BR112019009797B1 - Sistema de controle para auxiliar um motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

A presente invenção fornece um sistema de controle (200) com um controlador de máquina (202) que inclui pelo menos um circuito de aumento de tensão (206). Ele é capaz de receber pelo menos um valor de saída de torque operacional ou de velocidade operacional do dito motor de combustão interna (135) através de sensores (208). O valor de saída é comparado com um valor predeterminado para disparar um circuito de aumento de tensão (206) quando pelo menos um dos valores de saída de torque operacional ou de velocidade operacional é maior do que o valor limite predeterminado correspondente. O circuito de aumento de tensão (206) aumenta a tensão fornecida à máquina elétrica (101) ao limitar o torque operacional do motor de combustão interna (135) abaixo de um valor limite predefinido de torque operacional. Isto fornece assistência ao motor de combustão interna (135) para partida e durante operações em alta velocidade, reduzindo as emissões.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um motor de combustão interna de um veículo e suas máquinas auxiliares, dos quais é requerido operar sob várias cargas em diferentes velocidades.

ANTECEDENTES

[002] Quando um motor de combustão interna é operado, as emissões são uma grande preocupação. Embora uma parte das emissões ocorram durante a operação de partida, a maioria das emissões ocorre durante a aceleração e aumento das operações de carga. Normalmente, o motor é dotado de um motor de partida que é usado para ligar o motor a partir da velocidade zero. O motor de partida extrai energia a partir de um meio de armazenamento de energia, tal como uma bateria. Além disso, o motor também é dotado de um conjunto de ímãs que é usado para gerar energia para carregar a bateria.

[003] Nos últimos tempos, um único motor, denominado de gerador de partida integrado (Integrated Starter Generator - ISG), vem substituindo ambas as máquinas que executam as operações de partida, bem como as operações de geração de energia acima de uma velocidade limite.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[004] A descrição detalhada é feita com referência às figuras anexas. Os mesmos números são usados ao longo dos desenhos para fazer referência a recursos e componentes similares.

[005] A Figura 1 ilustra uma vista lateral esquerda de um veículo de duas rodas exemplificativo, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[006] A Figura 2 ilustra uma seção transversal típica de uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[007] A Figura 3 descreve um diagrama de blocos de um sistema de controle para auxiliar um motor de combustão interna de um veículo durante a partida e durante operações em alta velocidade de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[008] A Figura 4 ilustra um circuito eletrônico de energia do controlador da máquina, incluindo um circuito de aumento de tensão de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[009] A Figura 5 ilustra um perfil de velocidade do veículo de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[010] A Figura 6 ilustra um fluxograma que descreve o método para aumentar a tensão da máquina elétrica de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[011] A presente invenção descreve uma máquina a qual está além do ISG em termos de funcionalidade. A presente invenção também é concebida para fornecer assistência ao motor sob condições de alta carga em alta velocidade, de modo que a operação do veículo e do motor possa ser realizada para reduzir as emissões de CO2 e NOx.

[012] Além disso, a presente invenção pode ser realizada com o auxílio de múltiplas topologias de máquina, tais como máquina de indução, máquina de relutância comutada (Switched Reluctance Machine - SRM) e máquina de corrente direta sem escova (Brush Less Direct Current - BLDC). As máquinas de indução e de relutância comutada são operadas com os controladores eletrônicos de potência correspondentes que regulam o torque com base nas condições de entrada, tal como a velocidade de rotação atual.

[013] Enquanto a máquina de indução e a SRM não têm a velocidade limitada por retorno (back-emf) induzido (força eletromotriz), a faixa de velocidade da BLDC sofre em virtude desta tensão induzida. Esta é a tensão induzida nas bobinas do enrolamento em virtude da taxa de mudança de fluxo nas bobinas causada pela presença de ímãs rotativos. Esta tensão limita o fluxo de corrente na máquina, limitando o possível torque em velocidades acima de zero, dependendo da tensão fornecida.

[014] Quando uma máquina é concebida para operações de partida e assistência de energia, os requisitos são conflitantes. A partida requer uma elevada constante de torque e a assistência de energia requer operação em alta velocidade/potência e, por sua vez, baixa constante de torque.

[015] Na presente invenção, a máquina elétrica, por exemplo, a máquina BLDC, é concebida com a capacidade de partida do motor como o alvo primário. No entanto, para tais concepções, a velocidade sem carga da máquina é grandemente limitada pelo retorno.

[016] Em uma modalidade, o torque da máquina BLDC em qualquer velocidade é proporcional à corrente que flui através dela. Em uma dada velocidade, a tensão aplicada através das bobinas do motor é compensada pela tensão induzida nas bobinas em virtude de rotação do rotor. A corrente através do motor é {tensão efetiva (Vbat-Vinduzida)/resistência de linha-linha}, em que Vbat é a tensão aplicada/tensão da bateria e Vinduzida é a tensão induzida nas bobinas. À medida que a velocidade aumenta, a corrente diminui.

[017] De modo a fornecer ao motor um torque de apoio em suas velocidades de operação, a máquina proposta precisa gerar o torque necessário, o que significa que a corrente necessária precisa passar pela máquina.

