планетарной передачи, несущего планетарные шестерни 6. Солнечная шестерня 4 присоединена к валу 8 электродвигателя-генератора MG1, тогда как водило 7 планетарной передачи присоединено к выходному валу 9 двигателя 1. Кроме того, коронная шестерня 5, с одной стороны, присоединена к валу 10 электродвигателя-генератора MG2 и, с другой стороны, присоединена к выходному валу 12, присоединенному к ведущим колесам ремнем 11. Таким образом, можно видеть, что при вращении коронной шестерни 5, выходной вал 12 вращается вместе с ней.

Электродвигатели-генераторы MG1 и MG2, соответственно, представляют собой синхронные электродвигатели переменного тока, роторы 13 и 15 которых присоединены к соответствующим валам 8 и 10 и содержат совокупности постоянных магнитов, установленных на их внешних поверхностях, и статоры 14 и 16 которых снабжены обмотками возбуждения, создающими вращающиеся магнитные поля. Обмотки возбуждения статоров 14 и 16 электродвигателей-генераторов MG1 и MG2 подключены к соответствующим контроллерам 17 и 18 электродвигателей, а эти контроллеры 17 и 18 электродвигателей подключены к аккумулятору 19, генерирующему высокое напряжение постоянного тока. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.1, электродвигатель-генератор GM2 действует, в основном, как электродвигатель, а электродвигатель-генератор GM1 действует, в основном, как генератор.

Электронный блок 20 управления представляет собой цифровой компьютер и содержит ПЗУ (постоянную память) 22, ОЗУ (оперативную память) 23, ЦП (микропроцессор) 24, входной порт 25 и выходной порт 26, соединенные друг с другом двусторонней шиной 21. Педаль 27 акселератора соединена с датчиком нагрузки 28, генерирующим выходное напряжение, пропорциональное степени нажатия L педали 27 акселератора. Выходное напряжение датчика нагрузки 28 поступает через соответствующий А/Ц преобразователь 25a на входной порт 25. Кроме того, ко входному порту 25 подключен датчик 29 угла поворота кривошипа, генерирующий выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается например, на 15°. Кроме того, входной порт 25 принимает в качестве входа сигнал, выражающий зарядный и разрядный ток аккумулятора 19, и различные другие сигналы через соответствующий А/Ц преобразователь 25a. С другой стороны, выходной порт 26 подключен к контроллерам 17 и 18 электродвигателей и подключен через соответствующую схему управления 26a к компонентам для управления двигателем 1, например, инжектору и т.д.

При приведении в действие электродвигателя-генератора MG2, постоянный ток высокого напряжения, вырабатываемый аккумулятором 19, преобразуется на контроллере 18 электродвигателя в трехфазный переменный ток с частотой fm и значением тока Im. Этот трехфазный переменный ток подается на обмотку возбуждения статора 16. Эта частота fm является частотой, необходимой для того, чтобы вращающееся магнитное поле, генерируемое обмоткой возбуждения, вращалось синхронно с вращением ротора 15. ЦП 24 вычисляет эту частоту fm на основании оборотов выходного вала 10. Контроллер 18 электродвигателя устанавливают частоту трехфазного переменного тока равной этой частоте fm. С другой стороны, выходной крутящий момент электродвигателя-генератора MG2 оказывается, по существу, пропорциональным значению тока Im трехфазного переменного тока. Это значение тока Im вычисляется на основании необходимого выходного крутящего момента электродвигателя-генератора MG2. Контроллер 18 электродвигателя устанавливает значение тока трехфазного переменного тока равным этому значению тока Im.

Кроме того, при задании состояния с использованием внешней силы для приведения в действие электродвигателя-генератора MG2, электродвигатель-генератор MG2 действует как генератор. Мощность, генерируемая в этот момент, восстанавливается в аккумуляторе 19. Необходимый тяговый крутящий момент при использовании внешней силы для приведения в действие электродвигателя-генератора MG2 вычисляется в ЦП 24. Контроллер 18 электродвигателя работает так, что этот необходимый тяговый крутящий момент действует на вал 10.

