CN102574457A - 用于内燃机的发电机驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)的发电机(3)所用的发电机驱动系统，所述发电机驱动系统具有牵引机构传动件，该牵引机构传动件包括牵引机构(5)，牵引机构(5)经发电机工作轮(6)引导，发电机工作轮(6)用于驱动发电机(3)。依据本发明，发电机(3)这样构成并进行电气接线，即：使发电机(3)可以暂时作为马达运行，以及发电机(3)与发电机工作轮(6)或曲轴皮带轮(7)与曲轴(8)经超越离合器(4)联接，该超越离合器这样构造，即：使发电机(3)在其作为马达运行的框架内超越发电机工作轮(6)，或在考虑到传动比的情况下超越曲轴(8)。

Description

用于内燃机的发电机驱动系统
技术领域
本发明涉及一种发电机驱动系统，用以对内燃机的发电机加以驱动以及在必要时对该内燃机的其他辅助机组加以驱动。此外，本发明涉及一种使内燃机的发电机运行的方法。
背景技术
前面提及类型的发电机驱动系统典型地包括牵引机构传动件。作为牵引机构在这里主要使用的是平面式皮带或沟型多楔皮带(Vielkeilrippenriemen)，例如所谓的多V型皮带(Poly-V-Riemen)。这些皮带通过张紧滚轮系统得到预张紧。特别是在启动内燃机时，在第一曲轴旋转期间，牵引机构传动件的内部会出现如下的负荷，这种负荷远远高于在其他调节运行中出现的负荷。特别是在装备有自动马达启动装置和马达切断装置的汽车上，马达启动过程对牵引机构传动件及所驱动的机组的部件的使用寿命产生明显影响。
发明内容
本发明基于如下任务，即：完成如下解决方案，通过所述解决方案，特别是在马达启动过程的框架内，能减小出现在设置用于驱动发电机的驱动系统(“前端附件传动系统(FEAD)”)内部的负荷。
前面提到的任务依据本发明通过如下的用于内燃机发电机的发电机驱动系统得以解决，所述发电机驱动系统具有牵引机构传动件，所述牵引机构传动件包括通过用于驱动发电机的发电机工作轮来引导的牵引机构，其中，该驱动系统的特征在于，发电机这样构成并进行电气接线，使发电机可以暂时作为马达运行，以及发电机与发电机皮带轮或内燃机的曲轴皮带轮经超越离合器联接，该超越离合器这样构成，即：使发电机在其作为马达运行的框架内超越(überholen)发电机工作轮或在考虑到传动比的情况下超越曲轴。
由此，按照具有优点的方式可行的是，在选择运行状态的情况下，特别是在马达启动阶段期间以及在内燃机的曲轴的角速度很高地提升阶段，降低发电机通过牵引机构传动件的功率流以及迄今由于发电机的惯性而造成的牵引机构传动件负荷。
依据本发明一种特别优选的实施方式，飞轮构造为夹紧体飞轮
Figure GDA0000147885520000021
这种飞轮在无其他外部影响的情况下允许暂时作为马达运行的发电机的超越式运行此外，同样可行的是，将飞轮构造为夹紧弹簧飞轮(Klemmfederfreilauf)或需要时还构造为可主动切换的飞轮。
发电机的到滑行运行模式中的转换依据本发明依赖于内燃机或相应车辆的运行状态来进行。发电机的到马达式运行模式中的转换特别是在马达启动阶段的框架内进行，从而马达起动器不必对发电机的旋转支承而且附有惯性的部件进行加速。
基于依据本发明的方案，按照具有优点的方式实现：明显降低马达启动阶段时有效的总马达质量惯性矩。此外，通过该方案也可以在其他运行阶段，特别是在转速显著提高的阶段实现：明显降低有效的前端附件传动系统惯性。只要内燃机达到牵引机构传动件谐振频率范围内的转速，在这些范围内也可以通过暂时的滑行运行来降低牵引机构传动件中出现的负荷。
通过依据本发明的方案，可行的是，减小在牵引机构传动件中经调整的皮带预紧程度，并且由此降低牵引机构传动件中部件的负荷。由此，利用成本低廉的部件也可以可靠地实现很高的运行时间。特别是可以取消前端附件传动系统中复杂而昂贵的部件(例如可以承受高负荷的张紧器、专用皮带等)。
发电机优选这样设计，使该发电机能以足够的动力(优选至少略快于正常运行条件下马达的最快加速度)来使其转子结构以及随同该转子结构旋转的部件加速。
通过依据本发明的、优选与马达控制电子器件(ECU)相结合的控制方案或调节方案，则可以实现以下所述：
1.发电机(＝电机(E-Maschine))即使在马达启动期间也加速(由此未从曲轴截取功率)，于是，这样仅必须“还加速发电机工作轮以及部分加速飞轮”。本发明也包括如下方案，其中，飞轮系统布置在曲轴皮带轮中。在发电机的相应的大功率设计方案的情况下，可行的是，通过该发电机可以使整个皮带传动件达到如下的转速，该转速预防从曲轴截取功率。