[018] A presente invenção inclui um controlador para a máquina elétrica, o qual inclui um circuito de aumento de tensão ou um componente do circuito existente que aumenta a tensão da bateria disponível para uma tensão mais alta.

[019] Sob condições normais, a máquina elétrica é usada para ligar o motor no começo até o motor pegar. Isto é feito pelo controlador ao acionar os interruptores eletrônicos de potência em sequência, de modo que o torque necessário para ligar o motor seja gerado. Normalmente, a opção de aumento de tensão não é usada. Sob condições específicas do motor, onde a máquina elétrica não é capaz de dar partida no motor com o torque produzido, o controlador detecta e, então, ativa o circuito de reforço para fornecer uma maior tensão ao motor, deste modo, fornecendo mais corrente e produzindo mais torque. Esta operação é feita nos casos em que o motor não dá partida com a operação normal e, portanto, a operação sob elevada corrente da máquina está limitada a apenas alguns segundos de operação.

[020] Uma vez que o motor arranca, o controlador da máquina opera como um regulador de tensão e a máquina elétrica atua como gerador. A tensão induzida nos terminais da máquina é retificada e a energia gerada é usada para carregar a bateria ou executar outras cargas elétricas do veículo.

[021] Quando o controlador detecta que o torque precisa ser fornecido da máquina elétrica para o motor, com base na entrada do usuário ou com base nas condições de velocidade do motor ou com base na entrada do sinal do acelerador, o controlador alterna para o modo de condução e ativa o circuito de aumento de tensão. A tensão é aumentada para um nível tal que a corrente é suficiente para produzir o torque de assistência para o motor. O controlador da máquina também pode interagir com o controlador do motor para passar informações sobre a operação de assistência de potência, de modo que o controlador do motor possa ajustar a carga do motor para que o motor funcione com emissões minimizadas.

[022] A tensão de operação padrão para uma máquina elétrica em aplicações de partida pode ser de 12V ou a tensão fornecida pelas baterias no veículo. No entanto, a tensão pode ser aumentada para um valor suficientemente alto, dependendo das características da máquina, durante a operação de reforço, para atender aos requisitos de assistência de torque.

[023] A faixa de aumento de tensão é limitada pela taxa de tensão de operação dos componentes usados para a construção do circuito de reforço.

[024] Em um ambiente de veículo, uma das entradas para detectar o requisito de assistência de energia é um sinal proveniente de um interruptor que é ativado pelo usuário. Outro tipo de entrada para detectar o requisito de assistência é um sinal proveniente do dispositivo e circuito de monitoramento de velocidade do motor (e torque) e um sinal proveniente da entrada do sinal do acelerador. Em uma modalidade, a máquina elétrica pode ser rotativa interna ou rotativa externa.

[025] Em uma das modalidades, a máquina elétrica proposta é usada para auxiliar a rotação do virabrequim do motor de combustão interna, com o pico de torque na corrente de operação sendo limitado para menos do que ou cerca de 50 N-m durante a partida do veículo e durante o fornecimento de assistência de potência ao motor de combustão interna durante a operação do veículo. Isto é denominado valor limite predefinido. Além disso, o pico de torque na corrente de operação da máquina elétrica da presente invenção é menor do que o requisito operacional de um motor de tração de um veículo híbrido e/ou elétrico. Além disso, em uma modalidade, os um ou mais sensores incluem pelo menos um sensor de posição de acelerador, um sensor de velocidade, um sensor de emissões, tal como um sensor de NOx, e a entrada proveniente do pelo menos um sensor de posição de acelerador corresponde ao torque operacional do motor de combustão interna. Além disso, a máquina elétrica fornece torques de apoio ao motor de combustão interna para reduzir as emissões detectadas pelo sensor de emissões.

[026] Em uma modalidade, a presente invenção fornece um sistema de controle para auxiliar um motor de combustão interna de um veículo durante e após a partida e durante operações em alta velocidade. O sistema de controle da presente invenção é capaz de reduzir as emissões em operações de alta velocidade. O sistema de controle inclui uma máquina elétrica com um estator com vários dentes. Cada dente dentre a pluralidade de dentes é enrolado com fio condutor para formar um enrolamento. A máquina elétrica inclui um rotor com uma pluralidade de ímãs permanentes posicionados de frente para a pluralidade de dentes do estator. Além disso, há pelo menos um dispositivo de armazenamento de energia para fornecer energia para a máquina elétrica quando a máquina elétrica está operando como um motor. O dispositivo de armazenamento de energia também permite armazenar a energia gerada pela máquina elétrica quando a máquina elétrica está operando como um gerador.

[027] Além disso, o sistema de controle da presente invenção é dotado de um ou mais sensores que são capazes de detectar pelo menos uma velocidade operacional e um torque operacional do motor de combustão interna. Um controlador de máquina é fornecido, o qual inclui pelo menos um microcontrolador. O controlador da máquina inclui ainda um circuito de aumento de tensão. O pelo menos um microcontrolador é capaz de receber um valor de saída de torque operacional do motor de combustão interna e um valor de saída de velocidade operacional do motor a partir de um ou mais sensores e comparar o valor de saída de torque operacional e o valor de velocidade operacional com um valor limite predeterminado de torque operacional e disparar o circuito de aumento de tensão quando os valores de saída de torque operacional e de velocidade operacional são mais elevados do que os valores limite predeterminados correspondentes de torque operacional e de velocidade operacional. Além disso, o circuito de aumento de tensão aumenta a tensão fornecida à máquina elétrica para limitar o torque operacional do motor de combustão interna abaixo do valor limite predeterminado de torque operacional e também para fornecer assistência de torque ao motor de combustão interna abaixo de um valor predefinido.