Такого рода управление приводом на электродвигателе-генераторе MG2 аналогично осуществляется на электродвигателе-генераторе MG1. То есть, при приведении в действие электродвигателя-генератора MG1, постоянный ток высокого напряжения, вырабатываемый аккумулятором 19, преобразуется на контроллере электродвигателя 17 в трехфазный переменный ток с частотой fm и значением тока Im. Этот трехфазный переменный ток подается на обмотку возбуждения статора 14. Кроме того, при задании состояния с использованием внешней силы для приведения в действие электродвигателя-генератора MG1, электродвигатель-генератор MG1 действует как генератор. Мощность, генерируемая в этот момент, восстанавливается в аккумуляторе 19. При этом, контроллер электродвигателя 17 работает так, чтобы вычисленный необходимый тяговый крутящий момент действовал на вал 8.

Теперь, со ссылкой на фиг.2(A), иллюстрирующую механизм 3 планетарной передачи, будет описано соотношение крутящих моментов, действующих на разные валы 8, 9 и 10, и соотношение оборотов валов 8, 9 и 10.

На фиг.2(A), r₁ обозначает радиус делительной окружности солнечной шестерни 4, а r₂ обозначает радиус делительной окружности коронной шестерни 5. Предположим, что в состоянии, показанном на фиг.2(A), крутящий момент Te прилагается к выходному валу 9 двигателя 1, и сила F, действующая в направлении вращения выходного вала 9, генерируется в центре вращения каждой планетарной шестерни 6. В этот момент, на участках сцепления с планетарной шестерней 6, на солнечную шестерню 4 и коронную шестерню 5 действует сила F/2 в том же направлении, что и сила F. В результате, вал 8 солнечной шестерни 4 подвергается действию крутящего момента Tes (=(F/2)·r₁), а вал 10 коронной шестерни 5 подвергается действию крутящего момента Ter (=(F/2)·r₂). С другой стороны, крутящий момент Te, действующий на выходной вал 9 двигателя 1, выражается в виде F·(r₁+r₂)/2, так что, если выражать крутящий момент Tes, действующий на вал 8 солнечной шестерни 4, через r₁, r₂ и Te, получится Tes=(r₁/(r₁+r₂))·Te, и если выражать крутящий момент Ter, действующий на вал 10 коронной шестерни 5, через r₁, r₂ и Te, получится Ter=(r₂/(r₁+r₂))·Te.

Таким образом, крутящий момент Te, развиваемый на выходном валу 9 двигателя 1, разделяется на крутящий момент Tes, действующий на вал 8 солнечной шестерни 4, и крутящий момент Ter, действующий на вал 10 коронной шестерни 5, в отношении r₁:r₂. В этом случае, r₂>r₁, поэтому крутящий момент Ter, действующий на вал 10 коронной шестерни 5, всегда оказывается больше, чем крутящий момент Tes, действующий на вал 8 солнечной шестерни 4. Заметим, что, если обозначить (радиус r₁ делительной окружности солнечной шестерни)/(радиус r₂ делительной окружности коронной шестерни 5), т.е. (число зубьев солнечной шестерни 4)/(число зубьев коронной шестерни 5), как ρ, Tes выражается в виде Tes=(ρ/(1+ρ))·Te, и Ter выражается в виде Ter=(l/(1+ρ))·Te.

С другой стороны, если указать направление вращения выходного вала 9 двигателя 1, т.е. направление действия крутящего момента Te, указанное стрелкой на фиг.2(A), как прямое направление, когда вращение водила 7 планетарной передачи останавливается, и в этом состоянии солнечная шестерня 4 вращается в прямом направлении, коронная шестерня 5 вращается в противоположном направлении. В этот момент, отношение оборотов солнечной шестерни 4 и коронной шестерни 5 становится равным r₂:r₁. Пунктирная линия Z₁ на фиг.2(B) иллюстрирует соотношение оборотов в этот момент. При этом, на фиг.2(B) ордината указывает прямое направление выше нуля и обратное направление ниже нуля. Кроме того, на фиг.2(B), S обозначает солнечную шестерню 4, C обозначает водило 7 планетарной передачи, и R обозначает коронную шестерню 5. Как показано на фиг.2(B), если расстояние между водилом планетарной передачи C и коронной шестерней R равно r₁, расстояние между водилом планетарной передачи C и солнечной шестерней S равно r₂, и обороты солнечной шестерни S, водила планетарной передачи C и коронной шестерни R обозначены жирными точками, точки, указывающие обороты, располагаются на линии, показанной пунктирной линией Z₁.

