車用交流發電機的控制裝置的製作方法

2023-06-25 18:55:11 1

本發明涉及用於具有發電設備(例如，交流發電機)的內燃機的控制裝置。

背景技術：

在內燃機中，在某些情況下執行下列控制：即，例如，曲軸角(即，內燃機的曲軸的角度)在內燃機停止時被設定為預定值，使得啟動扭矩能夠在內燃機重啟時被減小。作為控制停止的內燃機的曲軸角的方法，已知存在使用由與內燃機連接的交流發電機輸出的扭矩的方法。

另一方面，交流發電機也能夠通過使用內燃機的動力來產生電力。因此，例如，在專利文獻1中，提出了這樣的技術：交流發電機的發電在內燃機的停止控制期間於高轉速側進行，並且控制扭矩由交流發電機在低轉速側產生，由此控制曲軸角。

引文列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利申請公開No.2012-202407

技術實現要素：

技術問題

在前述專利文獻1所描述的技術中，作為預先確定的固定值的轉數閾值被用來確定是在交流發電機中進行發電還是輸出控制扭矩。但是，用於該確定的閾值為固定值的事實從增加發電效率的角度來看並非總是優選的。特別地，是在交流發電機中進行發電還是輸出控制扭矩無法僅基於內燃機的轉數來確定。因此，存在著無法在專利文獻1所描述的技術中進行高效發電的可能，這在技術上是有問題的。

以上是待由本發明解決的課題的一個示例。因此，本發明的一個目的是提供內燃機的控制裝置，其被配置用於在內燃機的停止控制期間增加發電效率。

問題的解決方案

本發明的上述目的能夠通過包含旋轉電機的內燃機的控制裝置來實現，該旋轉電機在一個臂和另一個臂中的每個臂內具有開關元件組，並且被配置用於控制開關元件組以實現控制狀態以及發電狀態，該控制狀態允許輸出用於控制內燃機的曲軸停止位置的控制扭矩，該發電狀態允許通過內燃機的動力來發電，所述控制裝置提供有：第一確定器件，被配置用於在存在停止內燃機的需求時確定它是否處於內燃機的轉數小於預定轉數並且需要給旋轉電機輸出控制扭矩的扭矩需求狀態；第二確定器件，被配置用於在確定處於扭矩需求狀態時確定作為旋轉電機所需的控制扭矩的所需控制扭矩是否小於預定的閾值；第一控制器件，被配置用於在確定所需的控制扭矩小於預定的閾值時控制在一個臂內的開關元件組以實現控制狀態並且用於控制在另一個臂內的開關元件組以實現發電狀態；第二控制器件，被配置用於在確定所需的控制扭矩大於預定的閾值時控制在一個臂和另一個臂兩者中的開關元件組以實現控制狀態；以及閾值改變器件，被配置用於改變預定的閾值以使其隨內燃機的轉數增加而增加。

本發明的內燃機被配置為不管燃料類型、燃料供給方面、燃料燃燒方面、進氣/排氣系統配置、氣缸布局等如何都能夠採用各種方面的內燃機。本發明的內燃機還設置有被配置為例如交流發電機和電動發電機的旋轉電機。旋轉電機設置有作為一個臂和另一個臂的至少兩個臂，並且這兩個臂每個都具有開關元件。

在本發明的旋轉電機的每個臂中，其狀態能夠通過控制開關元件組來改變。特別地，可允許用於控制內燃機的曲軸停止位置的控制扭矩的輸出的控制狀態通過例如接通每個臂內的開關元件組(即，通過接通包含於開關元件組中的所有開關元件)來實現。更具體地說，實現扭矩能夠通過內通量來產生的狀態。對曲軸停止位置的控制被執行，例如，用 於在內燃機重啟時開始點火。另一方面，可允許通過內燃機的動力來發電的發電狀態通過例如關斷開關元件組(即，通過關斷包含於開關元件組中的至少一個開關元件)來實現。在發電狀態中，發電量能夠通過控制旋轉電機的勵磁狀態來調整。

