DE102017218721A1 - A method for providing heating power for heating an internal combustion engine and motor vehicle, which is operable according to the method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Heizleistung (29) zum Aufheizen eines Verbrennungsmotors (11) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei durch eine Steuervorrichtung (31) des Kraftfahrzeugs (10) bei einer elektrischen Maschine (14) eines Starter-Generators (12) während eines Generatorbetriebs und/oder eines Motorbetriebs eine d-Komponente (Isd) und eine q-Komponente (Isq) eines elektrischen Stroms (18) mittels einer feldorientierten Regelung (FOR) eingestellt werden. Die Erfindung sieht vor, dass durch die Steuervorrichtung (31) in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Anforderungssignal (28), durch welches die Heizleistung (29) angefordert wird, mittels der feldorientierten Regelung (FOR) die d-Komponente (Isd) und/oder die q-Komponente (Isq) verändert und hierdurch eine in dem Starter-Generator (12) erzeugte thermische Verlustleistung vergrößert wird und die thermische Verlustleistung mittels einer thermischen Kopplungseinrichtung (30), die zwischen dem Starter-Generator (12) und dem Verbrennungsmotor (11) bereitgestellt ist, zu dem Verbrennungsmotor (11) hin als die angeforderte Heizleistung (29) übertragen wird.The invention relates to a method for providing heating power (29) for heating an internal combustion engine (11) of a motor vehicle (10), wherein a control device (31) of the motor vehicle (10) in an electric machine (14) of a starter generator (12 ) during a generator operation and / or a motor operation, a d-component (Isd) and a q-component (Isq) of an electric current (18) are adjusted by means of a field-oriented control (FOR). The invention provides that by means of the control device (31) in dependence on at least one predetermined request signal (28), by which the heating power (29) is requested, by means of the field-oriented control (FOR) the d-component (Isd) and / or the q-component (Isq) is changed and thereby a thermal power loss generated in the starter-generator (12) is increased and the thermal power loss by means of a thermal coupling device (30) between the starter-generator (12) and the internal combustion engine (11 ) is transmitted to the internal combustion engine (11) as the requested heating power (29) is transmitted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Heizleistung zum Aufheizen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Durch das Verfahren kann der Verbrennungsmotor beispielsweise bei einem Kaltstart dabei unterstützt werden, in einen vorbestimmten Betriebstemperaturbereich zu gelangen. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The invention relates to a method for providing heating power for heating an internal combustion engine of a motor vehicle. By means of the method, the internal combustion engine can be assisted, for example during a cold start, to reach a predetermined operating temperature range. The invention also includes a motor vehicle which is set up to carry out the method according to the invention.

Ein Verbrennungsmotor kann wie jede andere Maschine nur mit festgelegten Toleranzen gefertigt werden. Da sich aber Bauteile eines Verbrennungsmotors mit der Temperatur dehnen oder stauchen, lassen sich die Toleranzen nur für ein vorbestimmtes Temperaturintervall einhalten. Dies ist bei einem Verbrennungsmotor in der Regel der Bereich der Betriebstemperaturen, die der Verbrennungsmotor während eines Normalbetriebs aufweist. Ist zum Beispiel bei einem Kaltstart oder Erststart der Betriebstemperaturbereich noch nicht erreicht, nutzen beispielsweise Lagerflächenpressungen sämtliche Bauteiltoleranzen. Hinzu kommt, dass auch größere Bauteile, wie zum Beispiel die Kurbelwelle oder die Nockenwelle, ebenfalls einer Temperaturausdehnung unterliegen. Alleine hier entstehen bereits nennenswerte Reibungsverluste innerhalb eines kalten Verbrennungsmotors, der noch nicht durchtemperiert ist, das heißt, dass er nicht seinen Betriebstemperaturbereich erreicht hat. Unterhalb einer vorbestimmten Mindesttemperatur ergibt somit der Betrieb des Verbrennungsmotors einen erhöhten Verschleiß desselben.An internal combustion engine, like any other machine, can only be manufactured with specified tolerances. But as components of an internal combustion engine with the temperature stretch or compress, the tolerances can be maintained only for a predetermined temperature interval. In an internal combustion engine, this is generally the range of operating temperatures which the internal combustion engine has during normal operation. If, for example, the operating temperature range has not yet been reached during a cold start or first start, bearing surface pressures, for example, use all component tolerances. In addition, even larger components, such as the crankshaft or the camshaft, also subject to thermal expansion. Alone here, significant friction losses already occur within a cold internal combustion engine, which is not yet tempered, that is, that it has not reached its operating temperature range. Below a predetermined minimum temperature, the operation of the internal combustion engine thus results in increased wear thereof.

Hinzu kommt, dass die Schmiereigenschaften von Motoröl oder Schmieröl, beispielsweise Mineralöl, das zur Schmierung des Verbrennungsmotors genutzt wird, ebenfalls temperaturabhängig ist. Man bezeichnet dies als Viskosität. Die Viskosität ist die bekannteste Eigenschaft von Schmieröl. Sie ist das Maß für die innere Reibung des Öles beim Fließen. Die Viskosität ist eine temperaturabhängige Größe. Ist die Temperatur des Motoröls niedrig, so ist die Viskosität hoch und damit die innere Reibung groß. Je wärmer das Motoröl ist, umso geringer wird die Viskosität und damit die innere Reibung niedriger. Der Kraftstoffbedarf ist bei geringer Temperatur des Verbrennungsmotors damit höher als im Betriebstemperaturbereich.In addition, the lubricating properties of engine oil or lubricating oil, such as mineral oil used to lubricate the internal combustion engine, are also temperature dependent. This is called viscosity. Viscosity is the best-known property of lubricating oil. It is the measure of the internal friction of the oil when flowing. The viscosity is a temperature-dependent quantity. If the temperature of the engine oil is low, the viscosity is high and thus the internal friction is high. The warmer the engine oil is, the lower the viscosity and thus the lower internal friction. The fuel consumption is thus higher at low temperature of the internal combustion engine than in the operating temperature range.

Es ist das Ziel für jeden Verbrennungsmotor und dessen Betriebsstrategie, möglichst schnell in den Betriebstemperaturbereich zu kommen, da auch erst bei einem erwärmten oder aufgeheizten Verbrennungsmotor die Abgasnachbehandlung ausreichend funktioniert.It is the goal for every internal combustion engine and its operating strategy to get as quickly as possible into the operating temperature range, since only with a heated or heated internal combustion engine exhaust aftertreatment works sufficiently.

Bei einem Kaltstart ergibt sich oftmals bei einem Verbrennungsmotor aber nur ein Teillastbetrieb, da das Kraftfahrzeug in der Regel zunächst nur von einem Wohnort durch Wohnstraßen hindurch bei geringer Geschwindigkeit gefahren wird. Da in einem solchen Teillastbetrieb der Verbrennungsmotor aber durch viele Maßnahmen sehr verbrauchsoptimiert ist (zum Beispiel mittels Abgasrückführung) und zusätzlich durch den Benutzer des Kraftfahrzeugs bei kalten Außentemperaturen die sowieso schon knappe Heizverlustleistung des Verbrennungsmotors zum Heizen des Innenraums verwendet wird, bleibt nicht genug Heizleistung übrig, mittels welcher der Verbrennungsmotor selbst innerhalb einer vorbestimmten Zeit über eine Mindesttemperatur, nämlich die untere Grenze des Betriebstemperaturbereichs, gebracht oder aufgeheizt werden könnte.In a cold start often results in an internal combustion engine but only a part-load operation, since the motor vehicle is usually driven initially only from one place of residence through residential streets at low speed. Since in such a part-load operation of the internal combustion engine is very consumption optimized by many measures (for example by exhaust gas recirculation) and in addition by the user of the motor vehicle at cold outside temperatures already scarce Heizverlustleistung the internal combustion engine is used to heat the interior, not enough heating power remains by means of which the internal combustion engine itself could be brought or heated within a predetermined time over a minimum temperature, namely the lower limit of the operating temperature range.