С другой стороны, при остановке относительного вращения солнечной шестерни 4, коронной шестерни 5 и планетарных шестерен 6, при котором водило 7 планетарной передачи вращается в прямом направлении, солнечная шестерня 4, коронная шестерня 5 и водило 7 планетарной передачи будут вращаться в прямом направлении с такими же оборотами. Соотношение оборотов в этот момент показано пунктирной линией Z₂. Таким образом, соотношение фактических оборотов выражается сплошной линией Z, полученной наложением пунктирной линии Z₁ на пунктирную линию Z₂, поэтому точки, указывающие обороты солнечной шестерни S, водила планетарной передачи C и коронной шестерни R, располагаются на линии, показанной сплошной линией Z. Таким образом, когда известны любые две величины из оборотов солнечной шестерни S, водила планетарной передачи C и коронной шестерни R, оставшаяся величина оборотов определяется автоматически. Если использовать упомянутое соотношение r₁/r₂=ρ, показанное на фиг.2(B), расстояние между солнечной шестерней C и водилом планетарной передачи C и расстояние между водилом планетарной передачи C и коронной шестерней R оказываются в соотношении 1:ρ.

На фиг.2(C) представлены обороты солнечной шестерни S, водила планетарной передачи C и коронной шестерни R и крутящие моменты, действующие на солнечную шестерню S, водило планетарной передачи C и коронную шестерню R. Ордината и абсцисса на фиг.2(C) такие же, как на фиг.2(B). Кроме того, сплошная линия, показанная на фиг.2(C), соответствует сплошной линии, показанной на фиг.2(B). С другой стороны, на фиг.2(C) указаны крутящие моменты, действующие на соответствующие валы, в жирных точках, указывающих обороты. Когда направление действия крутящего момента и направление вращения совпадают при каждом крутящем моменте, это указывает на случай, когда тяговый крутящий момент передается соответствующему валу, а когда направление действия крутящего момента и направление вращения противоположны, это указывает на случай, когда крутящий момент передается соответствующему валу.

В примере, показанном на фиг.2(C), на водило планетарной передачи C действует крутящий момент двигателя Te. Этот крутящий момент двигателя Te разделяется на крутящий момент Ter, прилагаемый к коронной шестерне R, и крутящий момент Te, прилагаемый к солнечной шестерне S. На вал 10 коронной шестерни R действуют отведенный крутящий момент двигателя Ter, крутящий момент Tm₂ электродвигателя-генератора MG2 и тяговый крутящий момент транспортного средства Tr для приведения в движение транспортного средства. Эти крутящие моменты Ter, Tm₂ и Tr равны. В случае, показанном на фиг.2(C), крутящий момент Tm₂ соответствует случаю, когда направление действия крутящего момента совпадает с направлением вращения, поэтому этот крутящий момент Tm₂ передает тяговый крутящий момент валу 10 коронной шестерни R. Таким образом, в этот момент, электродвигатель-генератор MG2 работает как приводной электродвигатель. В случае, показанном на фиг.2(C), сумма крутящего момента двигателя Ter, отведенного в этот момент, и тягового крутящего момента Tm₂, развиваемого электродвигателем-генератором MG2, оказывается равной тяговому крутящему моменту транспортного средства Tr. Таким образом, в этот момент, транспортное средство приводится в движение двигателем 1 и электродвигателем-генератором MG2.

С другой стороны, на вал 8 солнечной шестерни 5 действуют отведенные крутящий момент двигателя Tes и крутящий момент Tm₁ электродвигателя-генератора MG1. Эти крутящие моменты Tes и Tm₁ равны. В случае, показанном на фиг.2(C), крутящий момент Tm₁ соответствует случаю, когда направление действия крутящего момента противоположно направлению вращения, поэтому этот крутящий момент Tm₁ становится тяговым крутящим моментом, передаваемым от вала 10 коронной шестерни R. Таким образом, в этот момент, электродвигатель-генератор MG1 действует как генератор. Иными словами, отведенный крутящий момент двигателя Tes оказывается равным крутящему моменту для приведения в действие электродвигателя-генератора MG1. Таким образом, в этот момент, электродвигатель-генератор MG1 приводится в действие двигателем 1.