由於開關元件組被布置於一個臂和另一個臂中的每個臂內，在上述發電狀態和控制狀態之間的變更能夠在每個臂中執行。換言之，該一個臂和另一個臂同樣能夠被設置為不同的狀態。

本發明的內燃機的控制裝置是配置用於控制以上所述的內燃機的控制裝置，並且能夠採用各種計算機系統的形式，例如，各種微計算機裝置、各種控制器和各種處理單元(如，單個或多個電子控制單元(ECU))，該計算機系統能夠根據情況需要而包含一個或多個中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)、各種處理器、各種控制器，或者還包含各種存儲器件，例如，只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、緩衝存儲器或閃速存儲器。

根據本發明的內燃機的控制裝置，如果存在停止內燃機的需求，則由第一確定器件來確定它是否處於扭矩需求狀態。扭矩需求狀態是內燃機的轉數小於預定轉數並且需要給旋轉電機輸出控制扭矩的狀態。因而，即使是內燃機的轉數小於預定轉數，如果不需要給旋轉電機輸出控制扭矩，則不能夠說它處於扭矩需求狀態，並且這種情形不是後面所描述的控制目標。作為不需要輸出控制扭矩的情形的一個示例，存在著例如其中內燃機的曲軸角即使在控制扭矩不被輸出時也停止於期望的角度的情形。

如果確定處於扭矩需求狀態，則通過第二確定器件來確定所需的控制扭矩(即，為旋轉電機所需的控制扭矩)是否小於預定的閾值。

如果確定所需的控制扭矩小於預定的閾值，則在一個臂中的開關元件組由第一控制器件控制以實現控制狀態，並且在另一個臂中的開關元件組由第一控制器件控制以實現發電狀態。換言之，在該一個臂和另一個臂上實現了不同的狀態。在以上所述的控制的情況下，控制扭矩能夠在一個臂中產生，而能夠在另一個臂中進行發電。換言之，對內燃機的 曲軸停止位置的控制和發電能夠並行地進行。

儘管在能夠從一個臂輸出的控制扭矩方面存在限制，但是也沒有問題，因為所需的控制扭矩被確定為小於預定的閾值。換言之，由第二確定器件使用的預定閾值可以根據能夠僅由一個臂輸出的控制扭矩來設定。

另一方面，如果確定所需的控制扭矩大於預定的閾值，則在一個臂和另一個臂兩者中的開關元件組由第二控制器件控制以實現控制狀態。換言之，控制狀態能夠在一個臂和另一個臂兩者中實現。在以上所述的控制的情況下，控制扭矩能夠從一個臂和另一個臂中的每個臂輸出。因此，即使所需的扭矩相對較大，也可以輸出足夠的控制扭矩。

對曲軸停止位置的控制能夠僅通過由第二控制器件進行的控制(即，通過將兩個臂都設置為控制狀態的控制)來執行，而由第一控制器件進行的控制(即，將另一個臂設置為發電狀態的控制)使得可以在內燃機停止時增加能量回收率。

而且，在本發明中，由第二確定器件使用的預定閾值能夠通過閾值改變器件來改變。特別地，在閾值改變器件中，預定的閾值被改變以隨內燃機的轉數增加而增加。

在此，如果內燃機的轉數相對較高，則發電能夠通過將旋轉電機的每個臂設置為發電狀態來充分進行。還應當認為，直到內燃機停止之前會存在著相對充足的時間，並且不太必要匆忙施加控制扭矩。因而，如果隨內燃機的轉數增加預定的閾值增加(即，如果由第一控制器件進行的控制更容易被選擇)，則能夠有效地增加發電的機會。

如同上文所解釋的，根據本發明的內燃機的控制裝置，可以在內燃機的停止控制期間增加發電效率。

在本發明的內燃機的控制裝置的一個方面中，其中一個臂和另一個臂中的至少一個臂具有上開關元件組和下開關元件組，並且所述第一控制器件和所述控制器件控制上開關元件組和下開關元件組中的任意一個開關元件組作為開關元件組。