2.在转速快速变换到高转速时，发电机可以本身这样加速，即：发电机轴的转速在这种很短的时间范围内总是略高于发电机皮带轮的转速。
3.在启动过程中，发电机本身(发电机上的飞轮)加速或使皮带传动件(曲轴上的飞轮)加速。在启动时，具有张紧系统以及必要时存在的退耦元件(Entkopplungselement)的皮带传动件经过可能导致高负荷峰值的谐振范围。这些谐振范围通过依据本发明的解决方案可以在不从曲轴截取功率的情况下被越过，而在这种情况下不存在与曲轴系统的显著耦合。由此，缩短启动时间。特别是在使用启动-停止自动装置的情况下，事实证明依据本发明的解决方案特别具有价值。
4.在临界的运行状态下(例如在极低转速下由于马达满负载而出现很高的不均匀性)，发电机的转速可以主动至少略微高于工作轮转速。
5.如果相应的飞轮布置在曲轴上的话，那么发电机这样设计，即：使该发电机在滑行运行中提供如此高的驱动转矩，即：前端附件传动系统的其他机组可以被一同加速，并且因此置于曲轴上的工作轮在上述临界的运行状态下总是略高于曲轴转速地转动。由此，可以明显更加均匀地使前端附件传动系统加速。通过这种方案，叠加的加速度(通过燃烧过程引发)特别是在如下情况下得到消除，即：通过发电机的滑行运行调整的角速度高于基于不均匀性而提高的峰值角速度时。(例如曲轴转速为1500+/-400转/分钟(rpm)，而皮带传动件转速为1900+x(约为2000rpm))
6.如果临界运行状态结束，那么发电机转速(或电机的转速)可以降为曲轴转速×传动比，并且发电机通过牵引机构传动件被驱动，以及然后才再次以发电机式运行的方式来工作，也就是在输出电功率的情况下工作。
7.在发电机的滑行运行或马达式运行的范围内花掉的充电时间相当少。可行的是，依赖于蓄电池系统的充电状态，对依据本发明的方案的使用加以协调。发电机的依据本发明提出的暂时滑行运行能被禁止，当蓄电池系统的充电状态使得该禁止被显示为合适时。
8.飞轮可以实施为允许超越式运行的纯机械部件。这些飞轮特别是可以实施为内圈或外圈上带斜面的夹紧体飞轮，以及也可以实施为环形弹簧飞轮。
9.可以既在发电机式运行模式中也在马达式运行或滑行运行模式中运行的电机依据本发明的另一方案也可以作为借助皮带传动件的马达制动器，用以进行再生制动。在这种情况下所获取的电功率可以在快速蓄能器(蓄电池组、电容器系统，例如金电容或大容量法拉电容(Gold-oder Supercap)等)内得到缓冲。在这种情况下所获取的能量然后可以用于上述的特殊运行状态。
10.如果在汽车的加速度较大的情况下，同时皮带传动件/发电机如上所述退耦的话，那么更多的机械功率可供用于驱动汽车。由此，在加速时实现更高的灵活性或提供了储备件。在需要时，通过依据本发明实现的峰值功率获取，可以实现马达的相应减小的尺寸设定。
附图说明
本发明的其他细节和特征来自结合附图的下列说明。其中：
图1示出在与用于驱动汽车的驱动系统结合下用于图示说明依据本发明的解决方案的原理图。
具体实施方式
在图1中大大简化示出轿车(PkW)的驱动系统。该驱动系统包括：内燃机1；用于实现驱动汽车所需的功率截取的、与该内燃机连接的传动装置2；以及用于对发电机3以及其他可能的辅助机组(这里未示出)加以驱动的发电机驱动系统(前端附件传动系统)。
发电机驱动系统包括具有牵引机构5的牵引机构传动件，该牵引机构5经发电机工作轮6引导，发电机工作轮6用于驱动发电机3或将发电机3在动力上连入牵引机构传动件中。牵引机构传动件此外包括曲轴工作轮7，曲轴工作轮7置于内燃机1的曲轴8端段上。
这里所示的发电机驱动系统的特征在于，发电机3被这样构成以及进行电气接线，即：使发电机3可以暂时作为电动马达(E-Motor)运行，其中，发电机3与发电机皮带轮6经超越离合器4联接，该超越离合器这样构造，即：使发电机3在作为马达的运行模式的范围内转速上超越发电机工作轮6，也就是比发电机皮带轮6转得更快。
为实现发电机3的这样的特殊运行，该发电机3通过功率电子器件10联结到蓄能装置11上。对功率电子器件10的驱控通过马达控制件12来进行。该马达控制件12与内燃机和装备该内燃机的汽车本身的运行状态相对应地提供控制上重要的传感器信号。根据预先限定的控制策略的要求，通过马达控制件以如下方式驱控功率电子器件10，即：使发电机3的转子达到高于发电机皮带轮6的当前角速度。在发电机3的这种特殊运行阶段，转子以及携带该转子的发电机轴的惯性并不导致牵引机构传动件内的负荷增加。发电机3在这种运行模式下最终与牵引机构传动件去耦(abkoppeln)。
