CN104052194A - 汽车中的带有转速信号输入端的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行汽车中与内燃机（9）耦联的电机（100）的方法，其中，所述电机具有定子绕组（10），转子绕组（1），配属于所述转子绕组（1）的场调节器（2）和连接在所述定子绕组（10）之后的、具有可控制的开关元件的变流器（6），其中，在所述内燃机（9）的起动过程期间所述电机（100）以电动机方式按照转速预定信号被运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行汽车中与内燃机耦联的电机的方法，一种用于实施该方法的计算单元以及一种相应地设置的电机。
背景技术
用于汽车中的电机长期以来以起动器或起动机（起动电动机）和发电机的形式为人所知。作为发电机，在现代机动车中可以使用齿形电极结构方式的、具有（外来）电激励的交流发电机。为了整流产生的交流电流，一般可以使用基于半导体二极管的整流器。
基于机动车中电能需求的增大，对降低油耗和减少排放的努力以及将电动机的优点与内燃机的优点相结合的愿望，也可以使用具有双重功能的电机，即所谓的起动器发电机（起动发电机）。
起动器发电机（SG）是可以在机动车中按照需要作为电动机或作为发电机运行的电机。作为发电机，起动器发电机必须承担常规上归于发电机的全部任务，即对车载电网的供电和对机动车蓄电池充电。作为电动机，起动器发电机必须在起动内燃机时将其曲轴短时间地带到要求的起动转速上。
但是起动器发电机的应用不限于所述的功能。在相应地大的额定功率下，起动器发电机可以在电动机运行下在驱动上辅助内燃机，例如在所谓的加速运行模式中的加速期间以及用于涡轮延迟补偿。在制动期间可以通过起动器发电机的发电机运行取回（回收）一部分制动能量。相应的驱动装置称为混合动力驱动装置，相应的系统称为能量回收系统（BRS）。
改进具有这种电机的内燃机的起动过程是值得期望的。
发明内容
按照本发明建议一种具有权利要求1的特征的、用于运行汽车中与内燃机耦联的电机的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及以下的说明书的内容。
本发明的优点
本发明能够使常规电机（尤其是齿形电极结构方式的电机）如此地运行，即内燃机的起动过程被改善。该电机尤其是起动器发电机（例如皮带传动的起动器发电机，RSG）或者是BRS（能量回收系统）(也称为BRM（Boost-Recuperation Machine（能量回收机））的电机。该电机被设置用于按照转速预定信号在内燃机起动过程期间以电动机方式运行。该措施一方面导致可用的起动力矩的提高。起动过程变得更舒适（例如振动降低）并且被加快。另一方面该措施导致内燃机转速稳定并且由此导致排放减少。尤其可以在内燃机起动之后加速KAT(催化转化器)加热阶段，因为内燃机的运行可以完全在此方面被优化，因为由加热产生的转速波动不必由内燃机本身来保持低水平。
在内燃机起动过程期间电机的电动机模式的运行也允许通过拖动内燃机而从吸气管中抽吸空气，直到达到用于点火所希望的填充量（充气量），该填充量在此可以在考虑一定的点（方面）来实现，例如通过排放优化的燃烧实现的排放优化的起动、通过在开始燃烧时最小的转矩差实现的舒适起动和由此使急冲（向前撞动）的最小化、快速起动、在开始燃烧时产生低的噪声水平。
本发明在用于起动，用于以电的方式辅助的燃烧发动机的运行，用于电的未点火的运行，用于回收能量和/或用于产生电流的简单的电机中（尤其是SG或BRM）显示了特别的优点，它们在本发明的范围中围绕有利的运行功能被扩展。
按照另一个优选实施方式，转速预定信号包括目标转速信号，其中电机被设置以电动机方式工作并且达到目标转速，其中，接下来在一种转速调节运行模式中电机的（并且由此内燃机的）实际转速被调节到目标转速上。出于完整性的原因应该指出，在转速调节运行中电机可以以电动机方式（转速应该升高）经以发电机方式（转速应该下降）运行。这导致在起动过程期间和在此之后内燃机的转速稳定。振动被减小。转速的稳定使得内燃机能够在那些没有转速稳定性就不能够进入的运行点上运行，其中尤其可以实现降低排放的运行点。此外最好可以规定，电机在起动之后直到达到目标转速之前跟随一种预定的转速曲线或转矩曲线（也参见下面）。