[028] Em uma modalidade, o controlador da máquina inclui pelo menos um microcontrolador capaz de receber as entradas do dispositivo de medição de velocidade para detectar a velocidade de rotação do motor IC e a entrada proveniente do sensor de posição do acelerador (Throttle Position Sensor - TPS). O microcontrolador é capaz de determinar se a velocidade de rotação do motor IC é maior do que uma velocidade limite predeterminada. O microcontrolador também é capaz de determinar se a entrada TPS é maior do que um limite predeterminado. O microcontrolador ativa ainda o circuito de aumento de tensão quando a velocidade detectada de rotação do motor IC é maior do que a velocidade limite predeterminada e a posição detectada do TPS é maior do que o limite predeterminado. Em uma modalidade, as condições acima levam a uma maior emissão de NOx. Além disso, em uma modalidade, quando o motor IC é operado em velocidades mais baixas, e na posição de baixa aceleração, por exemplo, durante a operação de partida do motor IC, a máquina elétrica pode ser operada como um motor de partida. Quando a carga no motor IC é nominal, o motor IC é operado em posições de baixa aceleração. Além disso, quando a carga no motor IC é maior, o motor IC é operado em posições de elevada aceleração e em baixa velocidade. Em tais situações, o número de combustões na câmara do motor IC por unidade de tempo é menor em virtude da baixa velocidade do motor IC e, portanto, o volume total das emissões de NOx é menor. No entanto, quando a carga no motor IC é alta e quando o motor IC é operado em altas posições de aceleração e em alta velocidade, o volume total de emissões de NOx é alto em virtude da maior frequência de emissões de NOx por unidade de tempo. A presente invenção fornece um sistema de controle que permite reduzir o volume total de emissões de NOx quando a carga no motor IC é alta e quando o motor IC é operado sob posições de elevada aceleração e sob condições de alta velocidade.

[029] Em uma modalidade, o sistema de controle da presente invenção inclui ainda um interruptor de entrada do usuário que é capaz de fornecer sinais de entrada ao microcontrolador e ignorar os sinais recebidos de um ou mais sensores quando o usuário deseja assistência adicional de torque. O microcontrolador é capaz de disparar o circuito de aumento de tensão ao receber os sinais de entrada provenientes do interruptor de entrada do usuário.

[030] Além disso, em uma modalidade, o circuito de aumento de tensão é acionado quando o torque requerido pelo motor de combustão interna para operação de partida é maior do que um valor predeterminado. Além disso, em outra modalidade, o circuito de aumento de tensão também é acionado quando a carga no motor IC é alta e quando o motor IC é operado em altas posições de aceleração e em alta velocidade, dependendo das entradas recebidas do sensor de velocidade do motor e do TPS.

[031] Em uma modalidade, o sistema de controle inclui ainda um controlador de motor o qual é capaz de receber um ou mais sinais do controlador da máquina quando o circuito de aumento de tensão é acionado pelo microcontrolador.

[032] Além disso, a máquina elétrica da presente invenção é um motor de corrente contínua sem escovas que tem ímãs permanentes montados em uma superfície do rotor voltada para o estator. Em uma modalidade alternativa, a máquina elétrica é um motor de corrente contínua sem escovas que tem ímãs permanentes embutidos no interior do rotor.

[033] Além disso, o motor de corrente contínua sem escovas da presente invenção tem o rotor posicionado dentro do estator. Em uma modalidade alternativa, a máquina elétrica é um motor de corrente contínua sem escovas que tem o rotor disposto fora do estator. Em uma modalidade, o enrolamento é formado como pelo menos uma configuração de estrela e uma configuração delta. Além disso, em uma modalidade, o disparo do circuito de aumento de tensão é indicado através de qualquer um de um meio visual e um meio de áudio integrado em um conjunto de velocímetro do veículo. O controlador de máquina da presente invenção inclui ainda um ou mais interruptores eletrônicos de potência para controlar as potências de fase da máquina elétrica.

[034] Em uma modalidade, o rotor é capaz de girar ao interagir com um campo magnético produzido pelo estator ao receber energia elétrica de pelo menos um dispositivo de armazenamento de energia. Além disso, o rotor é separado do estator por um espaço de ar, e o campo magnético é perpendicular a um eixo de rotação do rotor. Em uma modalidade alternativa, o rotor é capaz de girar ao interagir com um campo magnético produzido pelo estator ao receber energia elétrica de pelo menos um dispositivo de armazenamento de energia. O rotor é separado do estator por um espaço de ar, e o campo magnético é paralelo a um eixo de rotação do rotor.

[035] Estas e outras vantagens da presente invenção serão descritas em maiores detalhes em conjunto com as figuras na descrição a seguir.