可行的是，为转子轴经电加速度的发电机3暂时运行而设置有辅助蓄能器13。该辅助蓄能器13可以这样设计，即：对其充电仅设计用于很短的发电机加速度过程。只要该辅助蓄能器13具有足够的充电状态，该辅助蓄能器13就优先用于提供加速能量。通过同样通过马达控制件12得到驱控的充电模块14，此外可以确定的是：应从蓄能器系统11、13中的哪个截取暂时所需的能量。此外在与充电模块14的共同作用下，也可以确定的是：在发电机作为确实为发电机后面运行中的范围内，应将所提供的功率输出到哪里。辅助蓄能器13在这种情况下可以这样构成，即：该辅助蓄能器13允许极高的充电电流。为此辅助蓄能器13例如可以构造为金电容或大容量法拉电容。由此，辅助蓄能器13特别地适用于容纳所谓的再生运行模式中的电功率，再生运行模式也就是如下的运行模式，其中，发电机3从经传动装置2“推动的”曲轴8中截取功率。
依据本发明的系统可以预备作为自协调的结构组件，所述结构组件包括特殊的发电机、自己的电子调节装置以及需要时也包括辅助蓄能器13。对于发电机3作为自加速系统暂时运行所需的信号可以作为普通的1/0信号通过起动器16的电磁开关15或马达电子装置12来提供。在皮带轮6本身上可以设置有脉冲探测器系统，通过该脉冲探测器系统可以直接在发电机的区域内提供转速信息，通过这些信息可以调节发电机转子的超越式运行。
可行的是，发电机和分配给该发电机的电气系统可以这样设计，即：为进行马达启动发电机的转子以如下角加速度进行旋转，该角加速度以足够的安全间距来确保转子的超越式运行，而在这种情况下无需特别检测曲轴转速或发电机皮带轮6的转速，也就是说，无需进行附加的控制或调节。
前面介绍的实施方案用于如下的实施方式，其中，飞轮4布置在发电机皮带轮6与发电机轴之间。但本发明也在表述上包括如下的实施方式，其中，飞轮4设置在曲轴8与曲轴皮带轮7之间。于是，借助可以专门暂时作为马达运行的发电机3，包括置于曲轴8上的曲轴皮带轮在内的整个牵引机构传动件可以被预加速。这种特殊的方案允许：通过发电机3可以短时间驱动辅助机组，例如转向助力泵，从而转向助力功能即便在内燃机切断的情况下仍然实现。通过置于曲轴上的飞轮，避免带动该曲轴。
功率电子器件10优选这样构造，即：使该功率电子器件10既进行发电机式运行，也进行暂时的马达式运行。
附图标记列表
1  内燃机
2  传动装置
3  发电机
4  飞轮
5  牵引机构
6  发电机工作轮
7  曲轴工作轮
8  曲轴
10 功率电子器件
11 蓄能装置
12 马达控制件
13 辅助蓄能器
14 充电模块
15 电磁开关
16 起动器

Claims (8)

1.内燃机的发电机(3)所用的发电机驱动系统，所述发电机驱动系统具有：牵引机构传动件，所述牵引机构传动件包括牵引机构，所述牵引机构经发电机工作轮(6)引导，所述发电机工作轮(6)用于驱动所述发电机(3)，其特征在于，所述发电机(3)这样构成并进行电气接线，即：所述发电机(3)能暂时作为马达运行，以及所述发电机(3)与发电机工作轮(6)或马达曲轴皮带轮(7)经飞轮(4)联接，所述飞轮这样构造，即：使所述发电机(3)在马达式运行的框架内超越所述发电机工作轮(6)或曲轴。
2.按权利要求1所述的发电机驱动系统，其特征在于，所述飞轮(4)实施为夹紧体飞轮。
3.按权利要求1所述的发电机驱动系统，其特征在于，所述飞轮(4)实施为夹紧弹簧飞轮。
4.按权利要求1所述的发电机驱动系统，其特征在于，所述飞轮(4)实施为能切换的飞轮。
5.按权利要求1至4至少之一所述的发电机驱动系统，其特征在于，所述发电机(3)的到滑行运行模式的转换依赖于所述内燃机或相应车辆的运行状态来进行。
6.按权利要求5所述的发电机驱动系统，其特征在于，所述发电机(3)的到滑行运行中的转换在马达启动阶段的框架内进行。
7.用于使经牵引机构传动件和飞轮系统与内燃机联结的发电机进行运行的方法，其中，依赖于马达式运行状态，以如下方式对所述发电机进行电驱控，即：使所述发电机暂时作为马达起作用，以及将暂时作为马达起作用的所述发电机的转子以如下方式加速，即：使所述发电机基本上不从所述牵引机构传动件截取机械的加速功。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述发电机的所述转子以如下方式加速，即：使所述飞轮系统打开。
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