Der niedrige Verlustenergieanteil im Teillastbetrieb, das heißt die Heizverlustleistung des Verbrennungsmotors, und die zusätzlichen Heizverbräuche im Kraftfahrzeug führen zu einer vergleichsweise langen Aufheizzeit des Verbrennungsmotors, die sowohl für den Benutzer Komfortnachteile (geringe Heizleistung für den Innenraum) als auch Kraftstoffnachteile bedeuten und zusätzlich die Umwelt belasten (späte Abgasnachbehandlung). Zudem unterliegt ein kalter Verbrennungsmotor einem erhöhten Verschleiß.The low loss energy share in part-load operation, that is, the heat loss performance of the engine, and the additional heating consumption in the motor vehicle lead to a comparatively long heating time of the engine, both for the user comfort disadvantages (low heat output for the interior) and fuel disadvantages and also burden the environment (late exhaust aftertreatment). In addition, a cold combustion engine is subject to increased wear.

Aus der DE 10 2010 042 290 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem ein kalter Verbrennungsmotor dadurch schneller erwärmt wird, dass er mit einer zusätzlichen Last beaufschlagt wird, die unabhängig von einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zugeschaltet werden kann. Hierdurch muss der Verbrennungsmotor ein größeres Drehmoment erzeugen, was zu seiner schnelleren Erwärmung beiträgt.From the DE 10 2010 042 290 A1 For example, a motor vehicle is known in which a cold internal combustion engine is heated faster by being subjected to an additional load which can be switched on independently of a driving speed of the motor vehicle. As a result, the internal combustion engine must generate a larger torque, which contributes to its faster heating.

Aus der DE 10 2015 008 006 B3 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine Kühleinrichtung sowohl einen Antriebsmotor als auch einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs kühlt. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise eine Fluidkühlung vorsehen.From the DE 10 2015 008 006 B3 a motor vehicle is known in which a cooling device cools both a drive motor and an inverter of an electrical machine of the motor vehicle. The cooling device may provide, for example, a fluid cooling.

Aus der DE 10 2005 000 741 A1 ist eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bekannt, die zum Aufheizen des Verbrennungsmotors eine zusätzliche Last erzeugt, beispielsweise eine Generatorlast, mittels welcher der Verbrennungsmotor beaufschlagt wird, wodurch dieser mehr Leistung umsetzt und sich dabei aufheizt.From the DE 10 2005 000 741 A1 a control device for an internal combustion engine of a motor vehicle is known, which generates an additional load for heating the internal combustion engine, for example, a generator load, by means of which the internal combustion engine is applied, whereby this converts more power and thereby heats up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug Heizleistung zum Aufheizen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.The invention has for its object to provide in a motor vehicle heating power for heating an internal combustion engine of a motor vehicle.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figur beschrieben. The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figure.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Heizleistung zum Aufheizen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren geht davon aus, dass in dem Kraftfahrzeug ein elektrischer Starter-Generator bereitgestellt ist und eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs bei einer elektrischen Maschine des Starter-Generators während eines Generatorbetriebs und/oder während eines Motorbetriebs jeweils eine so genannte feldorientierte Regelung oder Vektorregelung durchführt, das heißt eine d-Komponente und eine q-Komponente eines elektrischen Stroms mittels einer feldorientierten Regelung einstellt. Bei dem Strom handelt es sich insbesondere um den Statorstrom der elektrischen Maschine. Eine solche feldorientierte Regelung ist Stand der Technik. Mittels des Starter-Generators kann sowohl der Verbrennungsmotor gestartet (Motorbetrieb) als auch bei laufendem Verbrennungsmotor in dem besagten Generatorbetrieb elektrische Leistung für ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs erzeugt werden kann. Im Motorbetrieb kann der Verbrennungsmotor zusätzlich mit Antriebsleistung durch den Starter-Generator unterstützt werden. Eine Variante eines solchen Starter-Generators ist ein RSG (Riemen-Starter-Generator). Mittels der feldorientierten Regelung wird eine räumliche Lage eines Stromvektors des Stroms der elektrischen Maschine bezüglich einer Rotor-Flussachse eingestellt. Die q-Komponente stellt die Vektorkomponente des Stromvektors dar, die parallel zur Rotor-Flussachse ausgerichtet ist, die q-Komponente stellt diejenige Vektorkomponente des Stromvektors des Sstroms dar, die senkrecht zur Rotor-Flussachse ausgerichtet ist. Das Verhältnis aus d-Komponente und q-Komponente bestimmt einen Wechselstrom (Blindstrom), der zwischen der elektrischen Maschine einerseits und dem Bordnetz oder einem Zwischenkreises (z.B. einem Zwischenkreiskondensator) andererseits periodisch ausgetauscht wird oder hin und her pendelt.The invention provides a method for providing heating power for heating an internal combustion engine of a motor vehicle. The method assumes that in the motor vehicle, an electric starter-generator is provided and a control device of the motor vehicle in an electric machine of the starter-generator during a generator operation and / or during engine operation respectively performs a so-called field-oriented control or vector control, the is a d-component and a q-component of an electric current by means of a field-oriented control adjusts. The current is in particular the stator current of the electrical machine. Such a field-oriented control is state of the art. By means of the starter-generator, both the internal combustion engine can be started (engine operation) and, when the internal combustion engine is running, electrical power can be generated for an electrical system of the motor vehicle in said generator operation. In engine operation, the internal combustion engine can be additionally supported with drive power through the starter generator. A variant of such a starter generator is a RSG (belt starter generator). By means of the field-oriented control, a spatial position of a current vector of the current of the electric machine with respect to a rotor flow axis is set. The q component represents the vector component of the current vector aligned parallel to the rotor flux axis, the q component represents the vector component of the current vector of the current aligned perpendicular to the rotor flux axis. The ratio of the d-component and the q-component determines an alternating current (reactive current) which is periodically exchanged or oscillated between the electric machine on the one hand and the electrical system or an intermediate circuit (for example an intermediate circuit capacitor).

Um nun die angeforderte Heizleistung für den Verbrennungsmotor zu erzeugen, wird erfindungsgemäß durch die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Anforderungssignal, durch welches die Heizleistung angefordert wird, mittels der feldorientierten Regelung die d-Komponente und/oder die q-Komponente des Stroms verändert. Hierdurch wird eine in dem Starter-Generator erzeugte thermische Verlustleistung vergrößert. Insbesondere ergibt sich zusätzliche Verlustleistung, wenn die d-Komponente reduziert und/oder die q-Komponente vergrößert wird. Die Verlustleistung kann in der elektrischen Maschine und/oder in einem Wandler und/oder in dem Zwischenkreis entstehen. Grund dafür ist, dass der besagte Blindstrom mit einer größeren Amplitude zwischen dem Stator einerseits und dem Bordnetz oder dem Zwischenkreis andererseits hin und her pendelt oder fließt. Hierdurch entstehen entsprechende ohmsche Verluste in den Wicklungen des Stators der elektrischen Maschine. Insbesondere gibt die elektrische Maschine höchstens genauso viel elektrische Leistung an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs ab wie vor dem Verändern der d-Komponente und/oder der q-Komponente. Mit anderen Worten sinkt der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine. Der Starter-Generator kann also durchgehend im Generatorbetrieb (Erzeugung elektrischer Leistung) betrieben werden und wechselt dabei auf das zumindest eine Anforderungssignal hin in einen Niedereffizienzmodus, in welchem er mehr Verlustleistung erzeugt als während des Generatorbetriebs vor dem Empfangen des zumindest einen Anforderungssignals. Damit wird also die elektrische Maschine aufgeheizt. Andererseits kann der Starter-Generator durchgehend im Motorbetrieb (Erzeugung mechanischer Leistung) betrieben werden und wechselt dabei auf das zumindest eine Anforderungssignal hin in einen Niedereffizienzmodus, in welchem er mehr Verlustleistung erzeugt als während des Motorbetriebs vor dem Empfangen des zumindest einen Anforderungssignals. Damit wird die elektrische Maschine ebenfalls aufgeheizt. Die so gewonnene thermische Verlustleistung wird mittels einer thermischen Kopplungseinrichtung, die zwischen der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor bereitgestellt ist, zu dem Verbrennungsmotor hin als die angeforderte Heizleistung übertragen.In order to generate the requested heating power for the internal combustion engine, the control device switches the d-component and / or the q-component of the current as a function of at least one predetermined request signal, by which the heating power is requested, by means of the field-oriented control. As a result, a thermal power loss generated in the starter generator is increased. In particular, additional power dissipation results when the d-component is reduced and / or the q-component is increased. The power loss can occur in the electrical machine and / or in a converter and / or in the DC link. The reason for this is that the said reactive current with a larger amplitude between the stator on the one hand and the electrical system or the DC link on the other hand shuttles or flows. This results in corresponding ohmic losses in the windings of the stator of the electric machine. In particular, the electric machine delivers at most just as much electrical power to the electrical system of the motor vehicle as before changing the d-component and / or the q-component. In other words, the efficiency of the electric machine decreases. The starter-generator can thus be operated continuously in the generator mode (generation of electrical power) and changes to the at least one request signal in a low-efficiency mode in which it generates more power loss than during generator operation before receiving the at least one request signal. Thus, the electric machine is heated. On the other hand, the starter-generator can be operated continuously in the engine operation (generation of mechanical power) and switches to the at least one request signal in a low-efficiency mode in which it generates more power loss than during engine operation before receiving the at least one request signal. Thus, the electric machine is also heated. The thermal power loss thus obtained is transmitted to the engine as the requested heating power by means of a thermal coupling device provided between the electric machine and the engine.