按照另一个优选实施方式，转速预定信号包括一个下转速阈值信号，其中，电机被设置成，在达到或超过该下转速阈值时，驱动内燃机。这尤其允许与常规起动器例如小齿轮起动器一起使用电机（所谓的组合起动），这导致可利用的起动力矩的提高。此外最好可以规定，电机在起动之后（即在达到或超过下转速阈值之后）跟随预定的转速曲线或转矩曲线（对此进一步的解释位于更后面）。按照一种这样的设计方案，由上级的发动机控制仪（ECU）先激活常规的起动器并且将该下转速阈值通知电机。一旦达到该下转速阈值，电机就进入到电动机方式的允许并且也驱动内燃机。最好在考虑转动等待时间（旋转延时）下实施电机的激活，该转动等待时间是由信号和通讯运行线路的延迟产生的（例如CAN运行时间，继电器切换延迟），因此电机的起动在希望的时间点进行，和/或在识别出作为常规起动器的小齿轮起动器的啮合之后（例如通过探测转速，电流和/或电压）。
按照另一个优选实施方式，转速预定信号包括选择信号，其中，电机被设置成，按照选择信号跟随多个预先确定的转速曲线（转速随时间的变化）或者转矩曲线（转矩随转速的变化，转矩随时间的变化）中的一个转速曲线或转矩曲线。最好有多个曲线供选择，因此可以例如在快速起动（较短的起动时间，较多的振动和噪声）和舒适起动（较长的起动时间，较少的振动和噪声）之间进行选择。这些曲线最好储存在电机的计算单元中并且可以在那里选择。
有利地，在选择曲线时考虑一个或多个框架条件，尤其是在起动时允许的内燃机振动与起动时间的关系，希望的舒适性（噪声，振动）与起动时间的关系，内燃机的温度（冷起动，热起动，利用小齿轮的组合起动）。由于随着温度的降低，用于燃烧发动机的必需的起动力矩是增大的（由于更大的摩擦力，例如由于机油粘性增大），因此组合起动（电机和小齿轮在起动时处于啮合中）尤其对于冷温度对维持起动能力是重要的。但是在相应大的发动机中（大约大于2升排量）也可能发生电机的起动力矩不足并且需要经小齿轮起动器来辅助。
按照另一个优选实施方式，转速预定信号包括起动信号，其中，电机被设置成在接收起动信号之后起动内燃机。电机在此可以跟随预定的转速曲线或转矩曲线或跟随借助于选择信号进行选择的曲线。
仅仅为了完整起见应该指出，转速预定信号可以包括所述的信号中的一个或多个信号。
最好可以按照需要由上级的控制机构（例如发动机控制仪）中断通过转速预定信号启动的、按照本发明的功能和它们在电机上的运行过程。
最好当内燃机的转速达到一个转速稳定阈值时，也就是说内燃机足够“圆地（完整地）”运转时，电机的转速调节运行才被终止。
例如可以在起动之后（即在进行了喷射释放和点火释放时）评估转速波动（例如借助于转速调节的调节误差）并且当转速波动低于转速波动阈值时才终止电机的转速调节运行。例如在起动之后可以接着进行KAT加热阶段。在该加热阶段中如此地运行内燃机，即产生尽可能热的废气流。但是这对转速稳定性具有负面影响并且导致内燃机的不平稳的转速变化。按照本发明这可以借助于电机通过转速稳定化来解决。通过转速稳定化可以完全地在高的废气温度方向上实施燃烧发动机的运行的优化。
一种按照本发明的计算单元例如电机的控制器，尤其是以程序技术的方式，被设置成实施按照本发明的方法。最好该计算单元与电机形成一个结构单元，以便整体上形成一个“智能”电机。
该方法以软件方式的实施也是有利的，因为这产生特别小的费用，尤其是当执行的控制仪还被用于另外的任务并且因此总是存在的时候。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是软盘，硬盘，闪存，EEPROM, CDROM, DVD以及其它等待。通过计算机网络（互联网，局域网等待）下载程序也是可能的。
本发明的其它的优点和设计方案由说明书和附图给出。
