CN106414197B - 车用交流发电机的控制装置 - Google Patents

Abstract

内燃机的控制装置(150)设置有：第一确定器件(310)，被配置用于确定内燃机(200)的转数是否小于预定转数并且旋转电机(100)是否需要控制扭矩；第二确定器件(320)，被配置用于确定所需控制扭矩是否小于预定阈值；第一控制器件(341)，被配置用于在所需的控制扭矩小于预定阈值时于一个臂中实现控制状态并且实现发电状态；第二控制器件(342)，被配置用于在所需的控制扭矩大于预定阈值时于一个臂和另一个臂两者中实现控制状态；以及阈值改变器件(330)，被配置用于改变预定阈值以使其随内燃机的转数增加而增加。

Description

车用交流发电机的控制装置

技术领域

本发明涉及用于具有发电设备(例如，交流发电机)的内燃机的控制装置。

背景技术

在内燃机中，在某些情况下执行下列控制：即，例如，曲轴角(即，内燃机的曲轴的角度)在内燃机停止时被设定为预定值，使得启动扭矩能够在内燃机重启时被减小。作为控制停止的内燃机的曲轴角的方法，已知存在使用由与内燃机连接的交流发电机输出的扭矩的方法。

另一方面，交流发电机也能够通过使用内燃机的动力来产生电力。因此，例如，在专利文献1中，提出了这样的技术：交流发电机的发电在内燃机的停止控制期间于高转速侧进行，并且控制扭矩由交流发电机在低转速侧产生，由此控制曲轴角。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开No.2012-202407

发明内容

技术问题

在前述专利文献1所描述的技术中，作为预先确定的固定值的转数阈值被用来确定是在交流发电机中进行发电还是输出控制扭矩。但是，用于该确定的阈值为固定值的事实从增加发电效率的角度来看并非总是优选的。特别地，是在交流发电机中进行发电还是输出控制扭矩无法仅基于内燃机的转数来确定。因此，存在着无法在专利文献1所描述的技术中进行高效发电的可能，这在技术上是有问题的。

以上是待由本发明解决的课题的一个示例。因此，本发明的一个目的是提供内燃机的控制装置，其被配置用于在内燃机的停止控制期间增加发电效率。

问题的解决方案

本发明的上述目的能够通过包含旋转电机的内燃机的控制装置来实现，该旋转电机在一个臂和另一个臂中的每个臂内具有开关元件组，并且被配置用于控制开关元件组以实现控制状态以及发电状态，该控制状态允许输出用于控制内燃机的曲轴停止位置的控制扭矩，该发电状态允许通过内燃机的动力来发电，所述控制装置提供有：第一确定器件，被配置用于在存在停止内燃机的需求时确定它是否处于内燃机的转数小于预定转数并且需要给旋转电机输出控制扭矩的扭矩需求状态；第二确定器件，被配置用于在确定处于扭矩需求状态时确定作为旋转电机所需的控制扭矩的所需控制扭矩是否小于预定的阈值；第一控制器件，被配置用于在确定所需的控制扭矩小于预定的阈值时控制在一个臂内的开关元件组以实现控制状态并且用于控制在另一个臂内的开关元件组以实现发电状态；第二控制器件，被配置用于在确定所需的控制扭矩大于预定的阈值时控制在一个臂和另一个臂两者中的开关元件组以实现控制状态；以及阈值改变器件，被配置用于改变预定的阈值以使其随内燃机的转数增加而增加。

本发明的内燃机被配置为不管燃料类型、燃料供给方面、燃料燃烧方面、进气/排气系统配置、气缸布局等如何都能够采用各种方面的内燃机。本发明的内燃机还设置有被配置为例如交流发电机和电动发电机的旋转电机。旋转电机设置有作为一个臂和另一个臂的至少两个臂，并且这两个臂每个都具有开关元件。

在本发明的旋转电机的每个臂中，其状态能够通过控制开关元件组来改变。特别地，可允许用于控制内燃机的曲轴停止位置的控制扭矩的输出的控制状态通过例如接通每个臂内的开关元件组(即，通过接通包含于开关元件组中的所有开关元件)来实现。更具体地说，实现扭矩能够通过内通量来产生的状态。对曲轴停止位置的控制被执行，例如，用于在内燃机重启时开始点火。另一方面，可允许通过内燃机的动力来发电的发电状态通过例如关断开关元件组(即，通过关断包含于开关元件组中的至少一个开关元件)来实现。在发电状态中，发电量能够通过控制旋转电机的励磁状态来调整。