Durch die Erfindung wird also zunächst die elektrische Maschine des Starter-Generators aufgeheizt, in dem die d-Komponente und/oder die q-Komponente des Stroms verändert wird. Dies kann gezielt mit der aus dem Stand der Technik bekannten feldorientierten Regelung erreicht werden. Sodann wird die so im Starter-Generator erzeugte thermische Verlustleistung mittels der thermischen Kopplungseinrichtung aus der elektrischen Maschine hin zu dem Verbrennungsmotor übertragen, wo sie dann den Verbrennungsmotor aufheizt, das heißt dessen Temperatur vergrößert.The invention thus initially heats the electric machine of the starter-generator, in which the d-component and / or the q-component of the current is changed. This can be achieved in a targeted manner with the field-oriented control known from the prior art. Then, the thermal power loss thus generated in the starter-generator is transmitted by means of the thermal coupling device from the electric machine to the internal combustion engine, where it then heats the internal combustion engine, that is its temperature increases.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Aufheizzeit des Verbrennungsmotors im Bedarfsfall, wenn also zumindest ein Anforderungssignal dies signalisiert, gezielt verkürzt werden kann, indem zusätzliche thermische Verlustleistung im Starter-Generator des Kraftfahrzeugs erzeugt und mittels der Kopplungseinrichtung zum Verbrennungsmotor transportiert oder übertragen werden kann. Hierdurch kann also der Verbrennungsmotor auf eine Temperatur größer als eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufgeheizt werden. Damit kann also beispielsweise danach mittels des Verbrennungsmotors Abwärme für die Klimatisierung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden und/oder eine Abgasnachbehandlung durchgeführt werden. Zudem werden Komponenten des Verbrennungsmotors in den Toleranzbereich geführt, wo sie verschleißarm betrieben werden können. Mittels der feldorientierten Regelung kann beispielsweise ein Pulswechselrichter, mittels welchem die elektrische Maschine betrieben wird, gesteuert oder gestellt werden. Hierbei kann zum Einstellen der d-Komponente und/der der q-Komponente eine Kennlinie oder eine Formel genutzt werden, die in Abhängigkeit von dem zumindest einen Anforderungssignal die Veränderung der d-Komponente und/oder der q-Komponente vorgibt. Es kann auch die d-Komponente und/oder die q-Komponente mittels der feldorientierten Regelung eingeregelt werden, indem beispielsweise eine Temperatur erfasst wird und die d-Komponente und/oder die q-Komponente in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur eingestellt wird.The invention provides the advantage that the heating of the engine when needed, so if at least one request signal signaled, can be selectively shortened by generating additional thermal power loss in the starter-generator of the motor vehicle and transported by the coupling device to the engine or transmitted can. As a result, therefore, the internal combustion engine can be heated to a temperature greater than a predetermined minimum temperature. Thus, for example, then by means of the internal combustion engine Waste heat for the air conditioning of the motor vehicle are provided and / or exhaust aftertreatment can be performed. In addition, components of the internal combustion engine are guided into the tolerance range, where they can be operated wear. By means of the field-oriented control, for example, a pulse inverter, by means of which the electric machine is operated, can be controlled or set. In this case, for setting the d-component and / or the q-component, a characteristic curve or a formula can be used which specifies the change of the d-component and / or the q-component as a function of the at least one request signal. It is also possible to adjust the d-component and / or the q-component by means of the field-oriented control, for example by detecting a temperature and adjusting the d-component and / or the q-component as a function of the detected temperature.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments that provide additional benefits.