[036] A Figura 1 ilustra uma vista lateral esquerda de um veículo de duas rodas exemplificativo de acordo com uma modalidade da presente invenção. O veículo 100 tem um conjunto de quadro 105 que atua como elemento estrutural e como esqueleto do veículo 100. O conjunto de quadro 105 inclui um tubo coletor 105A através do qual um conjunto de direção está se movendo de forma rotativa. O conjunto de direção inclui um conjunto de guidão 111 conectado a uma roda dianteira 115 através de uma ou mais suspensões frontais 120. Um para-lama dianteiro 125 cobre pelo menos uma parte da roda dianteira 115. Além disso, o conjunto de quadro 105 inclui um tubo principal (não mostrado) que se estende para trás para baixo a partir do tubo coletor 105A. Um tanque de combustível 130 é montado no tubo principal 105A. Além disso, um tubo descendente (não mostrado) se estende de forma substancialmente horizontal para trás a partir de uma parte traseira do tubo principal. Além disso, o conjunto de quadro inclui um ou mais tubos traseiros (não mostrados) que se estendem inclinados para trás a partir de uma parte traseira do tubo descendente. Em uma modalidade preferida, o conjunto de quadro 105 é do tipo monotubo, o qual se estende desde uma parte frontal F até uma parte traseira R do veículo 100.

[037] Em uma modalidade, uma unidade de potência 135 é montada no tubo descendente. Em uma modalidade, a unidade de potência 135 inclui um motor IC. O tanque de combustível 130 está funcionalmente conectado à unidade de potência 135 para fornecer combustível. Em uma modalidade preferida, o motor IC está inclinado para a frente, isto é, um eixo do pistão do motor é inclinado para frente. Além disso, o motor IC 135 está funcionalmente acoplado a uma roda traseira 140. Um braço oscilante 140 está conectado de modo a poder oscilar ao conjunto de quadro 105 e a roda traseira 145 é rotativamente suportada pelo braço oscilante 140. Uma ou mais suspensões traseiras 150, as quais conectam o braço oscilante 145 em um ângulo, sustentam as forças radiais e axiais que ocorrem em virtude de reação da roda. Um para-lama traseiro 155 está localizado acima da roda traseira 145. Um conjunto de assento 160 está localizado em uma porção traseira R da porção de passagem definida pelo conjunto de quadro 105. Em uma modalidade, o conjunto de assento 160 inclui um assento de condutor 160A e um assento de garupa 160B. Além disso, o assento de garupa 160B está posicionado acima da roda traseira 145. Além disso, o veículo 100 é suportado por um suporte central (não mostrado) montado no conjunto de quadro 105. Um apoio para os pés 165 está montado no tubo descendente e está localizado na porção de passagem. O apoio para os pés 165 cobre pelo menos uma porção da unidade de potência 135. O veículo 100 é empregado com uma unidade de potência auxiliar (não mostrada) suportada pelo conjunto de quadro 105, por exemplo, um dispositivo de armazenamento de energia, tal como uma bateria. Além disso, o veículo 100 é dotado de pelo menos um conjunto de descanso(s) para os pés 180 para o condutor/garupa descansar os pés.

[038] A Figura 2 ilustra uma seção transversal de uma máquina elétrica em relação a uma modalidade da presente invenção. A máquina elétrica 101 é montada em um virabrequim do motor IC 135 ou é montada independente do motor IC 135 funcionalmente acoplada ao virabrequim do motor IC 135. Em uma modalidade, a máquina elétrica 101 é uma máquina BLDC rotativa externa. Em uma modalidade, a máquina BLDC rotativa externa atua como um gerador de partida integrado (ISG). A máquina elétrica 101 da presente invenção inclui um rotor 104, o qual inclui ainda um ferro traseiro 106 e uma pluralidade de ímãs 108 que estão localizados sobre a superfície interna do rotor 104. Em uma modalidade, o ferro traseiro 106 gira junto com a rotação do rotor 104. Em uma modalidade, a pluralidade de ímãs 108 é formada por ímãs permanentes.

[039] Além disso, o ferro traseiro 106 pode ser feito de qualquer um dentre ferro ou aço silício, o qual é feito como um bloco inteiro de ferro ou aço silício. Alternativamente, o ferro traseiro 106 é feito como camadas de ferro ou aço silício com várias camadas de isolamento elétrico entre elas. Em uma modalidade, a pluralidade de ímãs 108 pode ser qualquer um dos ímãs de tipo arco e ímãs planos. Além disso, em uma modalidade, a pluralidade de ímãs 108 está posicionada de modo adjacente entre si circunferencialmente, sem qualquer intervalo. Alternativamente, a pluralidade de ímãs 108 pode ser posicionada de modo adjacente entre si circunferencialmente com um espaço de ar circunferencial entre dois ímãs adjacentes dentre a pluralidade de ímãs 108.