应该理解，上述的和下面还将解释的特征不仅能够在各给出的组合中应用，而且能够在另外的组合中或单独地应用，而不脱离本发明的范围。
本发明依据实施例在附图中示意地示出并且在以下参照附图进行详细描述。
附图说明
图1显示了带有供能单元的车载电网，供能单元可以按照本发明的实施方式设计和/或运转。
图2显示了三个随转速变化的示例性的转矩变化曲线，它们可以按照本发明的设计方案进行选择。
图3显示了三个随时间变化的示例性的转速变化曲线，它们可以按照本发明的设计方案进行选择。
具体实施方式
图1显示了带有电机100的汽车车载电网，电机可以按照本发明的实施方式设计和/或运转。电机100例如设计成外部激励的同步电机，例如采用齿形电极结构方式（Klauenpolbauweise）。
电机以转递转矩的方式经由相应的耦联机构，例如皮带驱动装置形式的机械连接机构8与内燃机9连接。
电机100具有变流器6，其中，设置对应于通过电机100提供的相的数量的多个相接头7。变流器6具有有源开关元件（例如MOSFET）并且可以作为整流器（电机的发电机方式运行）或者作为逆变器（电机的电动机方式运行）运行。变流器6具有用于控制有源开关元件的控制单元。
在直流电压侧经由场调节器2连接电机100的转子绕组1。场调节器2负责控制转子绕组1。
在直流电压侧还连接至少一个储能器3，例如机动车蓄电池和至少一个负载5。
电机100此外具有计算单元4，它被设置用于以程序技术的方式实施本发明。特别地，它按照本发明控制场调节器2和变流器6。计算单元4尤其具有输入端或用于接收转速预定信号的接口。在此例如可以涉及一种机动车总线接头，如CAN总线。计算单元4是电机100的组成部分并且与电机形成一个结构单元。
在车载电网中此外设置计算单元12（发动机控制仪或ECU）,其控制内燃机9和电机100的计算单元4等等并且尤其是将包括用于起动内燃机9的转速预定信号的相应的运行指令传输给电机。
示例性的运行模式在以下参照图2和3进行解释。
在图2中，在电机的转速n上画出了由电机输出的转矩M的三个不同的变化曲线201，202，203。在此处涉及的是示例性的转矩曲线，它们借助于包括选择信号的转速预定信号由发动机控制仪12选择并且接着由电机100的计算单元4自动地和独立地执行。电机100的计算单元4为此如此地控制场调节器2和变流器6，以产生选择的曲线。
例如，曲线201涉及的是一种正常的曲线（变化过程），曲线202是加速起动（转矩增加）的曲线以及曲线203是舒适起动（转矩减低）的曲线。举例而言，设置目标转速n0，在达到目标转速时则通过发动机控制仪实施喷射释放和点火释放并且因此结束内燃机的起动过程。电机100的电动机式运行此时结束。按照一个有利的扩展方案，电机可以继续在一种转速调节运行（模式）下运行，其中，电机100的转速调节运行只有在内燃机达到足够的转速稳定性时才被结束。
在图3中，在时间t上画出了电机的转速n的三个不同的变化曲线301，302，303。这些不同的曲线例如可以从由电机运行的曲线201，202或203中产生。示例性地也给出了目标转速n0。内燃机的起动过程在时间点t0处开始，在此时，发动机控制仪12将一个包括起动信号的转速预定信号传输给电机100的计算单元4。转速预定信号也包括目标转速信号。目标转速在此处是n0。转速预定信号最好可以附加地也包括选择信号，以便选择曲线301，302，303中之一。接下来，电机100的计算单元4自动地和独立地使内燃机开始转动。
在时间点t1处达到目标转速n0。接着计算单元4转入调节运行并且将电机的实际转速调节到目标转速n0。直到时间点t2之前，最好通过牵引（拖动）内燃机从吸气管中抽吸空气，直到达到一个点火希望的充气量。在此情况下，电机因此用于在开始燃烧的时间点调整出希望的目标充气量。电机的转动在此可以如此地控制，即在一定的着眼点下，实现希望的目标充气量的优化，例如通过排放优化的燃烧实现排放优化的起动、通过在开始燃烧时最小的转矩差实现舒适起动和由此使急冲（向前撞动）最小化、快速起动、在开始燃烧时产生低的噪声水平。