根據這方面，該一個臂和另一個臂中的至少一個被配置為具有上開 關元件組和下開關元件組。換言之，該一個臂和另一個臂中的任一個或兩者被配置為具有至少兩個開關元件組。因此，在這種情況下，旋轉電機能夠被配置為所謂的高效率交流發電機。

特別地，在這方面，每個臂的發電狀態和控制狀態在開關元件由第一控制器件和第二控制器件控制時通過控制上開關元件組和下開關元件組中的任意一個開關元件組來實現。因而，不一定要控制另一個開關元件組。

即使是上開關元件組和下開關元件組中的任一個開關元件組受到控制，也能夠獲得同樣的效果。但是，如果存在接地的(或者與地線連接的)開關元件組，則開關元件組提供更穩定的開關控制。

本發明的操作及其他優點從以下所解釋的實施例來看將會變得更加明顯。

附圖說明

圖1是示出在一種實施例中的發動機系統的配置的示意性配置圖。

圖2是示出在該實施例中的交流發電機控制單元的配置的框圖。

圖3是示出在該實施例中的交流發電機控制單元的操作的流程圖。

圖4是示出基於發動機的轉數來設定所需的扭矩閾值的方法的示意圖。

圖5是示出在該實施例中的交流發電機控制單元的操作的一個具體實例的時序圖。

具體實施方式

在下文，將解釋內燃機的控制裝置的一種實施例。

(1)實施例中的發動機系統的配置

首先，將參照圖1來解釋在該實施例中的發動機系統的配置。圖1是示出在該實施例中的發動機系統的配置的示意性配置圖。

在圖1中，在該實施例中的發動機系統包含例如作為動力源安裝於車輛上的發動機200。發動機200是本發明的「內燃機」的一個實例，並 且被配置用於通過連杆將根據在含有燃料的空氣燃料混合物在氣缸內燃燒時產生的爆發力的活塞的往復運動轉換成曲軸210的旋轉運動。

而且，上述發動機200與交流發電機100連接。交流發電機100是本發明的「旋轉電機」的一個實例，並且被配置用於通過使用發動機200的動力來產生電力且輸出用於在發動機200的停止控制期間執行停止位置控制的控制扭矩。通過輸出控制扭矩，能夠高度精確地調整在發動機200停止時的曲軸角。由於發動機200的停止位置控制，可以在發動機200重啟時優選地減小啟動扭矩。交流發電機100還可以被配置為具有上述功能的電動發電機。

在該實施例中的交流發電機100設置有轉子線圈110、第一定子線圈121、第二定子線圈122、上方第一開關元件組131a、下方第一開關元件組131b、上方第二開關元件組132a、下方第二開關元件組132b、連接電晶體140和交流發電機控制單元150，作為主要構件。

轉子線圈110被配置用於通過施加勵磁電流來產生磁通量。

第一定子線圈121和第二定子線圈122每個都通過以Y接法來連接三個獨立的線圈而配置，並且被配置用於通過使用在轉子線圈110內產生的磁通量來產生電力。

上方第一開關元件組131a和下方第一開關元件組131b是布置於第一定子線圈121側的開關元件組(下文根據情況需要稱為「第一臂」)，並且包含被配置為例如金屬-氧化物-半導體場效應電晶體(MOSFET)的多個開關元件。

另一方面，上方第二開關元件組132a和下方第二開關元件組132b是布置於第二定子線圈122側的開關元件組(下文根據情況需要稱為「第二臂」)，並且包含被配置為例如MOSFET的多個開關元件，如同在上方第一開關元件組131a和下方第一開關元件組131b中那樣。

如果上方第一開關元件組131a和下方第一開關元件組131b兩者被設定為關斷(OFF)(即，如果包含於上方第一開關元件組131a或下方第一開關元件組131b中的任一開關元件被設定為關斷(OFF))，則第一臂處於發電狀態(或者其中電力能夠通過使用發動機200的動力來產 生的狀態)。如果上方第一開關元件組131a或下方第一開關元件組131b中的任一方被設定為接通(ON)(即，如果包含於上方第一開關元件組131a或下方第一開關元件組131b中的所有開關元件都被設定為接通(ON))，則第一臂處於控制狀態(或者其中發動機200的控制扭矩能夠被輸出的狀態)。