[040] Além disso, a máquina elétrica 101 inclui um estator 102 que tem um núcleo de estator centralmente localizado 118 em torno do qual uma pluralidade de dentes de estator 112 está posicionada circunferencialmente, formando uma pluralidade de ranhuras de estator 114 entre elas. Em uma modalidade, a pluralidade de ranhuras de estator 114 é ainda preenchida com uma pluralidade de enrolamentos 116. Em uma modalidade, o estator 102 está encerrado dentro do rotor 104 e é radialmente separado por um espaço de ar 110. Em uma modalidade, cada dente dentre a pluralidade dos dentes de estator 112 inclui uma porção de haste. Em uma modalidade, a porção de haste do dente dentre a pluralidade de dentes de estator 112 é dotada de uma largura igual em ambas as extremidades da porção de haste, isto é, em uma primeira extremidade que é em direção ao núcleo de estator 118 e uma segunda extremidade que está fora do núcleo de estator 118. Em uma modalidade alternativa, cada ranhura dentre a pluralidade de ranhuras de estator 114 é formada para ter uma largura igual em ambas as extremidades, isto é, em uma extremidade mais próxima do núcleo de estator 118 e em uma extremidade afastada do núcleo de estator 118, o que é conseguido quando dois dentes contíguos dentre a pluralidade de dentes de estator 112 têm diferentes larguras em ambas as suas extremidades e são fornecidos para proporcionar um espaço uniforme ou igual entre eles, formando as ranhuras. Em uma outra modalidade alternativa, cada um dos dentes dentre a pluralidade de dentes estator 112 e cada uma das ranhuras dentre a pluralidade de ranhuras de estator 114 são formados de modo que a largura do dente e da ranhura em ambas as extremidades não seja igual. Em uma modalidade, a porção de haste de cada um dos dentes dentre a pluralidade de dentes de estator 112 termina com uma porção dianteira voltada para o rotor 104 e tem uma largura que é mais larga do que a porção de haste.

[041] A Figura 3 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de controle para auxiliar um motor de combustão interna de um veículo durante a partida e durante operações em alta velocidade. Em uma modalidade, o sistema de controle 200 inclui um controlador de máquina 202, o qual inclui ainda pelo menos um microcontrolador 204 e um circuito de aumento de tensão 206. O controlador de máquina 202 que é alimentado por um dispositivo de armazenamento de energia, por exemplo, uma bateria 212 e é capaz de receber entradas provenientes de um ou mais sensores 208 e/ou uma entrada de usuário de um interruptor de impulso 210. Com base nas entradas recebidas a partir de um ou mais sensores 208 e/ou da entrada de usuário do interruptor de impulso 210, o controlador de máquina 202 controla a máquina elétrica 101 para operar eficazmente tanto durante a partida do veículo, fornecendo uma tensão de impulso para a máquina elétrica 101, como durante a operação de funcionamento do veículo, fornecendo uma tensão proveniente da bateria 212.

[042] Em uma modalidade, o microcontrolador 204 é capaz de processar os sinais recebidos a partir de um ou mais sensores 208 e/ou da entrada do usuário a partir do interruptor de impulso 210, deste modo, controlando o circuito de aumento de tensão 206 para operação de partida eficaz do veículo.

[043] A Figura 4 ilustra um circuito eletrônico de energia 300 do controlador de máquina 202, incluindo o circuito de aumento de tensão 206, em relação a uma modalidade da presente invenção. Em uma modalidade, o circuito eletrônico de energia 300 inclui o circuito de aumento de tensão 206, o qual inclui ainda um indutor 328, um diodo 330 e um interruptor 326, posicionados de modo que uma extremidade do indutor 328 receba energia proveniente da bateria 212, enquanto a outra extremidade do indutor 328 está conectada ao ponto de junção do diodo 330 e do interruptor 326. Além disso, o diodo 330 está posicionado para permitir que a corrente se afaste do ponto de junção do diodo 330 e do interruptor 326. Em uma modalidade, uma extremidade do interruptor 326 está conectada ao ponto de junção do diodo 330 e ao interruptor 326, enquanto sua outra extremidade está conectada ao terminal negativo da bateria 212. Em uma modalidade, o microcontrolador 204 controla o interruptor 326 para ser LIGADO ou DESLIGADO em uma proporção de trabalho predeterminada calculada com base no aumento de tensão que deve ser alcançado pelo circuito de aumento de tensão 206. Em uma modalidade, quando o circuito de aumento de tensão 206 não está operacional, isto é, o controlador de máquina 202 não recebe quaisquer sinais de entrada provenientes dos sensores 208 e/ou da entrada do usuário através do interruptor de impulso 210, o interruptor 326 é mantido em um estado DESLIGADO e é ligado para o estado LIGADO apenas quando o controlador de máquina 202 recebe sinais de entrada provenientes de qualquer um dos sensores 208 e da entrada do usuário a partir do interruptor de impulso 210.

[044] Em uma modalidade, um ou mais sensores 208 são capazes de detectar uma velocidade operacional e/ou torque operacional do motor de combustão interna do veículo. Em uma modalidade, os um ou mais sensores 208 podem ser sensores de efeito Hall, os quais são capazes de indicar a posição do virabrequim do motor de combustão interna 135 o qual, por sua vez, pode ser usado como uma entrada pelo microcontrolador 204 para calcular a velocidade operacional do motor de combustão interna. Em uma modalidade, o interruptor de impulso 210 é um interruptor do tipo botão de pressão ou de tipo botão de alternar, o qual pode ser operado pelo usuário sempre que o usuário precisa do circuito de aumento de tensão 206 do controlador da máquina 202 para aumentar a tensão fornecida à máquina elétrica 101. Consequentemente, o interruptor de impulso 210 também é denominado interruptor de entrada de usuário 210 que pode ser operado pelo usuário. Em uma modalidade, quando o interruptor de impulso 210 é operado pelo usuário, o microcontrolador 204 sobrepõe as entradas provenientes de um ou mais sensores 208 e começa a operar o interruptor 326 em uma proporção de trabalho que é necessária para atingir a tensão de impulso necessária na saída do circuito de aumento de tensão 206.