Gemäß einer Ausführungsform wird als die thermische Kopplungseinrichtung ein gemeinsamer Kühlkreislauf der Verbrennungsmotors und des Starter-Generators genutzt. Mittels eines solchen Kühlkreislaufs kann zum einen die thermische Verlustleistung direkt aus dem Inneren des Starter-Generators abgeführt und in das Innere des Verbrennungsmotors übertragen werden. Zudem kann die Verlustleistung mittels eines Kühlmittels transportiert werden, beispielsweise mittels einer Flüssigkeit, die insbesondere Wasser oder Öl enthalten kann. Hierdurch kann eine größere Energiedichte zum Transportieren der Verlustleistung als beispielsweise bei Übertragen der Verlustleistung mittels eines Luftstroms ermöglicht werden.According to one embodiment, a common cooling circuit of the internal combustion engine and of the starter-generator is used as the thermal coupling device. By means of such a cooling circuit, on the one hand, the thermal power loss can be dissipated directly from the interior of the starter-generator and transmitted to the interior of the internal combustion engine. In addition, the power loss can be transported by means of a coolant, for example by means of a liquid, which may in particular contain water or oil. As a result, a greater energy density for transporting the power loss than, for example, when transmitting the power loss by means of an air flow can be made possible.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass über die thermische Kopplungseinrichtung ein Schmieröl des Verbrennungsmotors geheizt wird. Mit anderen Worten wird das Motoröl mittels der Verlustleistung erwärmt. Hierdurch ergibt sich in der beschriebenen Weise die Verschleißminderung, wodurch der Verbrennungsmotor also zum Beispiel langlebiger wird. Zudem wird durch die Erwärmung des Schmieröls der Kraftstoffverbrauch vermindert.One embodiment provides that a lubricating oil of the internal combustion engine is heated via the thermal coupling device. In other words, the engine oil is heated by the power loss. This results in the manner described, the reduction in wear, whereby the engine so for example, is more durable. In addition, the fuel consumption is reduced by the heating of the lubricating oil.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass von dem zumindest einen Anforderungssignal, durch welches die Heizleistung angefordert wird, ein Anforderungssignal aus einer Temperaturerfassungseinrichtung empfangen wird, durch welche eine jeweilige Temperatur des Verbrennungsmotors selbst und/oder eines Kühlmittels und/oder Schmiermittels des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Das Schmiermittel kann das besagte Schmieröl sein. Durch Erfassen der Temperatur des Verbrennungsmotors selbst ist in vorteilhafter Weise das Stellen der d-Komponente und/oder der q-Komponente in direkter Abhängigkeit von der einzustellenden Temperatur möglich. Wird die Temperatur eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors ermittelt, so kann insbesondere bei dem besagten gemeinsamen Kühlkreislauf diese Temperatur auch im Starter-Generator selbst erfasst werden. Hierdurch kann dann auf eine signaltechnische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Starter-Generator verzichtet werden, da im Starter-Generator selbst die Temperatur ermittelt werden kann und daraufhin im Starter-Generator die d-Komponente und/oder die q-Komponente gestellt werden kann. Es muss also kein Temperatursignal vom Verbrennungsmotor hin zum Starter-Generator übertragen werden.An embodiment provides that of the at least one request signal, by which the heating power is requested, a request signal is received from a temperature detection device, by which a respective temperature of the internal combustion engine itself and / or a coolant and / or lubricant of the internal combustion engine is determined. The lubricant may be said lubricating oil. By detecting the temperature of the internal combustion engine itself, it is advantageously possible to set the d component and / or the q component in direct dependence on the temperature to be set. If the temperature of a coolant of the internal combustion engine is determined, then, in particular in the case of the said common cooling circuit, this temperature can also be detected in the starter generator itself. This can then be dispensed with a signaling connection between the engine and starter generator, since the temperature can be determined in the starter generator itself and then the d-component and / or the q-component can be placed in the starter-generator. So no temperature signal from the engine to the starter generator must be transmitted.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass von dem zumindest einen Anforderungssignal eines aus einer Motorüberwachungseinrichtung empfangen wird, durch welche z.B. ein Kaltstart des Verbrennungsmotors detektiert wird. Ein solcher Kaltstart kann z.B. als ein Bussignal eines Kommunikationsbusses, z.B. eines CAN-Busses (CAN - Controller Area Network), abgegriffen werden. Das Signalisieren eines Kaltstarts in einem Kraftfahrzeug ist aus dem Stand der Technik bekannt. Das Signalisieren eines Kaltstarts ist aber nur ein Beispiel. Das Anforderungssignal kann allgemein z.B. bei einem betriebskalten Verbrennungsmotor z.B. bei einer Umgebungstemperatur von 40°C erzeugt werden. „Betriebskalt“ meint hier, dass eine Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors unterhalb eines vorbestimmten Betriebstemperaturbereichs liegt. Das Anforderungssignal muss auch nicht von einer Motorüberwachungseinrichtung erzeugt werden. Es kann auch von einer anderen Komponente des Kraftfahrzeugs erzeugt werden. Die Ausführungsform nutzt nun dieses Signal als Anforderungssignal, um pauschal, das heißt unabhängig von einer tatsächlich gemessenen Temperatur, die Heizleistung mittels des Starter-Generators bereit zu stellen. Hierdurch ergibt sich ein vereinfachter Aufbau der Steuereinrichtung der elektrischen Maschine.One embodiment provides that, of the at least one request signal, one is received from a motor monitoring device, through which e.g. a cold start of the internal combustion engine is detected. Such a cold start can e.g. as a bus signal of a communication bus, e.g. of a CAN bus (CAN - Controller Area Network). Signaling a cold start in a motor vehicle is known from the prior art. Signaling a cold start is just one example. The request signal may generally be e.g. in an in-line combustion engine, e.g. be generated at an ambient temperature of 40 ° C. "Operational cold" here means that a temperature of the internal combustion engine and / or a coolant of the internal combustion engine is below a predetermined operating temperature range. The request signal does not have to be generated by a motor monitoring device. It can also be generated by another component of the motor vehicle. The embodiment now uses this signal as a request signal in order to provide the heat output by means of the starter-generator flat rate, that is, regardless of an actually measured temperature. This results in a simplified structure of the control device of the electric machine.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass mittels eines thermischen Modells und/oder mittels eines Temperatursensors des Starter-Generators selbst eine jeweilige Temperatur zumindest eines durch die q-Komponente des Stroms thermisch belasteten Bauteils des Starter-Generators daraufhin überwacht wird, ob sie größer als ein vorbestimmter Höchstwert ist. In diesem Fall, wenn also die Temperatur des zumindest einen Bauteils größer als der Höchstwert ist, wird beschriebene Veränderung der d-Komponente und/oder der q-Komponente begrenzt oder reduziert. Mit anderen Worten wird die sich durch die Veränderung ergebende Abweichung vom optimalen oder verlustminierten Betrieb des Starter-Generators begrenzt oder reduziert. Durch die Begrenzung kann die d-Komponente und/oder die q-Komponente insbesondere nicht noch größer werden. Ein Bauteil, das durch den Stroms besonders belastet ist, kann beispielsweise ein Zwischenkreiskondensator sein, mittels welchem der Blindstrom gepuffert wird. Durch zusätzliches Überwachen eines solchen Bauteils des Starter-Generators wird trotz Veränderung der d-Komponente und/oder der q-Komponente eine Überhitzung des zumindest einen Bauteils vermieden. Diese zusätzliche Ausstattung des Starter-Generators in Bezug auf die Temperaturüberwachung eines durch den Blindstrom des Stroms thermisch belasteten Bauteils des Starter-Generators ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft, da hier die d-Komponente und/oder die q-Komponente nicht auf ihrem jeweiligen optimalen, nämlich insbesondere minimalen Wert, eingestellt wird, sondern gezielt verändert wird, um eine zusätzliche thermische Verlustleistung in dem zumindest einen Bauteil bereit zu stellen. Die Verwendung eines Temperatursensors gibt dabei ein Temperatursignal, dass die Temperatur des zumindest einen Bauteils direkt anzeigt. Damit kann die Begrenzung der d-Komponente und/oder der q-Komponente sehr genau eingestellt werden. Die Verwendung eines thermischen Modells ergibt den Vorteil, dass die Temperatur des zumindest einen Bauteils indirekt durch eine Berechnungsvorschrift oder ein Kennfeld des Modells ermittelt wird. Hierdurch erspart man sich das Bereitstellen eines zusätzlichen Temperatursensors. Das Modell modelliert z.B. die Wärmeentstehung und/oder den Wärmefluss innerhalb des Starter-Generators. Das thermische Modell kann als digitales Modell realisiert sein.An embodiment provides that by means of a thermal model and / or by means of a temperature sensor of the starter-generator itself a respective temperature of at least one thermally loaded by the q-component of the current component of the starter generator is then monitored whether it is greater than a predetermined Maximum value is. In this case, ie when the temperature of the at least one component is greater than the maximum value, described alteration of the d-component and / or the q-component is limited or reduced. In other words, the deviation resulting from the change from the optimal or loss-minimized operation of the starter Generator limited or reduced. In particular, the d-component and / or the q-component can not become even larger due to the limitation. A component that is particularly burdened by the current, for example, be a link capacitor, by means of which the reactive current is buffered. By additionally monitoring such a component of the starter-generator, despite changing the d-component and / or the q-component, overheating of the at least one component is avoided. This additional equipment of the starter-generator with respect to the temperature monitoring of a thermally loaded by the reactive current of the component of the starter-generator is particularly advantageous in the inventive method, since the d-component and / or the q-component is not on their respective optimal, namely in particular minimum value is set, but is selectively changed to provide an additional thermal power loss in the at least one component. The use of a temperature sensor gives a temperature signal that indicates the temperature of the at least one component directly. Thus, the limitation of the d-component and / or the q-component can be set very accurately. The use of a thermal model has the advantage that the temperature of the at least one component is determined indirectly by a calculation rule or a map of the model. This saves the provision of an additional temperature sensor. The model models, for example, the heat generation and / or the heat flow within the starter generator. The thermal model can be realized as a digital model.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass von dem zumindest einen Anforderungssignal für die Heizleistung ein Anforderungssignal aus einer Rekuperationseinrichtung empfangen wird, durch welche ein rekuperativer Bremsbetrieb des Kraftfahrzeugs signalisiert wird. Mit anderen Worten wird durch die Rekuperationseinrichtung erkannt, dass das Kraftfahrzeug verzögert oder entschleunigt werden soll und hierzu ein Bremsmoment bereitgestellt werden soll, dass nicht mittels Reibbremsen erzeugt werden soll. Durch Verändern der d-Komponente und/oder der q-Komponente und damit der Vergrößerung der thermischen Verlustleistung im Starter-Generator kann entsprechend auch ein mechanisches Moment vergrößerst werden, mittels welchem dann die Verzögerung oder Entschleunigung des Kraftfahrzeugs erreicht werden kann. Dies mittels des Starter-Generators durch Erzeugen der thermischen Verlustleistung zu bewirken, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein elektrischer Energiespeicher des Kraftfahrzeug, beispielsweise dessen Batterie, bereits vollgeladen ist, sodass die rekuperierte Energie nicht mehr als elektrische Energie zwischengespeichert werden kann.An embodiment provides that of the at least one request signal for the heating power, a request signal is received from a recuperation device, by which a recuperative braking operation of the motor vehicle is signaled. In other words, it is recognized by the recuperation device that the motor vehicle is to be decelerated or decelerated and for this purpose a braking torque is to be provided that is not to be generated by means of friction brakes. By modifying the d-component and / or the q-component and thus increasing the thermal power loss in the starter-generator, a mechanical torque can correspondingly be increased by means of which the deceleration or deceleration of the motor vehicle can then be achieved. Achieving this by means of the starter-generator by generating the thermal power loss is particularly advantageous when an electrical energy storage of the motor vehicle, such as its battery, is already fully charged, so that the recuperated energy can not be cached as electrical energy.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass mit dem Verändern einer der d-Komponente und der q-Komponente ein Betrag der jeweils anderen Komponente (q-Komponente oder d-Komponente) oder ein Betrag eines Stromvektors des Stroms beibehalten wird. Hierdurch können eine momentneutrale Variante des Verfahrens, das heißt das Moment wird beibehalten, und eine stromneutrale Variante des Verfahrens, das heißt der im Stator der elektrischen Maschine fließende elektrische Strom bleibt vom Betrag her gleich, realisiert werden.One embodiment provides that with changing one of the d-component and the q-component, an amount of the respective other component (q-component or d-component) or an amount of a current vector of the current is maintained. As a result, a torque-neutral variant of the method, that is, the moment is maintained, and a current-neutral variant of the method, that is, the current flowing in the stator of the electric machine electric current remains the same amount, be realized.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass zwischen der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor eine mechanische Kopplungseinrichtung bereitgestellt wird. Bei dem eingangs beschriebenen RSG (Riemen-Starter-Generator) kann diese Kopplungseinrichtung einen Riemen aufweisen, über welchen eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit einer Welle des Rotors der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Über die mechanische Kopplungseinrichtung wird also von dem Verbrennungsmotor ein Moment zum Antreiben der elektrische Maschine abgegeben oder übertragen. Das Moment wird durch die Steuervorrichtung auf einen Wert eingeregelt, bei welchem derjenige Teil des Stroms, der in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs abgegeben wird, das heißt der Wirkstrom oder Wirkstromanteil des Stroms, einem vorgegebenen Soll-Wert entspricht. Mit anderen Worten wird die d-Komponente und/oder die q-Komponente des Stroms verändert (Wirkungsgrad der elektrischen Maschine sinkt) und anschließend das Moment soweit erhöht, bis sich wieder der vom elektrischen Bordnetz benötigte Wirkstrom ergibt. Durch Verändern der d-Komponente und/oder der q-Komponente des Stroms wird hierbei der Lastpunkt erhöht, das heißt es ergibt sich ein größeres Moment und damit auch eine vergrößerte mechanische Last. Damit wird aber auch der Verbrennungsmotor zusätzlich mechanisch belastet, wodurch er sich auch schneller erwärmt, weil er zusätzliche eigene Verlustleistung produziert. Diese Ausführungsform kann besonders einfach ausgestaltet werden, indem die d-Komponente und/oder die q-Komponente auf einen festen Wert eingestellt wird oder um einen vorgegebenen Wert verändert wird und anschließend durch Regelung des Wellendrehmoments, d.h. des Moments, die mechanische Leistung des Verbrennungsmotors soweit vergrößert wird, bis sich wieder der vom elektrischen Bordnetz angeforderte Wirkstrom ergibt.An embodiment provides that a mechanical coupling device is provided between the electric machine and the internal combustion engine. In the case of the RSG (belt starter generator) described in the introduction, this coupling device can have a belt, via which a crankshaft of the internal combustion engine is coupled to a shaft of the rotor of the electric machine. By means of the mechanical coupling device, therefore, a moment for driving the electric machine is emitted or transmitted by the internal combustion engine. The torque is adjusted by the control device to a value at which that part of the current which is delivered to the electrical system of the motor vehicle, that is to say the active current or effective current portion of the current, corresponds to a predetermined desired value. In other words, the d-component and / or the q-component of the current is changed (efficiency of the electrical machine decreases) and then the moment increased so far, until the required electrical current from the electrical system results. By changing the d-component and / or the q-component of the current in this case the load point is increased, that is, it results in a larger moment and thus an increased mechanical load. In addition, the internal combustion engine is additionally subjected to mechanical stress, as a result of which it heats up more quickly because it produces additional power loss of its own. This embodiment can be made particularly simple by setting the d-component and / or the q-component to a fixed value or changing it by a predetermined value, and then by controlling the shaft torque, i. of the moment, the mechanical power of the engine is increased so far until again the requested by the electrical system electrical current results.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Starter-Generator. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Steuervorrichtung für eine feldorientierte Regelung der elektrischen Maschine auf, wobei der Starter-Generator und der Verbrennungsmotor über eine thermische Kopplungseinrichtung thermisch gekoppelt sind und das Kraftfahrzeug dazu eingerichtet ist, ein Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um einen Kraftwagen, bevorzugt einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln.The invention also includes a motor vehicle with an internal combustion engine and with a starter-generator. The motor vehicle according to the invention has a control device for a field-oriented control of the electric machine, wherein the starter-generator and the internal combustion engine are thermally coupled via a thermal coupling device and the motor vehicle thereto is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. The motor vehicle may in particular be a motor vehicle, preferably a passenger car or truck.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
  • 2 eine Skizze zur Veranschaulichung einer feldorientierten Regelung.
In the following, embodiments of the invention are described. This shows:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention; and
  • 2 a sketch to illustrate a field-oriented control.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Dargestellt sind ein Verbrennungsmotor 11, ein elektrischer Starter-Generator 12 und ein elektrisches Bordnetz 13. Der Starter-Generator 12 kann eine elektrische Maschine 14 aufweisen, in welcher ein Rotor 15 drehbar in einem Stator 16 gelagert sein kann. Der Stator 16 kann elektrische Wicklungen 17 aufweisen, in welche der Rotor 15 in einem Generatorbetrieb bei einer Rotation eine elektrische Spannung induzieren kann, wodurch sich ein elektrischer Strom 18 ergibt, der von einer Leistungselektronik 19 des Starter-Generators 12 in das Bordnetz 13 eingespeist werden kann. Die Leistungselektronik 19 kann mit dem Bordnetz 13 über einen Zwischenkreis des Starter-Generators 12 gekoppelt sein, in welchem mittels eines Zwischenkreiskondensators elektrische Energie eines Blindstroms der elektrischen Maschine 14 gepuffert werden kann. Der Starter-Generator 12 kann im Motorbetrieb andersherum mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 13, beispielsweise aus einer Batterie, die elektrische Maschine 14 auch für einen Start antreiben kann. 1 shows a motor vehicle 10 , which may be, for example, a motor vehicle, especially a passenger car or truck. Shown are an internal combustion engine 11 , an electric starter generator 12 and an electrical system 13 , The starter generator 12 can an electric machine 14 in which a rotor 15 rotatable in a stator 16 can be stored. The stator 16 can electrical windings 17 in which the rotor 15 In a generator operation during a rotation can induce an electrical voltage, resulting in an electric current 18 which results from a power electronics 19 of the starter-generator 12 in the electrical system 13 can be fed. The power electronics 19 can with the electrical system 13 via a DC link of the starter-generator 12 be coupled, in which by means of a DC link capacitor electrical energy of a reactive current of the electric machine 14 can be buffered. The starter generator 12 can be the other way around with electrical energy from the electrical system during engine operation 13 For example, from a battery, the electric machine 14 can also drive for a start.