На фиг.2(C), Nr, Ne и Ns соответственно обозначают обороты вала 10 коронной шестерни R, вала водила планетарной передачи C, т.е. приводного вала 9, и вала 8 солнечной шестерни S. Таким образом, соотношение оборотов валов 8, 9 и 10 и соотношение крутящих моментов, действующих на валы 8, 9 и 10, явствуют из фиг.2(C). Фиг.2(C) называется "номограммой". Сплошная линия, показанная на фиг.2(C), называется "рабочей кривой".

Теперь, согласно фиг.2(C), если тяговый крутящий момент транспортного средства обозначить Tr и обороты коронной шестерни 5 обозначить Nr, то выходная мощность тяги транспортного средства Pr для приведения в движение транспортного средства можно выразить как Pr=Tr·Nr. Кроме того, выходная мощность Pe двигателя 1 в этот момент выражается произведением Te·Ne крутящего момента двигателя Te и оборотов двигателя Ne. С другой стороны, в этот момент, генерируемая мощность электродвигателя-генератора MG1 аналогично выражается произведением крутящего момента и оборотов. Таким образом, генерируемая мощность электродвигателя-генератора MG1 равна Tm₁·Ns. Кроме того, мощность тяги электродвигателя-генератора MG2 также выражается произведением крутящего момента и оборотов. Таким образом, мощность тяги электродвигателя-генератора MG2 равна Tm₂·Nr. Здесь, исходя из того, что генерируемая мощность Tm₁·Ns электродвигателя-генератора MG1 равна мощности тяги Tm₂·Nr электродвигателя-генератора MG2, и мощность, генерируемая электродвигателем-генератором MG1, используется для приведения в действие электродвигателя-генератора MG2, полная выходная мощность Pe двигателя 1 используется в качестве выходной мощности тяги транспортного средства Pr. При этом Pr=Pe, так что Tr·Nr=Te·Ne. Таким образом, крутящий момент двигателя Te преобразуется в тяговый крутящий момент транспортного средства Tr. При этом, система 2 регулировки выходной мощности осуществляет действие преобразования крутящего момента. Заметим, что, в действительности, существуют потери при генерировании и потери на зубчатой передаче, что не позволяет использовать полная выходная мощность Pe двигателя 1 для выходной мощности тяги транспортного средства Pr, но система 2 регулировки выходной мощности все же осуществляет действие преобразования крутящего момента.

На фиг.3(A) показаны кривые равной выходной мощности Pe₁-Pe₉ двигателя 1. Выходные мощности подчиняются соотношению Pe₁<Pe₂<Pe₃<Pe₄<Pe₅<Pe₆<Pe₇<Pe₈<Pe₉. Ордината на фиг.3(A) указывает крутящий момент двигателя Te, а абсцисса на фиг.3(A) указывает обороты двигателя Ne. Из фиг.3(A) следует, что существуют бесчисленные комбинации крутящего момента двигателя Te и оборотов двигателя Ne, обеспечивающие необходимую выходную мощность Pe двигателя 1 для приведения в движение транспортного средства. В этом случае, независимо от выбора комбинации крутящего момента двигателя Te и оборотов двигателя Ne, система 2 регулировки выходной мощности позволяет преобразовывать крутящий момент двигателя Te в тяговый крутящий момент транспортного средства Tr. Таким образом, с помощью этой системы 2 регулировки выходной мощности можно задавать нужную комбинацию крутящего момента двигателя Te и оборотов двигателя Ne, обеспечивая одну и ту же выходную мощность двигателя Pe. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, как будет объяснено ниже, задается комбинация крутящего момента двигателя Te и оборотов двигателя Ne, что позволяет обеспечить необходимую выходную мощность Pe двигателя 1 и добиться минимального расхода топлива. Соотношение, показанное на фиг.3(A), заранее сохранено в ПЗУ 22.