[045] Em uma modalidade, os circuitos eletrônicos de potência 300 do controlador da máquina 202 incluem ainda um primeiro interruptor superior 314 e um primeiro interruptor inferior 316 posicionados em série, formando uma primeira porção de junção 308 entre os mesmos. O primeiro interruptor superior 314 está conectado ao diodo 330 do circuito impulsor de tensão 206. O primeiro interruptor inferior 316 está conectado ao terminal negativo da bateria 212. Similarmente, o circuito eletrônico de potência 300 do controlador da máquina 202 também inclui um segundo e terceiro interruptores superiores 318, 322 posicionados em série aos segundo e terceiro interruptores inferiores 320, 324, respectivamente, formando as segunda e terceira porções de junção 310, 312 em suas interseções correspondentes. Os primeiros interruptores superior e inferior 314, 316 estão posicionados em paralelo aos segundos interruptores superior e inferior 318, 320 e aos terceiros interruptores superior e inferior 322, 324. As primeira, segunda e terceira porções de junção 308, 310, 312 estão ainda conectadas às extremidades de fase da máquina elétrica 101, por exemplo, extremidades de fase A, B, C 302, 304, 306 da máquina elétrica 101, de modo que a conexão elétrica entre o controlador de máquina 202 e a máquina elétrica 101 seja estabelecida.

[046] Em uma modalidade, a Figura 5 representa um perfil de velocidade 400 do veículo de acordo com uma modalidade da presente invenção. O perfil de velocidade 400 é traçado para velocidades variáveis (km/h) do veículo durante um período de tempo (segundos). Em uma modalidade, a curva 402 do perfil de velocidade 400 representa o perfil de partida do veículo. Por exemplo, a curva 402 é alcançada quando a partida é dada no veículo pela rotação da máquina elétrica 101, suficiente para causar a partida do motor de combustão interna do veículo. Em uma modalidade, após a partida do motor 135, a qual é representada pela porção inicial da curva 402, isto é, até o veículo atingir qualquer velocidade que seja superior a 0 km/h, o veículo pode acelerar ainda mais pela operação do motor 135. A posterior aceleração do veículo após a partida do motor 135 é representada pela porção posterior da curva 402. Em uma modalidade, enquanto o veículo está acelerando, o motor 135 tende a trabalhar com cargas elevadas o que, por sua vez, leva a um aumento no nível de emissão do motor 135. Em uma modalidade, o circuito de aumento de tensão 206 da presente invenção é operado durante a porção posterior da curva 402, permitindo à máquina elétrica 101 auxiliar o motor ao compartilhar uma parte substancial do requisito de carga global do motor, de modo que o ponto de operação do motor em uma curva característica de velocidade-torque esteja em um local onde as emissões são reduzidas e não aumentam além de um nível de emissão ideal.

[047] Além disso, em uma modalidade, a curva 404 do perfil de velocidade 400 representa uma condição na qual o motor está operando em alta velocidade e o requisito de carga correspondente também é elevado sempre que o veículo é obrigado a acelerar em velocidades tão elevadas. Tal condição também pode levar ao aumento dos níveis de emissão. Em uma modalidade, a curva 404 do perfil de velocidade 400 representa a região onde o circuito de aumento de tensão 206 é operado para fornecer assistência de potência pela máquina elétrica 101 ao motor, deste modo, reduzindo os níveis de emissão do motor em tais condições de velocidade elevada e alta carga.

[048] Além disso, em uma modalidade, a curva 406 do perfil de velocidade 400 representa uma condição na qual o motor já está ligado e em marcha lenta, portanto, em uma velocidade baixa, por exemplo, 0 km/h. Nesta condição, quando se espera que o veículo acelere para alta velocidade, espera-se que o motor forneça cargas elevadas, o que também poderia causar um aumento nos níveis de emissão. Em uma modalidade, a curva 406 do perfil de velocidade 400 representa a região onde o circuito de aumento de tensão 206 é operado para fornecer assistência de potência pela máquina elétrica 101 ao motor, deste modo, reduzindo os níveis de emissão do motor para condições ideais, tal como em condições de alta carga.