Daher ist im Weiteren nur der Generatorbetrieb beschrieben. Für den Motorbetrieb des Starter-Generators 12 gilt in Bezug auf die Erläuterung der Erfindung entsprechendes wie beim Generatorbetrieb, wobei allerdings elektrische Leistung in der elektrischen Maschine 14 verbraucht und mechanische Leistung erzeugt wird. Die anderen Vorgänge sind aber äquivalent.Therefore, only the generator operation is described below. For engine operation of the starter-generator 12 With regard to the explanation of the invention, the same applies as in generator operation, although electrical power in the electric machine 14 consumed and mechanical power is generated. The other processes are equivalent.

Für den beschriebenen Generatorbetrieb kann eine Welle 20 des Rotors 15 über eine mechanische Kopplungseinrichtung 21 mit beispielsweise einer Kurbelwelle 22 des Verbrennungsmotors 11 gekoppelt sein. Die Kopplungseinrichtung 21 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Riemens 23 gebildet sein. Die Kopplungseinrichtung 21 kann zusätzlich oder alternativ eine Kupplung und/oder Kette und/oder einen Zahnradtrieb vorsehen. Wenn der Verbrennungsmotor 11 läuft, kann er ein mechanisches Moment 24 auf die Welle 20 des Rotors 15 übertragen und hierdurch den Rotor drehen. Dann wird in der beschriebenen Weise der Strom 18 generiert. Die elektrische Maschine 14 kann auch Bestandteil eines Getriebeantriebs oder eines Achsantriebs sein. Im Folgenden wird beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit von der Ausgestaltung als Riemen-Starter-Generator ausgegangen. Die Ausführungen gelten für die alternativen Ausgestaltungen entsprechend.For the described generator operation, a shaft 20 of the rotor 15 via a mechanical coupling device 21 with, for example, a crankshaft 22 of the internal combustion engine 11 be coupled. The coupling device 21 For example, based on a belt 23 be formed. The coupling device 21 may additionally or alternatively provide a clutch and / or chain and / or a gear drive. When the internal combustion engine 11 running, he can be a mechanical moment 24 on the wave 20 of the rotor 15 transferred and thereby rotate the rotor. Then in the manner described the current 18 generated. The electric machine 14 can also be part of a gear drive or a final drive. The following is an example and without limiting the general validity of the design as a belt starter generator. The statements apply accordingly to the alternative embodiments.