以相同的方式，如果上方第二開關元件組132a和下方第二開關元件組132b兩者都被設定為關斷(OFF)，則第二臂處於發電狀態。而且，如果上方第二開關元件組132a和下方第二開關元件組132b中的任一方被設定為接通(ON)，則第二臂處於控制狀態。

但是，在開關元件組的接通(ON)和關斷(OFF)與實現於臂中的每種狀態之間的對應關係並不限定於以上實例。換言之，所需的僅僅是發電狀態和控制狀態能夠通過對開關元件組的控制來在每個臂中改變。

交流發電機控制單元150與連接電晶體140的基極部分連接。交流發電機控制單元150是本發明的「內燃機控制裝置」的一個實例，並且被配置用於控制交流發電機100的每個部分的操作。

在下文，交流發電機控制單元150的配置將參照圖2來詳細解釋。圖2是示出在該實施例中的交流發電機控制單元的配置的框圖。

在圖2中，交流發電機控制單元150設置有發動機狀態確定單元310、所需扭矩確定單元320、閾值改變單元330和控制單元340。

發動機狀態確定單元310是本發明的「第一確定器件(deice)」的一個實例，並且基於從外部輸入的發動機轉數以及交流發電機100所需的扭矩來確定發動機200的當前狀態。特別地，發動機狀態確定單元310確定發動機200在停止控制期間是否處於後面描述的具體停止控制將被執行的狀態。發動機狀態確定單元310的確定結果能夠被輸出給所需扭矩確定單元320。

所需扭矩確定單元320是本發明的「第二確定器件」的一個實例，並且確定交流發電機100所需的扭矩是否小於閾值。所需扭矩確定單元320的確定結果能夠被輸出給控制單元340。

閾值改變單元330是本發明的「閾值改變器件」的一個實例，並且被配置用於基於從外部輸入(或者由發動機狀態確定單元310輸入)的發動機轉數來改變用於所需扭矩確定單元320中的閾值。

控制單元340被配置用於給交流發電機100輸出控制命令，並且基於例如停止發動機200的需求、電池電壓等來控制交流發電機100的操作。在該實施例中的控制單元340特別地設置有作為本發明的「第一控制器件」的一個實例的第一控制單元341以及作為本發明的「第二控制器件」的一個實例的第二控制單元342。第一控制單元341和第二控制單元342根據所需扭矩確定單元320的確定結果選擇性地執行對交流發電機100的控制。

此外，由交流發電機控制單元150執行的具體處理將在下文詳細解釋。

(2)交流發電機控制單元的操作

接下來，將參照圖3來解釋交流發電機控制單元150的操作。圖3是示出在該實施例中的交流發電機控制單元的操作的流程圖。在下文，在能夠由交流發電機控制單元150執行的控制中，將詳細地解釋與本發明密切相關的處理，並且將省略關於其他通用處理的解釋。

在圖3中，根據在該實施例中的交流發電機控制單元150，如果存在停止發動機200的需求(步驟S101：是)，則首先將勵磁需求設定為接通(ON)，並且執行給轉子線圈110施加勵磁電流(或者增加勵磁電流)的控制(步驟S102)。在該時間點，上方第一開關元件組131a、下方第一開關元件組131b、上方第二開關元件組132a及下方第二開關元件組132b全都為關斷(OFF)，並且發電狀態被實現。因而，通過給轉子線圈110施加勵磁電流以產生磁通量，交流發電機100的發電開始。

在交流發電機100的發電期間，所產生的電力存儲於其中的電池的電壓被監測，並且如果確定電壓達到預定的上限電壓(步驟S103：是)，則勵磁需求被設定為關斷(OFF)，並且對停止給轉子線圈110施加勵磁電流(或者減小勵磁電流)的控制被執行(步驟S104)。這可防止電池電壓由於過度的發電而超過上限電壓。