На фиг.3(B) показаны кривые равного угла открытия акселератора педали 27 акселератора, т.е. кривые равного нажатия L. Степени нажатия L представлены в процентном отношении к кривым равного нажатия L. Ордината на фиг.3(B) указывает необходимый тяговый крутящий момент транспортного средства TrX для приведения в движение транспортного средства, а абсцисса на фиг.3(B) указывает обороты Nr коронной шестерни 5. Из фиг.3(B) явствует, что необходимый тяговый крутящий момент транспортного средства TrX определяется из степени нажатия L педали 27 акселератора и оборотов Nr коронной шестерни 5 в этот момент. Соотношение, показанное на фиг.3(B), заранее сохранено в ПЗУ 22.

Теперь, со ссылкой на фиг.4, опишем основную процедуру управления для эксплуатации транспортного средства. Следует отметить, что эта процедура выполняется с перерывами в течение заданных интервалов времени.

Согласно фиг.4, сначала, на этапе 100, определяются обороты Nr коронной шестерни 5. Затем, на этапе 101, считывается степень нажатия L педали 27 акселератора. Затем, на этапе 102, необходимый тяговый крутящий момент транспортного средства TrX вычисляется из соотношения, показанного на фиг.3(B). Затем, на этапе 103, обороты Nr коронной шестерни 5 умножаются на необходимый тяговый крутящий момент транспортного средства TrX для вычисления необходимой выходной мощности тяги транспортного средства Pr (=TrX·Nr). Затем, на этапе 104, необходимая выходная мощность тяги транспортного средства Pr суммируется с выходной мощностью двигателя Pd, подлежащей увеличению или уменьшению для зарядки или разрядки аккумулятора 19, и выходной мощностью двигателя Ph, необходимой для приведения в действие вспомогательных приспособлений для вычисления необходимой выходной мощности Pn двигателя 1. Следует отметить, что выходная мощность двигателя Pd для зарядки и разрядки аккумулятора 19 вычисляется посредством процедуры, объясненной ниже со ссылкой на фиг.5(B).

Затем, на этапе 105, выходная мощность Pr, необходимая для двигателя 1, делится на КПД ηt преобразования крутящего момента в системе 2 регулировки выходной мощности для окончательного вычисления необходимой выходной мощности Pe двигателя 1 (=Pn/ηt). Затем, на этапе 106, из соотношения, показанного на фиг.3(A), задаются необходимый крутящий момент двигателя TeX и необходимые обороты двигателя NeX и т.д., обеспечивающие необходимую выходную мощность двигателя Pe и минимальный расход топлива. Как задавать необходимый крутящий момент двигателя TeX и необходимые обороты двигателя NeX и т.д., будет объяснено ниже. В настоящем изобретении "минимальный расход топлива" означает минимальный расход топлива с учетом не только КПД двигателя 1, но и КПД зубчатой передачи системы 2 регулировки выходной мощности и т.д.

На этапе 107, необходимый крутящий момент Tm₂X электродвигателя-генератора MG2 (=TrX-Ter=TrX-TeX/(1+ρ)) вычисляется из необходимого тягового крутящего момента транспортного средства TrX и необходимого крутящего момента двигателя TeX. Затем, на этапе 108, необходимые обороты NsX солнечной шестерни 4 вычисляются из оборотов Nr коронной шестерни 5 и необходимых оборотов двигателя NeX. Заметим, что из соотношения, показанного на фиг.2(C), (NeX-Ns):(Nr-NeX)=1:ρ, необходимые обороты NsX солнечной шестерни 4 выражается как Nr-(Nr-NeX)·(1+ρ)/ρ, что отражено на этапе 108 на фиг.4.

Затем, на этапе 109, электродвигатель-генератор MG1 регулируется так, чтобы обороты электродвигателя-генератора MG1 были равны необходимым оборотам NsX. Если обороты электродвигателя-генератора MG1 равны необходимым оборотам NsX, то обороты двигателя Ne равны необходимым оборотам двигателя NeX, и поэтому обороты двигателя Ne регулируется электродвигателем-генератором MG1 до необходимых оборотов двигателя NeX. Затем, на этапе 110, электродвигатель-генератор MG2 регулируется так, чтобы крутящий момент электродвигателя-генератора MG2 был равен необходимому крутящему моменту Tm₂X. Затем, на этапе 111, вычисляются количество впрыскиваемого топлива, необходимое для достижения необходимого крутящего момента двигателя TeX, и нужная степень открытия дроссельного клапана. На этапе 112, двигатель 1 регулируется на основании этих параметров.