在时间点t3处，达到希望的目标充气量并且喷射（在直接喷射发动机情况下）被释放。电机的转动在此处可以如此地控制，即在一定的着眼点下，实现希望的目标充气量的优化，例如在首次燃烧期间减少有害排放物并且避免在激活喷射时超调（大范围摆动）/下冲（调节不足）。内燃机点火。电机先继续在转速调节运行中运行，以便达到一种转速稳定（例如在KAT（催化转化器）加热阶段期间）。
在时间点t4处，内燃机9的起动结束并且转速是足够稳定的。电机的转速调节运行被终止。转速现在通过内燃机确定，内燃机由发动机控制仪12控制。
Claims (15)
1.用于运行汽车中与内燃机（9）耦联的电机（100）的方法，其中，所述电机具有定子绕组（10），转子绕组（1），配属于所述转子绕组（1）的场调节器（2）和连接在所述定子绕组（10）之后的、具有可控制的开关元件的变流器（6），其中，在所述内燃机（9）的起动过程期间所述电机（100）以电动机方式按照转速预定信号被运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转速预定信号包括目标转速信号并且其中，所述电机（100）的实际转速被调节到通过所述目标转速信号预定的目标转速上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述内燃机（9）的转速达到一个转速稳定阈值，则所述电机（100）的实际转速向通过所述目标转速信号预定的目标转速上的调节被终止。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述转速预定信号包括一个下转速阈值信号，其中，当所述电机的转速达到通过所述下转速阈值信号预定的下转速阈值时，所述电机（100）才被以电动机方式运行。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述内燃机（9）用一个与所述电机（100）不同的起动器起动。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在考虑转动等待时间下实施电机的转动起动。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述转速预定信号包括选择信号，以选择由所述电机（100）导致的预定的转速曲线或转矩曲线。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果所述内燃机（9）的转速达到一个转速稳定阈值，则所述电机（100）的电动机方式的运行被终止。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，一个起动器发电机或者一个能量回收机被作为电机（100）运行。
10.计算单元，它被设置用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
11.带有程序编码机构的计算机程序，当所述程序编码机构在尤其是根据权利要求9所述的计算单元上被执行时，所述程序编码机构使所述计算单元实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
12.可机读的存储介质，其带有储存在其上的、根据权利要求10所述的计算机程序。
13.电机（100），其用于在汽车中与内燃机（9）耦联，所述电机具有定子绕组（10），转子绕组（1），配属于所述转子绕组（1）的场调节器（2），连接在所述定子绕组（10）之后的、具有可控制的开关元件的变流器（6）和根据权利要求10所述的计算单元（4）。
14.根据权利要求13所述的电机（100），其具有用于接收转速预定信号的输入端。
15.汽车的车载电网，其包括根据权利要求13或14所述的电机（100）并且包括发动机控制仪（12），所述发动机控制仪被设置用于控制内燃机（9）和用于输出转速预定信号。
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