Bei einem Start des Verbrennungsmotors 11 kann bei diesem eine Temperatur T unter einem vorgegebenen Mindestwert liegen, ab welchem mittels des Verbrennungsmotors 11 beispielsweise eine Abgasnachbehandlung wirkungsvoll ist und/oder eine Klimatisierung im Kraftfahrzeug 10 für einen Fahrzeuginsassen möglich ist. Genauso kann ein Betrieb unterhalb des Mindestwerts verschleißintensiver sein als oberhalb des Mindestwerts. Zudem ist bei einer niedrigen Temperatur T ein Schmiermittel 25 des Verbrennungsmotors 11 derart zäh oder dickflüssig, dass der Verbrauch an Kraftstoff bei dem Verbrennungsmotor 11 unerwünscht hoch ist.At a start of the internal combustion engine 11 can at this a temperature T are below a predetermined minimum value, from which by means of the internal combustion engine 11 For example, an exhaust aftertreatment is effective and / or air conditioning in the motor vehicle 10 is possible for a vehicle occupant. Similarly, operation below the minimum value may be more wear intensive than above the minimum value. It is also at a low temperature T a lubricant 25 of the internal combustion engine 11 so viscous or viscous that the consumption of fuel in the internal combustion engine 11 is undesirably high.

Eine Temperaturerfassungseinrichtung 26 kann deshalb einen Temperaturwert 27 der Temperatur T erfassen. Temperaturerfassungseinrichtung 26 kann dann in Abhängigkeit von dem Temperaturwert 27 der Temperatur T ein Anforderungssignal 28 erzeugen, durch welches einer Steuervorrichtung 31 signalisiert wird, dass mittels der elektrischen Maschine 14 eine zusätzliche Heizleistung 29 bereitgestellt werden soll, mittels welcher der Verbrennungsmotor 11 aufgeheizt werden kann, also die Temperatur T vergrößert werden kann. Die Heizleistung 29 kann über eine thermische Kopplungseinrichtung 30 von dem Starter-Generator 12 hin zu dem Verbrennungsmotor 11 übertragen werden. Die thermische Kopplungseinrichtung 30 kann beispielsweise ein gemeinsamer Kühlkreislauf sein, durch welchen eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise ein Öl oder Wasser, sowohl durch den Verbrennungsmotor 11 als auch durch den Starter-Generator 12 geführt ist. In dem Starter-Generator 12 kann die elektrischem Maschine 14 und/oder die Leistungselektronik 19 und/oder der Zwischenkreis von dem Kühlkreislauf der Kopplungseinrichtung 30 mit der Kühlflüssigkeit versorgt sein. Die Leistungselektronik 19 kann beispielsweise Transistoren umfassen, die sich erhitzen können.A temperature detection device 26 can therefore a temperature value 27 the temperature T to capture. Temperature sensing device 26 can then depend on the temperature value 27 the temperature T a request signal 28 generate, by which a control device 31 is signaled that by means of the electric machine 14 an additional heating power 29 is to be provided, by means of which the internal combustion engine 11 can be heated, so the temperature T can be increased. The heating power 29 can via a thermal coupling device 30 from the starter generator 12 towards the combustion engine 11 be transmitted. The thermal coupling device 30 may be, for example, a common cooling circuit through which a Coolant, such as an oil or water, both by the internal combustion engine 11 as well as by the starter generator 12 is guided. In the starter generator 12 can the electric machine 14 and / or the power electronics 19 and / or the intermediate circuit of the cooling circuit of the coupling device 30 be supplied with the cooling liquid. The power electronics 19 For example, it may include transistors that can heat up.

Anstelle des Temperaturwerts 27 der Temperatur T des Verbrennungsmotors 11 selbst, kann aufgrund der thermischen Kopplungseinrichtung 30 auch ein Temperaturwert einer Temperatur des Starter-Generators 12 selbst, beispielsweise der elektrischen Maschine 14 und/oder der Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs ermittelt werden.Instead of the temperature value 27 the temperature T of the internal combustion engine 11 itself, due to the thermal coupling device 30 also a temperature value of a temperature of the starter-generator 12 itself, for example the electric machine 14 and / or the cooling liquid of the cooling circuit can be determined.

Ein Anforderungssignal kann auch in Abhängigkeit von einem Erkennen eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors 11 erzeugt werden. Der Kaltstart kann z.B. über einen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs signalisiert werden. Ein Anforderungssignal kann auch signalisiert werden, falls rekuperiert wird, aber die Batterie des Bordnetzes 13 schon voll ist.A request signal may also be in response to a detection of a cold start of the internal combustion engine 11 be generated. The cold start can be signaled for example via a communication bus of the motor vehicle. A request signal can also be signaled if recuperated, but the battery of the electrical system 13 already full.

Die Steuervorrichtung 31 kann zum Betreiben der elektrischen Maschine 14 im Generatorbetrieb eine feldorientierte Regelung oder FOR vorsehen. Auf Grundlage dieser FOR kann auch mittels der elektrischen Maschine 14 die Heizleistung 29 generiert werden.The control device 31 can be used to operate the electric machine 14 in generator mode provide a field-oriented regulation or FOR. On the basis of this FOR can also by means of the electric machine 14 the heating power 29 to be generated.

2 zeigt hierzu, wie mittels der FOR der Strom 18 derart eingestellt werden kann, dass sich im Vergleich zu einem optimalen Betrieb der elektrischen Maschine 14 eine zusätzliche thermische Verlustleistung ergibt, die als die Heizleistung 29 an den Verbrennungsmotor 11 abgegeben werden kann. 2 shows how to use the FOR for the current 18 can be adjusted so that in comparison to an optimal operation of the electric machine 14 An additional thermal power dissipation results than the heating power 29 to the internal combustion engine 11 can be delivered.

2 zeigt symbolisch die Wicklungen 17 des Stators 16 und den Strom 18. Es ist einmal das statorfeste Koordinatensystem mit den üblichen Achsenbezeichnungen α und jβ angegeben und zum anderen das feldorientierte Koordinatensystem mit der üblichen d-Achse und der jq-Achse. Ein Stromvektor Is des Stroms 18 weist somit eine d-Komponente Isd und eine q-Komponente Isq auf. 2 symbolically shows the windings 17 of the stator 16 and the stream 18 , The stator-fixed coordinate system with the usual axis designations α and jβ is given as well as the field-oriented coordinate system with the usual d-axis and the jq-axis. A current vector Is of the current 18 thus has a d-component Isd and a q-component Isq.

Des Weiteren dargestellt ist zum einen von dem Rotor 15 dessen Rotorachse 32, die mit einer Winkelgeschwindigkeit w in dem Stator 16 rotiert. Des Weiteren ist ein Flussvektor 33 des magnetischen Flusses des Rotors 15 angegeben. Zur Verdeutlichung ist noch die Flussachse 34 dargestellt.Furthermore, it is shown on the one hand by the rotor 15 its rotor axis 32 at an angular velocity w in the stator 16 rotates. Furthermore, it is a flow vector 33 the magnetic flux of the rotor 15 specified. To clarify is still the river axis 34 shown.

Ein optimaler, verlustminimierter Betrieb der elektrischen Maschine 14 ergibt sich, wenn ein Verhältnis aus der d-Komponente Isd und der q-Komponente Isq des Stroms 18 einen vorbestimmten Wert aufweist. Durch Vergrößern der q-Komponente Isq und Verringern der d-Kompoenten Isd bei Empfangen des Anforderungssignals 28 erhöht sich die Ineffizient des Generatorbetriebs, das heißt der Wirkungsgrad verringert sich. Hierdurch wird in der elektrischen Maschine 14 ein größerer Anteil an Verlustleistung als im optimalen Betrieb umgesetzt. Diese Verlustleistung ist thermische Verlustleistung, die den Starter-Generator 12 erwärmt. Sie kann als Heizleistung 29 über die thermische Kopplungseinrichtung 30 an den Verbrennungsmotor 11 übertragen werden.An optimal, loss minimized operation of the electrical machine 14 results when a ratio of the d-component Isd and the q-component Isq of the current 18 has a predetermined value. By increasing the q-component Isq and decreasing the d-component Isd upon receiving the request signal 28 increases the inefficiency of the generator operation, that is, the efficiency is reduced. This will be in the electric machine 14 a greater share of power loss than in optimal operation. This power loss is thermal power loss, which is the starter generator 12 heated. It can be used as heating power 29 via the thermal coupling device 30 to the internal combustion engine 11 be transmitted.