由于开关元件组被布置于一个臂和另一个臂中的每个臂内，在上述发电状态和控制状态之间的变更能够在每个臂中执行。换言之，该一个臂和另一个臂同样能够被设置为不同的状态。

本发明的内燃机的控制装置是配置用于控制以上所述的内燃机的控制装置，并且能够采用各种计算机系统的形式，例如，各种微计算机装置、各种控制器和各种处理单元(如，单个或多个电子控制单元(ECU))，该计算机系统能够根据情况需要而包含一个或多个中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)、各种处理器、各种控制器，或者还包含各种存储器件，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、缓冲存储器或闪速存储器。

根据本发明的内燃机的控制装置，如果存在停止内燃机的需求，则由第一确定器件来确定它是否处于扭矩需求状态。扭矩需求状态是内燃机的转数小于预定转数并且需要给旋转电机输出控制扭矩的状态。因而，即使是内燃机的转数小于预定转数，如果不需要给旋转电机输出控制扭矩，则不能够说它处于扭矩需求状态，并且这种情形不是后面所描述的控制目标。作为不需要输出控制扭矩的情形的一个示例，存在着例如其中内燃机的曲轴角即使在控制扭矩不被输出时也停止于期望的角度的情形。

如果确定处于扭矩需求状态，则通过第二确定器件来确定所需的控制扭矩(即，为旋转电机所需的控制扭矩)是否小于预定的阈值。

如果确定所需的控制扭矩小于预定的阈值，则在一个臂中的开关元件组由第一控制器件控制以实现控制状态，并且在另一个臂中的开关元件组由第一控制器件控制以实现发电状态。换言之，在该一个臂和另一个臂上实现了不同的状态。在以上所述的控制的情况下，控制扭矩能够在一个臂中产生，而能够在另一个臂中进行发电。换言之，对内燃机的曲轴停止位置的控制和发电能够并行地进行。

尽管在能够从一个臂输出的控制扭矩方面存在限制，但是也没有问题，因为所需的控制扭矩被确定为小于预定的阈值。换言之，由第二确定器件使用的预定阈值可以根据能够仅由一个臂输出的控制扭矩来设定。

另一方面，如果确定所需的控制扭矩大于预定的阈值，则在一个臂和另一个臂两者中的开关元件组由第二控制器件控制以实现控制状态。换言之，控制状态能够在一个臂和另一个臂两者中实现。在以上所述的控制的情况下，控制扭矩能够从一个臂和另一个臂中的每个臂输出。因此，即使所需的扭矩相对较大，也可以输出足够的控制扭矩。

对曲轴停止位置的控制能够仅通过由第二控制器件进行的控制(即，通过将两个臂都设置为控制状态的控制)来执行，而由第一控制器件进行的控制(即，将另一个臂设置为发电状态的控制)使得可以在内燃机停止时增加能量回收率。

而且，在本发明中，由第二确定器件使用的预定阈值能够通过阈值改变器件来改变。特别地，在阈值改变器件中，预定的阈值被改变以随内燃机的转数增加而增加。

在此，如果内燃机的转数相对较高，则发电能够通过将旋转电机的每个臂设置为发电状态来充分进行。还应当认为，直到内燃机停止之前会存在着相对充足的时间，并且不太必要匆忙施加控制扭矩。因而，如果随内燃机的转数增加预定的阈值增加(即，如果由第一控制器件进行的控制更容易被选择)，则能够有效地增加发电的机会。

如同上文所解释的，根据本发明的内燃机的控制装置，可以在内燃机的停止控制期间增加发电效率。

在本发明的内燃机的控制装置的一个方面中，其中一个臂和另一个臂中的至少一个臂具有上开关元件组和下开关元件组，并且所述第一控制器件和所述控制器件控制上开关元件组和下开关元件组中的任意一个开关元件组作为开关元件组。