[049] A Figura 6 representa um método 500 para aumentar a tensão para a máquina elétrica 101 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Em uma modalidade, na etapa 504, o motor é iniciado com o auxílio da máquina elétrica 101, a qual atua como um motor de partida que permite a partida do motor. Além disso, na etapa 506, a máquina elétrica 101 é operada como um gerador, por exemplo, quando o motor está operando sob uma condição de carga baixa. Além disso, na etapa 508, o controlador de máquina 202 recebe entradas provenientes de um ou mais sensores 208 e/ou a entrada de usuário através do interruptor de impulso 210. O microcontrolador 204 do controlador de máquina 202 determina se é necessário que o circuito de aumento de tensão 206 do controlador de máquina 202 forneça assistência de potência para o motor ou não. Por exemplo, o microcontrolador 204 determina a operação do circuito de aumento de tensão 206 quando a entrada de um ou mais sensores 208 indica que há uma condição de carga elevada no motor, o que requer que um torque elevado seja produzido pelo motor. O microcontrolador 204 também determina a operação do circuito de aumento de tensão 206 quando a entrada proveniente de um ou mais sensores 208 detecta um elevado nível de emissão. Além disso, o microcontrolador 204 também determina a operação do circuito de aumento de tensão 206 com base apenas na entrada do usuário recebida a partir do interruptor de impulso 210, sobrepondo as entradas provenientes de um ou mais sensores 208. Na etapa 508, se o controlador de máquina 202 não determinar a necessidade de operar o circuito de aumento de tensão 206, ele continua a verificar a necessidade de operar o circuito de aumento de tensão 206.

[050] Em uma modalidade, se for determinado que o motor requer assistência de potência, então, na etapa 510, o microcontrolador 204 permite a operação do circuito de aumento de tensão 206. Além disso, na etapa 512, o microcontrolador 204 determina se a operação de assistência de potência fornecida pelo circuito de aumento de tensão 206 não é mais necessária para o motor, ou seja, o motor continua a operar sob uma condição de carga baixa e/ou níveis de operação de baixa emissão. Ao determinar o mesmo, o microcontrolador 204 não opera o circuito de aumento de tensão 206 e a máquina elétrica 101 volta a funcionar como gerador, conforme na etapa 506. Além disso, o circuito de aumento de tensão 206 aumenta a tensão fornecida à máquina elétrica 101 ao limitar o torque operacional do motor de combustão interna 135 abaixo de um valor limite predefinido de torque operacional.

[051] Deve ser entendido que os aspectos das modalidades não estão necessariamente limitados às características descritas aqui. Muitas modificações e variações da presente invenção são possíveis à luz da descrição acima. Portanto, dentro do escopo das reivindicações da presente invenção, a presente invenção pode ser praticada de maneira diferente daquela especificamente descrita.

Claims (13)

1. Sistema de controle (200) para auxiliar um motor de combustão interna (135) de um veículo (100) durante e após a partida e durante operações em alta velocidade do mesmo, o dito sistema de controle (200) capaz de reduzir as emissões em operações de alta velocidade e altas posições de aceleração, o dito sistema de controle (200) caracterizado pelo fato de que compreende: uma máquina elétrica (101) que inclui um estator (102) que tem uma pluralidade de dentes (112), cada dente da dita pluralidade de dentes (112) sendo enrolado com fio condutor para formar um enrolamento (116), a dita máquina elétrica (101) incluindo um rotor (104) que tem uma pluralidade de ímãs permanentes (108) que estão voltados para a dita pluralidade de dentes (112) do dito estator (102); pelo menos um dispositivo de armazenamento de energia (212) para fornecer energia à dita máquina elétrica (101) quando a dita máquina elétrica (101) está operando como um motor e para armazenar energia gerada pela dita máquina elétrica (101) quando a dita máquina elétrica (101) está operando como gerador; um ou mais sensores (208) capazes de detectar pelo menos um dentre uma velocidade operacional do dito motor de combustão interna (135), um torque operacional do dito motor de combustão interna (135) e uma entrada de posição do acelerador para o dito motor de combustão interna (135); e um controlador de máquina (202) que inclui pelo menos um circuito de aumento de tensão (206), o dito controlador de máquina (202) capaz de receber pelo menos um dentre um valor de saída do dito torque operacional do motor de combustão interna (135) e um valor de saída da dita velocidade operacional do dito motor de combustão interna (135) a partir dos ditos um ou mais sensores (208) e comparar o valor de saída do dito torque operacional e o valor de saída da dita velocidade operacional com um valor limite predeterminado correspondente do dito torque operacional e valor limite predeterminado da dita velocidade operacional e disparar o dito circuito de aumento de tensão (206) quando pelo menos um do valor de saída do dito torque operacional e do valor de saída da dita velocidade operacional está maior do que o dito valor limite predeterminado correspondente do dito torque operacional e valor limite predeterminado da dita velocidade operacional e em que o dito circuito de aumento de tensão (206) aumenta uma tensão fornecida à dita máquina elétrica (101), o fornecimento da dita tensão para a dita máquina elétrica (101) através do dito circuito de aumento de tensão (206) garante que um requisito de torque operacional a partir do dito motor de combustão interna (135) seja abaixo de um valor limite predefinido de torque operacional do dito motor de combustão interna (135), em que a dita máquina elétrica (101) sendo capaz de atingir um pico de torque, na corrente de funcionamento, sendo limitada ao dito valor limite predefinido de torque operacional durante a partida do dito motor de combustão interna (135) do dito veículo (100) e durante o fornecimento de assistência de energia ao dito motor de combustão interna (135) durante a operação do dito veículo (100) através do dito sistema de controle (200), e em que o dito sistema de controle (200) compreende um interruptor de entrada de usuário (210), o dito interruptor de entrada de usuário (210) sendo capaz de fornecer sinais de entrada para o dito sistema de controle (200), e o dito controlador de máquina (202) do dito sistema de controle (200) compreendendo pelo menos um microcontrolador (204), o dito pelo menos um microcontrolador (204) sendo configurado para disparar o dito circuito de aumento de tensão (206) mediante o recebimento dos ditos sinais de entrada a partir do dito interruptor de entrada de usuário (210) ao sobrepor sinais recebidos a partir dos ditos um ou mais sensores (208).

2. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito circuito de aumento de tensão (206) é acionado quando o dito torque requerido pelo dito motor de combustão interna (135) para a operação de partida for maior do que um valor predeterminado.

3. Sistema de controle (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de controle (200) compreende um controlador de motor que é capaz de receber um ou mais sinais do dito controlador de máquina (202) quando o dito circuito de aumento de tensão (206) é disparado pelo dito microcontrolador (204).

4. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita máquina elétrica (101) é um motor de corrente contínua sem escovas que tem os ditos ímãs permanentes (108) montados em uma superfície do dito rotor (104) voltada para o dito estator (102) ou incorporados dentro do dito rotor (104).

5. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita máquina elétrica (101) é um motor de corrente contínua sem escovas que tem o dito rotor (104) localizado dentro do dito estator (102).

6. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita máquina elétrica (101) é um motor de corrente contínua sem escovas que tem o dito rotor (104) localizado no exterior do dito estator (102).

7. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito enrolamento (116) é formado como pelo menos uma configuração em estrela e uma configuração delta.

8. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de aumento de tensão em um estado acionado é indicado por meio de qualquer um de um meio visual e um meio de áudio integrado em um conjunto de velocímetro do dito veículo (100).

9. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito controlador de máquina (202) inclui um ou mais interruptores eletrônicos de potência para controlar as tensões de fase da dita máquina elétrica (101).

10. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito rotor (104) é capaz de girar ao interagir com um campo magnético produzido pelo dito estator (102) após receber energia elétrica do dito pelo menos um dispositivo de armazenamento de energia (212), o dito rotor (104) separado do dito estator (102) por um espaço de ar (110) e em que o dito campo magnético é paralelo ou perpendicular a um eixo de rotação do dito rotor (104).

11. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito valor limite predefinido de torque operacional, durante a partida do dito motor de combustão interna (135) do dito veículo (100) e durante a operação de assistência de energia ao dito motor de combustão interna (135) durante a operação do dito veículo (100) é 50 N-m.

12. Sistema de controle (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos um ou mais sensores (208) incluem pelo menos um sensor de posição do acelerador, um sensor de velocidade ou um sensor de emissões, incluindo um sensor de NOx, e em que a entrada do dito pelo menos um sensor de posição do acelerador corresponde ao dito torque operacional do dito motor de combustão interna (135) e a entrada do dito sensor de emissões corresponde à necessidade de uma assistência de torque ao dito motor de combustão interna (135).

13. Método de assistência de um motor de combustão interna (135) de um veículo (100) durante e após a partida e durante operações de alta velocidade, o dito método permitindo obter uma redução de emissões em altas velocidades de operação e elevadas posições do acelerador, o dito método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: receber pelo menos um de um valor de saída de um torque operacional do dito motor de combustão interna (135) e um valor de saída de uma velocidade operacional do dito motor de combustão interna (135) a partir de um ou mais sensores (208) por um controlador de máquina (202); comparar o dito valor de saída do dito torque operacional e o dito valor de saída da dita velocidade operacional com um valor limite predeterminado correspondente do dito torque operacional e valor limite predeterminado da dita velocidade operacional pelo dito controlador de máquina (202); e disparar um circuito de aumento de tensão (206) do dito controlador de máquina (202) quando pelo menos um do valor de saída do dito torque operacional e do valor de saída da dita velocidade operacional for maior do que o dito valor limite predeterminado correspondente do dito torque operacional e do valor limite predeterminado da dita velocidade operacional para aumentar a tensão fornecida à dita máquina elétrica (101) pelo dito circuito de aumento de tensão (206), o fornecimento da dita tensão à dita máquina elétrica (101) pelo dito circuito de aumento de tensão (206) garante que um requisito de torque operacional do dito motor de combustão interna (135) seja abaixo do dito valor limite predeterminado do dito torque operacional, atingindo um pico de torque, na corrente de funcionamento, sendo limitado a cerca de um valor limite predeterminado de 50 N-m durante a operação do dito motor de combustão interna (135) do dito veículo (100) pelo dito sistema de controle (200), atingindo um pico de torque, na corrente de funcionamento, sendo limitado a cerca de um valor limite predeterminado de 50 N-m durante o fornecimento de assistência de energia ao dito motor de combustão interna (135) durante a operação do dito veículo (100) pelo dito sistema de controle (200), fornecendo de um interruptor de entrada de usuário (210), o dito interruptor de entrada de usuário (210) sendo capaz de fornecer sinais de entrada a um sistema de controle (200), em que o dito sistema de controle (200) compreende pelo menos um microcontrolador (204), e configurando o dito pelo menos um microcontrolador (204) para disparar o dito circuito de aumento de tensão (206) mediante recebimento dos ditos sinais de entrada a partir do dito interruptor de entrada de usuário (210) ao sobrepor sinais recebidos a partir dos ditos um ou mais sensores (208).