Der Starter-Generator 12 hat somit eine feldorientierte Regelung FOR als wesentlichen Bestandteil zur genauen Regelung des Wellendrehmoments oder Moments 24. In aller Regel ist diese feldorientierte Regelung FOR so ausgelegt, dass für alle Betriebspunkte des Starter-Generators 12 über die Drehzahl, Temperatur und elektrische Spannung ein optimaler, das heißt möglichst höher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 14 vorgesehen ist. Der Starter-Generator 12 kann des Weiteren eine z.B. wassergekühlte elektrische Maschine 14 aufweisen und damit mit dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 11 über die Kopplungseinrichtung 30 gekoppelt werden.The starter generator 12 thus has a field-oriented control FOR as an integral part of the precise control of the shaft torque or moment 24 , As a rule, this field-oriented regulation FOR is designed so that for all operating points of the starter-generator 12 about the speed, temperature and electrical voltage an optimal, that is the highest possible efficiency of the electric machine 14 is provided. The starter generator 12 Furthermore, a water-cooled electric machine can be used 14 have and thus with the cooling circuit of the engine 11 via the coupling device 30 be coupled.

Es wird nun der optimale Betrieb der feldorientierten Regelung FOR unterbrochen, wenn das Anforderungssignal 28 zusätzliche Heizleistung 29 anfordert. Danach, falls also keine Heizleistung 29 mehr durch das Anforderungssignal 28 angefordert wird, kann wieder die aus dem Stand der Technik bekannte Variante der feldorientierten Regelung FOR aktiviert werden, das heißt der verlustminimierte Betrieb fortgesetzt werden.Now, the optimal operation of the field-oriented control FOR is interrupted when the request signal 28 additional heating power 29 requests. After that, if so no heating power 29 more through the request signal 28 is requested, the well-known from the prior art variant of the field-oriented control FOR can be activated again, that is, the loss minimized operation continued.

Bei kaltem Verbrennungsmotor 11 ist es allerdings Ziel für den Verbrennungsmotor 11 und dessen Betriebsstrategie, wie sie durch ein Motorsteuergerät, das beispielsweise durch die Steuervorrichtung 31 realisiert sein kann, umgesetzt wird, in dem Betriebstemperaturbereich oberhalb der beschriebenen Mindesttemperatur oder des beschriebenen Mindestwerts zu gelangen, da beispielsweise auch erst bei einem erwärmten oder aufgeheizten Verbrennungsmotor 11 eine Abgasnachbehandlung ausreichend gut funktioniert.With cold combustion engine 11 However, it is the target for the internal combustion engine 11 and its operating strategy, as determined by an engine control unit, for example, by the control device 31 can be realized, is implemented in the operating temperature range above the minimum temperature described or the minimum value described, since, for example, only in a heated or heated internal combustion engine 11 an exhaust aftertreatment works well enough.

In der beschriebenen Weise kann hierzu die feldorientierte Regelung FOR genutzt werden, gezielt den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 14 des Starter-Generators 12 zu steuern und gerade beispielsweise bei einem Hochlaufbetrieb oder nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 11 sowohl mehr Verlustleistung in den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 11 abzugeben (mittels der Kopplungseinrichtung 30) als auch die mechanische Last durch Erhöhen des Moments 24 am Verbrennungsmotor 11 zu erhöhen (wie dies mittels der Kopplungseinrichtung 21 möglich ist).In the manner described, the field-oriented regulation FOR can be used for this purpose, specifically the efficiency of the electrical machine 14 of the starter-generator 12 to control and just for example in a run-up operation or after a cold start of the engine 11 both more power loss in the cooling circuit of the engine 11 deliver (by means of the coupling device 30 ) as well as the mechanical load by increasing the moment 24 on the combustion engine 11 increase (as this by means of the coupling device 21 is possible).

Durch Verringern des Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 14 ergibt sich nämlich zum Erzeugen der gleichen elektrischen Ausgangsleistung oder des Gleichen Stroms 18, wie er durch das Bordnetz 13 angefordert werden kann, ein erhöhtes Moment 24.By reducing the efficiency of the electric machine 14 namely results in generating the same electrical output or the same current 18 as he through the electrical system 13 can be requested, an increased moment 24 ,

Der Vorteil dieser doppelten Aufheiztaktik (Heizleistung 29 und erhöhtes Moment 24) ist dass der Verbrennungsmotor 11 durch diese Maßnahme mit zusätzlicher Heizleistung sowie einer zusätzlichen Anforderung an mechanischem Motordrehmoment aufgeheizt wird, wodurch auch schneller beispielsweise Klimatisierungsleistung für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs 10 verfügbar wird. Weiterhin sinken die Reibungsverluste im Verbrennungsmotor 11, was direkt eine Lebensdauerverlängerung und eine Kraftstoffeinsparung zur Folge hat. Weiterhin wirkt die Abgasnachbehandlung über die höheren Abgastemperaturen, was für die Umwelt Vorteile bringt.The advantage of this double heating tactic (heating capacity 29 and increased moment 24 ) is that the internal combustion engine 11 is heated by this measure with additional heating power and an additional requirement of mechanical engine torque, which also faster, for example, air conditioning performance for a user of the motor vehicle 10 becomes available. Furthermore, the friction losses in the internal combustion engine decrease 11 , which directly results in a lifetime extension and fuel savings. Furthermore, the exhaust aftertreatment acts on the higher exhaust gas temperatures, which brings benefits for the environment.

Bei der Realisierung kann man Grundsätzlich zwei Wege gehen: Die Wirkungsgradänderung der elektrischen Maschine 14 kann sich im Vergleich zum optimierten Wirkungsgrad entweder Momentneutral oder Stromneutral auswirken. Die Entscheidung für welche der beiden Neutralitäten man sich entscheidet ist grundsätzlich egal und kann im Rahmen der Fahrzeuganforderungen getroffen werden.Basically, there are two possible ways of realizing this: The change in efficiency of the electrical machine 14 can be either torque neutral or neutral in comparison to the optimized efficiency. The decision for which of the two neutralities one decides basically does not matter and can be made within the framework of the vehicle requirements.

Der Starter-Generator 12 kann die Temperatur des Kühlmittels direkt messen. Bekommt die elektrische Maschine 14 von dem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors 11 ein Kommando oder Anforderungssignal zur Kühlmittelerwärmung, schaltet sie z.B. in einen „Low efficiency mode“ oder Niedereffizienzmodus. Der Niedereffizienzmodus kann vorab fest per Kennlinie eingestellt werden oder das Motorsteuergerät steuert den Systemwirkungsgrad gezielt. Es kann auch vorgesehen sein, dass durch das Anforderungssignal direkt ein Leistungswert der Verlustleistung vorgegeben oder angefordert wird. Hierzu kann es den Modus wechseln und dann das Moment solange erhöhen, bis der Abgabestrom wieder einem Sollwert, z.B. dem Fahrzeugaufnahmestromwert des Bordnetzes 13 entspricht (wenn die elektrischen Maschine im momentenneutralen „Low Efficency Mode“ betrieben wird).The starter generator 12 can directly measure the temperature of the coolant. Get the electric machine 14 from the engine control unit of the internal combustion engine 11 a command or request signal for coolant heating, for example, switches them into a "low efficiency mode" or low efficiency mode. The low-efficiency mode can be set beforehand by means of a characteristic or the engine control unit controls the system efficiency in a targeted manner. It can also be provided that a power value of the power loss is specified or requested directly by the request signal. For this purpose, it can change the mode and then increase the torque until the output current returns to a desired value, for example the vehicle input current value of the vehicle electrical system 13 corresponds (when the electric machine is operated in torque-neutral "Low Efficency Mode").