如果確定電池電壓沒有達到預定的上限電壓(步驟S103：否)，則在步驟S104中的處理被省略。換言之，繼續給轉子線圈110施加勵磁電流，並且繼續發電。

然後，通過發動機狀態確定單元310來確定發動機200的轉數是否小於預定轉數以及是否需要給交流發電機100輸出控制扭矩(步驟S105)。

在此，如果確定發動機200的轉數不小於預定轉數或者不需要給交流發電機100輸出控制扭矩(步驟S105：否)，則上方第一開關元件組131a、下方第一開關元件組131b、上方第二開關元件組132a及下方第二開關元件組132b全都保持關斷(OFF)(步驟S106)。因而，發電在第一臂和第二臂兩者中繼續進行。在這種情況下，由於發電在兩個臂中進行，因而能夠使發電量保持為大的。

另一方面，如果確定發動機200的轉數小於預定轉數並且需要給交流發電機100輸出控制扭矩(步驟S105：是)，則閾值(即，用於由所需扭矩確定單元320進行的確定的閾值)由閾值改變單元330改變(步驟S107)。隨著發動機200的轉數增大，閾值改變單元330為了所需的驅動力而顯著改變閾值。換言之，在閾值改變單元330中，如果發動機200的轉數相對較低，則所需驅動力的閾值被改變為相對較小的值。另一方面，如果發動機200的轉數相對較高，則所需驅動力的閾值被改變為相對較大的值。

如果閾值被改變，則由所需扭矩確定單元320確定交流發電機100的所需扭矩在該改變之後是否小於閾值(步驟S108)。

如果確定交流發電機100的所需扭矩在該改變之後小於閾值(步驟S108：是)，則第一臂和第二臂中的任意下方臂(即下方第一開關元件組131b或下方第二開關元件組132b)被設定為接通(ON)。在這種情況下，在第一臂和第二臂當中，一個臂處於發電狀態，而另一個臂處於控制狀態。特別地，如果下方第一開關元件組131b被設定為接通(ON)，則第一臂處於控制狀態，並且第二臂處於發電狀態。而且，如果下方第二開關元件組132b被設定為接通(ON)，則第一臂處於發電 狀態，並且第二臂處於控制狀態。

如上所述，在由第一控制單元341進行的控制期間，第一臂和第二臂處於彼此不同的狀態。在這種情況下，發電在處於發電狀態的一個臂中進行，並且控制扭矩在處於控制狀態的另一個臂中產生。因此，可以執行使用發動機200的動力進行的發電以及發動機200的停止位置控制。

此外，在能夠從一個臂輸出的控制扭矩方面存在限制；但是，也沒有問題，因為確定了所需扭矩小於閾值。換言之，在所需扭矩確定單元320中使用的閾值可以根據能夠僅由一個臂輸出的控制扭矩來改變。

另一方面，如果確定所需扭矩在該改變之後大於閾值(步驟S108：否)，則第一臂和第二臂中的兩個下方臂(即，下方第一開關元件組131b和下方第二開關元件組132b兩者)被設定為接通(ON)。在這種情況下，第一臂和第二臂兩者都處於控制狀態。

如上所述，在由第二控制單元342進行的控制期間，第一臂和第二臂兩者均處於控制狀態。在這種情況下，控制扭矩能夠從這兩個臂輸出，並且這會增加能夠作為整體來輸出的控制扭矩的上限。因此，即使所需的扭矩相對較大，也可以輸出足夠的控制扭矩。

發動機200的停止位置控制能夠僅通過由第二控制單元342進行的控制(即，通過將兩個臂都設置為控制狀態的控制)來執行，而由第一控制單元341進行的控制(即，將另一個臂設置為發電狀態的控制)使得可以在發動機200停止時增加能量回收率。