根据这方面，该一个臂和另一个臂中的至少一个被配置为具有上开关元件组和下开关元件组。换言之，该一个臂和另一个臂中的任一个或两者被配置为具有至少两个开关元件组。因此，在这种情况下，旋转电机能够被配置为所谓的高效率交流发电机。

特别地，在这方面，每个臂的发电状态和控制状态在开关元件由第一控制器件和第二控制器件控制时通过控制上开关元件组和下开关元件组中的任意一个开关元件组来实现。因而，不一定要控制另一个开关元件组。

即使是上开关元件组和下开关元件组中的任一个开关元件组受到控制，也能够获得同样的效果。但是，如果存在接地的(或者与地线连接的)开关元件组，则开关元件组提供更稳定的开关控制。

本发明的操作及其他优点从以下所解释的实施例来看将会变得更加明显。

附图说明

图1是示出在一种实施例中的发动机系统的配置的示意性配置图。

图2是示出在该实施例中的交流发电机控制单元的配置的框图。

图3是示出在该实施例中的交流发电机控制单元的操作的流程图。

图4是示出基于发动机的转数来设定所需的扭矩阈值的方法的示意图。

图5是示出在该实施例中的交流发电机控制单元的操作的一个具体实例的时序图。

具体实施方式

在下文，将解释内燃机的控制装置的一种实施例。

(1)实施例中的发动机系统的配置

首先，将参照图1来解释在该实施例中的发动机系统的配置。图1是示出在该实施例中的发动机系统的配置的示意性配置图。

在图1中，在该实施例中的发动机系统包含例如作为动力源安装于车辆上的发动机200。发动机200是本发明的“内燃机”的一个实例，并且被配置用于通过连杆将根据在含有燃料的空气燃料混合物在气缸内燃烧时产生的爆发力的活塞的往复运动转换成曲轴210的旋转运动。

而且，上述发动机200与交流发电机100连接。交流发电机100是本发明的“旋转电机”的一个实例，并且被配置用于通过使用发动机200的动力来产生电力且输出用于在发动机200的停止控制期间执行停止位置控制的控制扭矩。通过输出控制扭矩，能够高度精确地调整在发动机200停止时的曲轴角。由于发动机200的停止位置控制，可以在发动机200重启时优选地减小启动扭矩。交流发电机100还可以被配置为具有上述功能的电动发电机。

在该实施例中的交流发电机100设置有转子线圈110、第一定子线圈121、第二定子线圈122、上方第一开关元件组131a、下方第一开关元件组131b、上方第二开关元件组132a、下方第二开关元件组132b、连接晶体管140和交流发电机控制单元150，作为主要构件。

转子线圈110被配置用于通过施加励磁电流来产生磁通量。

第一定子线圈121和第二定子线圈122每个都通过以Y接法来连接三个独立的线圈而配置，并且被配置用于通过使用在转子线圈110内产生的磁通量来产生电力。

上方第一开关元件组131a和下方第一开关元件组131b是布置于第一定子线圈121侧的开关元件组(下文根据情况需要称为“第一臂”)，并且包含被配置为例如金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的多个开关元件。

另一方面，上方第二开关元件组132a和下方第二开关元件组132b是布置于第二定子线圈122侧的开关元件组(下文根据情况需要称为“第二臂”)，并且包含被配置为例如MOSFET的多个开关元件，如同在上方第一开关元件组131a和下方第一开关元件组131b中那样。

如果上方第一开关元件组131a和下方第一开关元件组131b两者被设定为关断(OFF)(即，如果包含于上方第一开关元件组131a或下方第一开关元件组131b中的任一开关元件被设定为关断(OFF))，则第一臂处于发电状态(或者其中电力能够通过使用发动机200的动力来产生的状态)。如果上方第一开关元件组131a或下方第一开关元件组131b中的任一方被设定为接通(ON)(即，如果包含于上方第一开关元件组131a或下方第一开关元件组131b中的所有开关元件都被设定为接通(ON))，则第一臂处于控制状态(或者其中发动机200的控制扭矩能够被输出的状态)。

以相同的方式，如果上方第二开关元件组132a和下方第二开关元件组132b两者都被设定为关断(OFF)，则第二臂处于发电状态。而且，如果上方第二开关元件组132a和下方第二开关元件组132b中的任一方被设定为接通(ON)，则第二臂处于控制状态。