В этой связи, в транспортном средстве гибридного типа необходимо все время поддерживать накопленный заряд аккумулятора 19 на постоянном уровне или более. Таким образом, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.5(A), накопленный заряд SOC поддерживается между нижним предельным значением SC₁ и верхним предельным значением SC₂. Таким образом, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, если накопленный заряд SOC падает ниже нижнего предельного значения SC₁, выходная мощность двигателя принудительно повышается для увеличения величины генерируемой мощности. Если накопленный заряд SOC превышает верхнее предельное значение SC₂, выходная мощность двигателя принудительно снижается для уменьшения величины мощности, потребляемой электродвигателем-генератором. Заметим, что накопленный заряд SOC вычисляется, например, путем накопительного суммирования зарядного и разрядного тока I аккумулятора 19.

На фиг.5(B) показана процедура управления для зарядки и разрядки аккумулятора 19. Эта процедура выполняется с перерывами в течение заданных интервалов времени.

Согласно фиг.5(B), сначала, на этапе 120, накопленный заряд SOC суммируется с зарядным и разрядным током I аккумулятора 19. Это значение тока I прибавляется во время зарядки и вычитается во время разрядки. Затем, на этапе 121, принимается решение, находится ли аккумулятор 19 посередине принудительной зарядки. Если он не находится посередине принудительной зарядки, то процедура переходит к этапу 122, где принимается решение, упал ли накопленный заряд SOC ниже нижнего предельного значения SC₁. Если SOC<SC₁, процедура переходит к этапу 124, где выходная мощность двигателя Pd на этапе 104, показанном на фиг.4, устанавливается равным заданному значению Pd₁. При этом выходная мощность двигателя принудительно повышается, и аккумулятор 19 принудительно заряжается. Если аккумулятор 19 принудительно заряжается, процедура переходит от этапа 121 к этапу 123, где принимается решение, завершено ли действие принудительной зарядки. Процедура переходит к этапу 124, если действие принудительной зарядки не завершено.

С другой стороны, если на этапе 122 определено, что SOC≥SC₁, процедура переходит к этапу 125, где принимается решение, находится ли аккумулятор 19 в середине принудительной разрядки. Когда он не находится в середине принудительной разрядки, процедура переходит к этапу 126, где принимается решение, превысил ли накопленный заряд SOC верхнее предельное значение SC₂. Если SOC>SC₂, процедура переходит к этапу 128, где выходная мощность двигателя Pd на этапе 104, показанном на фиг.4, устанавливается равным заданному значению Pd₂. При этом выходная мощность двигателя принудительно снижается, и аккумулятор 19 принудительно разряжается. Если аккумулятор 19 принудительно разряжается, процедура переходит от этапа 125 к этапу 127, где принимается решение, завершено ли действие принудительной разрядки. Процедура переходит к этапу 128, если действие принудительной разрядки не закончено.

Теперь, со ссылкой на фиг.6 рассмотрим двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, показанный на фиг.1.

На фиг.6, ссылочной позицией 30 обозначен картер двигателя, 31 - блок цилиндров, 32 - головка блока цилиндров, 33 - поршень, 34 - камера сгорания, 35 - свеча зажигания, установленная в центре верхней части камеры сгорания 34, 36 - впускной клапан, 37 - впускное отверстие, 38 - выпускной клапан и 39 - выпускное отверстие. Впускное отверстие 37 соединено через впускной патрубок 40 с уравнительным резервуаром 41, причем каждый впускной патрубок 40 снабжен инжектором 42 для впрыска топлива в соответствующее впускное отверстие 37. Каждый инжектор 42 может располагаться на каждой камере сгорания 34, вместо того, чтобы присоединяться к каждому впускному патрубку 40.

Уравнительный резервуар 41 соединен через впускной канал 43 с воздушным фильтром 44, при этом внутри впускного канала 43 предусмотрен дроссельный клапан 46, приводимый в действие активатором, 45 и детектор 47 объема всасываемого воздуха, использующий, например, горячую проволоку. С другой стороны, выпускное отверстие 39 соединено через выпускной коллектор 48 с каталитическим нейтрализатором 49, содержащим, например, трехкомпонентный нейтрализатор, тогда как внутри выпускного коллектора 48 предусмотрен датчик 49a состава горючей смеси.