控制第一臂和第二臂的下方臂的情形在本文進行了解釋；但是，上方臂也可以被控制。在該實施例的交流發電機100中，下方臂的參考電位接地(或者與地線連接)，並且下方臂由此具有比上方臂的參考電位更穩定的參考電位。因而，下方臂在該實施例中作為控制目標是優選的，因為開關控制能夠被更精確地執行。

而且，在該實施例中，所需扭矩確定單元320中使用的閾值能夠通過閾值改變單元330來改變，如同上文所描述的。因而，由第一控制單元341進行的控制以及由第二控制單元342進行的控制優選地根據情況 來執行。

在下文，將參照圖4特別地解釋因閾值改變所致的效果。圖4是示出基於發動機的轉數來設定所需的扭矩閾值的方法的示意圖。

在圖4中，所需扭矩的閾值被改變以隨著發動機200的轉數增大而增加。因此，如從圖中可明顯看出的，隨著發動機200的轉數增加，允許發電的由第一控制單元341進行的控制更容易被選擇。

在此，如果發動機200的轉數相對較高，則發電能夠通過將交流發電機100的每個臂設置為發電狀態來充分進行(即，如果發動機200的轉數低，則存在著發電無法進行的可能，即使交流發電機100的每個臂都被設置為發電狀態也是如此)。而且，如果發動機200的轉數相對較高，則應當認為，直到發動機200停止之前會存在著相對充足的時間，並且不太必要匆忙施加控制扭矩。因而，如果由第一控制單元341進行的控制隨著發動機200的轉數增大而更容易被選擇，則發電的機會能夠得到有效地增加。

最後，將參照圖5來解釋交流發電機控制單元150的操作的具體實例。圖5是示出在該實施例中的交流發電機控制單元的操作的一個具體實例的時序圖。

在圖5中，假定在時間點tl對在時間點t0正在空轉的發動機200提出停止要求。在這種情況下，交流發電機100的發電在時間點t0與時間點t1之間進行，但是發電量受到抑制，因為發電使用燃料。

在時間點tl，提出停止發動機200的要求。因而，發動機200的燃料切斷被執行，並且發動機200的轉數逐漸減小。在此時，在交流發電機100中，勵磁電流被最大化，並且在兩個臂(即，第一臂和第二臂)中進行最大發電。

在時間點t2，電池電壓達到上限電壓。從而勵磁電流被調整，使得電池電壓不超過上限電壓。

在時間點t3，即使是勵磁電流被最大化，由於發動機200的轉數的減小，電池電壓也開始降低(即，發電無法進行，直到電池電壓被保持為止)。因而，在時間點t3之後，一側的臂(或者在此為第一臂)根據 控制扭矩需求而視情況需要被設定為接通(ON)，由此由內通量產生控制扭矩。因此，可以在進行發電時執行發動機200的停止位置控制。

在時間點t4，發動機200的轉數具有極低的值，並且交流發電機100即使在發電狀態中也無法進行發電。因而，在時間點t4之後，兩側的臂(或者第一臂和第二臂)根據控制扭矩需求而視情況需要被設定為接通(ON)，由此在兩個臂中產生控制扭矩。因此，可以輸出足夠的控制扭矩，即使所需扭矩是大的，由此優選地停止發動機。

如同上文所解釋的，根據在該實施例中的內燃機控制裝置，可以在發動機200的停止控制期間增加發電效率。

本發明並不限定於上述實施例，而是在不脫離能夠從權利要求書和整篇說明書中了解到的本發明的主旨或精神的情況下在需要時進行各種改變。涉及這樣的改變的內燃機的控制裝置同樣意指落入本發明的技術範圍之內。

附圖標記說明

100 交流發電機

110 轉子線圈

121 第一定子線圈

122 第二定子線圈

131a 上方第一開關元件組

131b 下方第一開關元件組

132a 上方第二開關元件組

132b 下方第二開關元件組

140 連接電晶體

150 交流發電機控制單元

200 發動機

210 曲軸

310 發動機狀態確定單元

320 所需扭矩確定單元

330 閾值改變單元

340 控制單元

341 第一控制單元

342 第二控制單元