但是，在开关元件组的接通(ON)和关断(OFF)与实现于臂中的每种状态之间的对应关系并不限定于以上实例。换言之，所需的仅仅是发电状态和控制状态能够通过对开关元件组的控制来在每个臂中改变。

交流发电机控制单元150与连接晶体管140的基极部分连接。交流发电机控制单元150是本发明的“内燃机控制装置”的一个实例，并且被配置用于控制交流发电机100的每个部分的操作。

在下文，交流发电机控制单元150的配置将参照图2来详细解释。图2是示出在该实施例中的交流发电机控制单元的配置的框图。

在图2中，交流发电机控制单元150设置有发动机状态确定单元310、所需扭矩确定单元320、阈值改变单元330和控制单元340。

发动机状态确定单元310是本发明的“第一确定器件(deice)”的一个实例，并且基于从外部输入的发动机转数以及交流发电机100所需的扭矩来确定发动机200的当前状态。特别地，发动机状态确定单元310确定发动机200在停止控制期间是否处于后面描述的具体停止控制将被执行的状态。发动机状态确定单元310的确定结果能够被输出给所需扭矩确定单元320。

所需扭矩确定单元320是本发明的“第二确定器件”的一个实例，并且确定交流发电机100所需的扭矩是否小于阈值。所需扭矩确定单元320的确定结果能够被输出给控制单元340。

阈值改变单元330是本发明的“阈值改变器件”的一个实例，并且被配置用于基于从外部输入(或者由发动机状态确定单元310输入)的发动机转数来改变用于所需扭矩确定单元320中的阈值。

控制单元340被配置用于给交流发电机100输出控制命令，并且基于例如停止发动机200的需求、电池电压等来控制交流发电机100的操作。在该实施例中的控制单元340特别地设置有作为本发明的“第一控制器件”的一个实例的第一控制单元341以及作为本发明的“第二控制器件”的一个实例的第二控制单元342。第一控制单元341和第二控制单元342根据所需扭矩确定单元320的确定结果选择性地执行对交流发电机100的控制。

此外，由交流发电机控制单元150执行的具体处理将在下文详细解释。

(2)交流发电机控制单元的操作

接下来，将参照图3来解释交流发电机控制单元150的操作。图3是示出在该实施例中的交流发电机控制单元的操作的流程图。在下文，在能够由交流发电机控制单元150执行的控制中，将详细地解释与本发明密切相关的处理，并且将省略关于其他通用处理的解释。

在图3中，根据在该实施例中的交流发电机控制单元150，如果存在停止发动机200的需求(步骤S101：是)，则首先将励磁需求设定为接通(ON)，并且执行给转子线圈110施加励磁电流(或者增加励磁电流)的控制(步骤S102)。在该时间点，上方第一开关元件组131a、下方第一开关元件组131b、上方第二开关元件组132a及下方第二开关元件组132b全都为关断(OFF)，并且发电状态被实现。因而，通过给转子线圈110施加励磁电流以产生磁通量，交流发电机100的发电开始。

在交流发电机100的发电期间，所产生的电力存储于其中的电池的电压被监测，并且如果确定电压达到预定的上限电压(步骤S103：是)，则励磁需求被设定为关断(OFF)，并且对停止给转子线圈110施加励磁电流(或者减小励磁电流)的控制被执行(步骤S104)。这可防止电池电压由于过度的发电而超过上限电压。

如果确定电池电压没有达到预定的上限电压(步骤S103：否)，则在步骤S104中的处理被省略。换言之，继续给转子线圈110施加励磁电流，并且继续发电。

然后，通过发动机状态确定单元310来确定发动机200的转数是否小于预定转数以及是否需要给交流发电机100输出控制扭矩(步骤S105)。

在此，如果确定发动机200的转数不小于预定转数或者不需要给交流发电机100输出控制扭矩(步骤S105：否)，则上方第一开关元件组131a、下方第一开关元件组131b、上方第二开关元件组132a及下方第二开关元件组132b全都保持关断(OFF)(步骤S106)。因而，发电在第一臂和第二臂两者中继续进行。在这种情况下，由于发电在两个臂中进行，因而能够使发电量保持为大的。