Um den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 14 mittels Pulswechselrichter einer Leistungselektronik 19 zu steuern, wird z.B. das Feld und somit die d-Komponente Isd in der elektrischen Maschine 14 reduziert und die q-Komponente Isq erhöht. Dies sorgt für erhöhte Verluste in der elektrischen Maschine 14, was zu ihrer Erwärmung führt. Der Statorstromraumzeiger oder Stromvektor Is bleibt hierbei konstant, weil sich lediglich die Verteilung in den Achsen (d - jq) ändert und die vektorielle Summe gleich bleibt. Somit wird weiterhin das gleiche Moment abgegeben, jedoch zu einem geringem Wirkungsgrad.To the efficiency of the electric machine 14 by means of pulse inverter of a power electronics 19 To control, for example, the field and thus the d-component Isd in the electric machine 14 reduces and increases the q-component Isq. This ensures increased losses in the electric machine 14 , which leads to their warming. The stator current space vector or current vector Is remains constant because only the distribution in the axes (d-jq) changes and the vectorial sum remains the same. Thus, the same moment continues to be delivered, but at a low efficiency.

Die Maschinenregelung sollte zusätzlich zu dem Betriebsbereich mit schlechtem Wirkungsgrad auch die internen Bauteile bezüglich Überhitzung überwachen. Hierzu kann ein bestehendes Deratingmodel oder thermisches Modell der elektrischen Maschine weiterhin genutzt oder um kritische Bauteile ergänzt werden.The machine control should monitor the internal components for overheating in addition to the poor efficiency operating area. For this purpose, an existing derating model or thermal model of the electric machine can continue to be used or added to critical components.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine bedarfsgerechte Steuerung eines Systemwirkungsgrades einer elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can be used to provide on-demand control of system efficiency of an electrical machine.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102005000741 A1 [0009]DE 102005000741 A1 [0009]

Claims (10)

Verfahren zum Bereitstellen von Heizleistung (29) zum Aufheizen eines Verbrennungsmotors (11) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei durch eine Steuervorrichtung (31) des Kraftfahrzeugs (10) bei einer elektrischen Maschine (14) eines Starter-Generators (12) während eines Generatorbetriebs und/oder eines Motorbetriebs eine d-Komponente (Isd) und eine q-Komponente (Isq) eines elektrischen Stroms (18) mittels einer feldorientierten Regelung (FOR) eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuervorrichtung (31) in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Anforderungssignal (28), durch welches die Heizleistung (29) angefordert wird, mittels der feldorientierten Regelung (FOR) die d-Komponente (Isd) und/oder die q-Komponente (Isq) verändert und hierdurch eine in dem Starter-Generator (12) erzeugte thermische Verlustleistung vergrößert wird und die thermische Verlustleistung mittels einer thermischen Kopplungseinrichtung (30), die zwischen dem Starter-Generator (12) und dem Verbrennungsmotor (11) bereitgestellt ist, zu dem Verbrennungsmotor (11) hin als die angeforderte Heizleistung (29) übertragen wird.A method for providing heating power (29) for heating an internal combustion engine (11) of a motor vehicle (10), wherein a control device (31) of the motor vehicle (10) in an electric machine (14) of a starter-generator (12) during a generator operation and / or a motor operation, a d-component (Isd) and a q-component (Isq) of an electric current (18) are adjusted by means of a field-oriented control (FOR), characterized in that by the control device (31) as a function of at least a predetermined request signal (28), by which the heating power (29) is requested, by means of the field-oriented control (FOR) the d-component (Isd) and / or the q-component (Isq) changed and thereby one in the starter-generator (12) thermal power dissipation is increased and the thermal power loss by means of a thermal coupling device (30) between the starter-generator (12) and is provided to the internal combustion engine (11) is transmitted to the internal combustion engine (11) as the requested heating power (29). Verfahren nach Anspruch 1, wobei als die thermische Kopplungseinrichtung (30) ein gemeinsamer Kühlkreislauf der Verbrennungsmotors (11) und des Starter-Generators (12) genutzt wird.Method according to Claim 1 wherein as the thermal coupling means (30) a common cooling circuit of the internal combustion engine (11) and the starter-generator (12) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über die thermische Kopplungseinrichtung (30) ein Schmieröl des Verbrennungsmotors (11) geheizt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a lubricating oil of the internal combustion engine (11) is heated via the thermal coupling device (30). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von dem zumindest einen Anforderungssignal (28) ein jeweiliges Anforderungssignal aus einer Temperaturerfassungseinrichtung (26), durch welche eine jeweilige Temperatur (T) des Verbrennungsmotors (11) und/oder eines Kühlmittels und/oder eines Schmiermittels des Verbrennungsmotors (11) ermittelt wird, empfangen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein of the at least one request signal (28) a respective request signal from a temperature detection means (26) through which a respective temperature (T) of the internal combustion engine (11) and / or a coolant and / or a lubricant of the Internal combustion engine (11) is detected is received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von dem zumindest einen Anforderungssignal (28) ein Anforderungssignal aus einer Motorüberwachungseinrichtung oder einer anderen Komponente des Kraftfahrzeugs empfangen wird, durch welche ein betriebskalter Verbrennungsmotor (11) signalisiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein of the at least one request signal (28) a request signal from an engine monitoring device or another component of the motor vehicle is received, by which a cold running engine (11) is signaled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels eines thermischen Modells und/oder eines Temperatursensors des Starter-Generators (12) eine jeweilige Temperatur von zumindest einem durch den Strom (18) thermisch belasteten Bauteil des Starter-Generators (12) daraufhin überwacht wird, ob sie größer als ein vorbestimmter Höchstwert ist, und in diesem Fall die Veränderung der d-Komponente (Isd) und/oder der q-Komponente (Isq) begrenzt oder reduziert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein by means of a thermal model and / or a temperature sensor of the starter-generator (12) a respective temperature of at least one by the current (18) thermally loaded component of the starter-generator (12) is then monitored, whether it is greater than a predetermined maximum value, in which case the variation of the d-component (Isd) and / or the q-component (Isq) is limited or reduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von dem zumindest einen Anforderungssignal (28) ein Anforderungssignal aus einer Rekuperationseinrichtung empfangen wird, durch welche ein rekuperativer Bremsbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) signalisiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein of the at least one request signal (28) a request signal from a recuperation device is received, by which a recuperative braking operation of the motor vehicle (10) is signaled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Verändern der d-Komponente (Isd) oder der q-Komponente (Isq) ein Betrag der jeweils anderen Komponente oder ein Betrag eines Stromvektors (Is) des Stroms (18) beibehalten wird.Method according to one of the preceding claims, wherein with changing the d-component (Isd) or the q-component (Isq) an amount of the other component or an amount of a current vector (Is) of the current (18) is maintained. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der elektrischen Maschine (14) und dem Verbrennungsmotor (11) eine mechanische Kopplungseinrichtung (21) bereitgestellt wird, über welche von dem Verbrennungsmotor (11) ein mechanisches Moment (24) zum Antreiben der elektrischen Maschine (14) abgegeben wird, und das Moment (24) auf einen Wert eingeregelt wird, bei welchem ein als Wirkstrom in ein elektrisches Bordnetz (13) des Kraftfahrzeugs (10) abgegebener Anteil des Stroms (18) einem vorgegebenen Sollwert entspricht.Method according to one of the preceding claims, wherein between the electric machine (14) and the internal combustion engine (11) a mechanical coupling device (21) is provided, via which of the internal combustion engine (11) a mechanical torque (24) for driving the electric machine ( 14), and the torque (24) is adjusted to a value at which a portion of the current (18) delivered as active current into an electrical vehicle electrical system (13) of the motor vehicle (10) corresponds to a predetermined desired value. Kraftfahrzeug (10) mit einem Verbrennungsmotor (11) und mit einem Starter-Generator (12), der eine elektrische Maschine (14) aufweist, und mit einer Steuervorrichtung (31) für eine feldorientierte Regelung (FOR) der elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Generator (12) und der Verbrennungsmotor (11) über eine thermische Kopplungseinrichtung (30) thermisch gekoppelt sind und das Kraftfahrzeug (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Motor vehicle (10) with an internal combustion engine (11) and with a starter-generator (12) having an electric machine (14), and with a control device (31) for a field-oriented control (FOR) of the electric machine, characterized in that the starter-generator (12) and the internal combustion engine (11) are thermally coupled via a thermal coupling device (30) and the motor vehicle (10) is adapted to carry out a method according to one of the preceding claims.
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