С другой стороны, согласно варианту осуществления, показанному на фиг.6, соединительная деталь картера 30 двигателя и блока цилиндров 31 снабжена механизмом A переменной степени сжатия, способным изменять относительные позиции картера 30 двигателя и блока цилиндров 31 в направлении оси цилиндра, для изменения объема камеры сгорания 34, когда поршень 33 находится в верхней мертвой точке сжатия, и также снабжена механизмом регулирования фаз газораспределения, способным управлять моментом закрытия впускного клапана 7 для регулировки объема всасываемого воздуха, фактически поступающего в камеру сгорания 34.

На фиг.7 показан разобранный вид в перспективе механизма A переменной степени сжатия, показанного на фиг.6, а на фиг.8 показан вид сбоку в разрезе проиллюстрированного двигателя 1 внутреннего сгорания. Согласно фиг.7, в нижней части двух боковых стенок блока цилиндров 31 сформирована совокупность выступающих деталей 50, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Каждая выступающая деталь 50 снабжена отверстием 51 для приема кулачка круглого поперечного сечения. С другой стороны, на верхней поверхности картера 30 двигателя сформирована совокупность выступающих деталей 52, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и входящих между соответствующими выступающими деталями 50. Эти выступающие детали 52 также снабжены отверстиями 53 для приема кулачков круглого поперечного сечения.

Как показано на фиг.7, предусмотрена пара кулачковых валов 54, 55. На каждом из кулачковых валов 54, 55 установлены круглые кулачки 56, способные, при вращении, входить в отверстия 51 для приема кулачков в соответствующей позиции. Эти круглые кулачки 56 коаксиальны с осями вращения кулачковых валов 54, 55. С другой стороны, между круглыми кулачками 56, как показано штриховкой на фиг.8, проходят валы 57 эксцентриков, расположенные эксцентрично относительно осей вращения кулачковых валов 54, 55. Каждый вал 57 эксцентриков имеет другие круглые кулачки 58, эксцентрично присоединенные к нему с возможностью вращения. Как показано на фиг.7, эти круглые кулачки 58 располагаются между круглыми кулачками 56. Эти круглые кулачки 58, при вращении, входят в соответствующие отверстия 53 для приема кулачков.

Когда круглые кулачки 56, прикрепленные к кулачковым валам 54, 55, вращаются в противоположных направлениях, как показано сплошными стрелками на фиг.8(A) из состояния, показанного на фиг.8(A), валы 57 эксцентриков перемещаются к нижней мертвой точке, поэтому круглые кулачки 58 вращаются в противоположных направлениях относительно круглых кулачков 56 в отверстиях 53 для приема кулачков, как показано пунктирными стрелками на фиг.8(A). Согласно фиг.8(B), когда валы 57 эксцентриков движутся к нижней мертвой точке, центры круглых кулачков 58 оказываются над валами 57 эксцентриков.

Сравнивая фиг.8(A) и 8(B), можно понять, что относительные позиции картера 30 двигателя и блока цилиндров 31 определяются расстоянием между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58. Чем больше расстояние между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58, тем дальше блок цилиндров 31 от картера двигателя 31. Если блок цилиндров 31 перемещается от картера 30 двигателя, то объем камеры сгорания 34, когда поршень 33 находится в верхней мертвой точке сжатия, увеличивается, так что вращая кулачковые валы 54, 55 можно изменять объем камеры сгорания 34, когда поршень 33 находится в верхней мертвой точке сжатия.

Согласно фиг.7, чтобы кулачковые валы 54, 55 вращались в противоположных направлениях, вал приводного электродвигателя 59 снабжен парой червяков 61, 62 с противоположными направлениями резьбы. Червячные шестерни 63, 64, входящие в зацепление с этими червяками 61, 62, присоединены к концам кулачковых валов 54, 55. В этом варианте осуществления, приводной электродвигатель 59 может приводиться в действие для изменения объема камеры сгорания 34, когда поршень 33 находится в верхней мертвой точке сжатия, в широком диапазоне. Сле