另一方面，如果确定发动机200的转数小于预定转数并且需要给交流发电机100输出控制扭矩(步骤S105：是)，则阈值(即，用于由所需扭矩确定单元320进行的确定的阈值)由阈值改变单元330改变(步骤S107)。随着发动机200的转数增大，阈值改变单元330为了所需的驱动力而显著改变阈值。换言之，在阈值改变单元330中，如果发动机200的转数相对较低，则所需驱动力的阈值被改变为相对较小的值。另一方面，如果发动机200的转数相对较高，则所需驱动力的阈值被改变为相对较大的值。

如果阈值被改变，则由所需扭矩确定单元320确定交流发电机100的所需扭矩在该改变之后是否小于阈值(步骤S108)。

如果确定交流发电机100的所需扭矩在该改变之后小于阈值(步骤S108：是)，则第一臂和第二臂中的任意下方臂(即下方第一开关元件组131b或下方第二开关元件组132b)被设定为接通(ON)。在这种情况下，在第一臂和第二臂当中，一个臂处于发电状态，而另一个臂处于控制状态。特别地，如果下方第一开关元件组131b被设定为接通(ON)，则第一臂处于控制状态，并且第二臂处于发电状态。而且，如果下方第二开关元件组132b被设定为接通(ON)，则第一臂处于发电状态，并且第二臂处于控制状态。

如上所述，在由第一控制单元341进行的控制期间，第一臂和第二臂处于彼此不同的状态。在这种情况下，发电在处于发电状态的一个臂中进行，并且控制扭矩在处于控制状态的另一个臂中产生。因此，可以执行使用发动机200的动力进行的发电以及发动机200的停止位置控制。

此外，在能够从一个臂输出的控制扭矩方面存在限制；但是，也没有问题，因为确定了所需扭矩小于阈值。换言之，在所需扭矩确定单元320中使用的阈值可以根据能够仅由一个臂输出的控制扭矩来改变。

另一方面，如果确定所需扭矩在该改变之后大于阈值(步骤S108：否)，则第一臂和第二臂中的两个下方臂(即，下方第一开关元件组131b和下方第二开关元件组132b两者)被设定为接通(ON)。在这种情况下，第一臂和第二臂两者都处于控制状态。

如上所述，在由第二控制单元342进行的控制期间，第一臂和第二臂两者均处于控制状态。在这种情况下，控制扭矩能够从这两个臂输出，并且这会增加能够作为整体来输出的控制扭矩的上限。因此，即使所需的扭矩相对较大，也可以输出足够的控制扭矩。

发动机200的停止位置控制能够仅通过由第二控制单元342进行的控制(即，通过将两个臂都设置为控制状态的控制)来执行，而由第一控制单元341进行的控制(即，将另一个臂设置为发电状态的控制)使得可以在发动机200停止时增加能量回收率。

控制第一臂和第二臂的下方臂的情形在本文进行了解释；但是，上方臂也可以被控制。在该实施例的交流发电机100中，下方臂的参考电位接地(或者与地线连接)，并且下方臂由此具有比上方臂的参考电位更稳定的参考电位。因而，下方臂在该实施例中作为控制目标是优选的，因为开关控制能够被更精确地执行。

而且，在该实施例中，所需扭矩确定单元320中使用的阈值能够通过阈值改变单元330来改变，如同上文所描述的。因而，由第一控制单元341进行的控制以及由第二控制单元342进行的控制优选地根据情况来执行。

在下文，将参照图4特别地解释因阈值改变所致的效果。图4是示出基于发动机的转数来设定所需的扭矩阈值的方法的示意图。

在图4中，所需扭矩的阈值被改变以随着发动机200的转数增大而增加。因此，如从图中可明显看出的，随着发动机200的转数增加，允许发电的由第一控制单元341进行的控制更容易被选择。

在此，如果发动机200的转数相对较高，则发电能够通过将交流发电机100的每个臂设置为发电状态来充分进行(即，如果发动机200的转数低，则存在着发电无法进行的可能，即使交流发电机100的每个臂都被设置为发电状态也是如此)。而且，如果发动机200的转数相对较高，则应当认为，直到发动机200停止之前会存在着相对充足的时间，并且不太必要匆忙施加控制扭矩。因而，如果由第一控制单元341进行的控制随着发动机200的转数增大而更容易被选择，则发电的机会能够得到有效地增加。

最后，将参照图5来解释交流发电机控制单元150的操作的具体实例。图5是示出在该实施例中的交流发电机控制单元的操作的一个具体实例的时序图。

在图5中，假定在时间点tl对在时间点t0正在空转的发动机200提出停止要求。在这种情况下，交流发电机100的发电在时间点t0与时间点t1之间进行，但是发电量受到抑制，因为发电使用燃料。

在时间点tl，提出停止发动机200的要求。因而，发动机200的燃料切断被执行，并且发动机200的转数逐渐减小。在此时，在交流发电机100中，励磁电流被最大化，并且在两个臂(即，第一臂和第二臂)中进行最大发电。

在时间点t2，电池电压达到上限电压。从而励磁电流被调整，使得电池电压不超过上限电压。

在时间点t3，即使是励磁电流被最大化，由于发动机200的转数的减小，电池电压也开始降低(即，发电无法进行，直到电池电压被保持为止)。因而，在时间点t3之后，一侧的臂(或者在此为第一臂)根据控制扭矩需求而视情况需要被设定为接通(ON)，由此由内通量产生控制扭矩。因此，可以在进行发电时执行发动机200的停止位置控制。

在时间点t4，发动机200的转数具有极低的值，并且交流发电机100即使在发电状态中也无法进行发电。因而，在时间点t4之后，两侧的臂(或者第一臂和第二臂)根据控制扭矩需求而视情况需要被设定为接通(ON)，由此在两个臂中产生控制扭矩。因此，可以输出足够的控制扭矩，即使所需扭矩是大的，由此优选地停止发动机。

如同上文所解释的，根据在该实施例中的内燃机控制装置，可以在发动机200的停止控制期间增加发电效率。

本发明并不限定于上述实施例，而是在不脱离能够从权利要求书和整篇说明书中了解到的本发明的主旨或精神的情况下在需要时进行各种改变。涉及这样的改变的内燃机的控制装置同样意指落入本发明的技术范围之内。

附图标记说明

100 交流发电机

110 转子线圈

121 第一定子线圈

122 第二定子线圈

131a 上方第一开关元件组

131b 下方第一开关元件组

132a 上方第二开关元件组

132b 下方第二开关元件组

140 连接晶体管

150 交流发电机控制单元

200 发动机

210 曲轴

310 发动机状态确定单元

320 所需扭矩确定单元

330 阈值改变单元

340 控制单元

341 第一控制单元

342 第二控制单元

Claims (2)

1.一种用于内燃机的控制装置，所述内燃机包含旋转电机，所述旋转电机在一个臂和另一个臂中的每个臂内都具有开关元件组，并且被配置用于控制所述开关元件组以实现控制状态以及发电状态，所述控制状态允许输出用于控制所述内燃机的曲轴停止位置的控制扭矩，所述发电状态允许通过所述内燃机的动力进行的发电，所述控制装置包含：

第一确定器件，被配置用于在存在对停止所述内燃机的需求时确定是否处于所述内燃机的转数小于预定转数并且需要给所述旋转电机输出所述控制扭矩的扭矩需求状态；

第二确定器件，被配置用于在确定处于所述扭矩需求状态时确定作为所述旋转电机所需的控制扭矩的所需控制扭矩是否小于预定阈值；

第一控制器件，被配置用于在确定所述所需控制扭矩小于所述预定阈值时控制在所述一个臂中的开关元件组以实现所述控制状态并且控制在所述另一个臂中的开关元件组以实现所述发电状态；

第二控制器件，被配置用于在确定所述所需控制扭矩大于所述预定阈值时控制在所述一个臂和所述另一个臂两者中的开关元件组以实现所述控制状态；以及

阈值改变器件，被配置用于改变所述预定阈值以使其随所述内燃机的转数增加而增加。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制装置，其中

所述一个臂和所述另一个臂中的至少一个具有上开关元件组和下开关元件组，并且

所述第一控制器件和所述第二控制器件控制所述上开关元件组和所述下开关元件组中的任一个开关元件组作为所述开关元件组。