DE102012222308A1

DE102012222308A1 - Fahrzeug-Energieerzeugungssystem und Energieerzeugungs-Steuerverfahren für dasselbe

Info

Publication number: DE102012222308A1
Application number: DE102012222308A
Authority: DE
Inventors: Hideki Tani; Toshiaki Date; Satoshi Wachi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CN103427744A; US8922036B2; JP2013243837A; US20130307492A1; JP5432330B2; CN103427744B

Abstract

Ein Fahrzeug-Energieerzeugungssystem enthält: eine Batterie, die durch eine Energieerzeugungs-Elektroenergie eines Generators geladen wird, der durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird; und eine Energieerzeugungs-Steuervorrichtung, die die zur Energieerzeugung des Verbrennungsmotors zu verbrauchende Kraftstoffmenge reduziert. Die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung enthält: eine Einheit, die einen Arbeitsbereich setzt, der klein ist bei der zu verbrauchenden Kraftstoffmenge für eine Drehmomenterhöhung des Verbrennungsmotors; eine Einheit, die die Elektroenergie mit hoher Energieerzeugungseffizienz auf einen Zielwert einer Energieerzeugungs-Elektroenergie setzt gemäß der Drehzahl und Energieerzeugungsspannung des Generators; und eine Einheit, die steuert, so dass die Menge der Energieerzeugung des Generators ein Zielwert ist, wenn der Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors in dem Arbeitsbereich ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeug-Energieerzeugungssysteme und Energieerzeugungs-Steuerverfahren für dieselben und im Besonderen eine Reduzierung der zur Energieerzeugung bzw. Leistungserzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge eines Verbrennungsmotors.
2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Konventionell ist ein Generator in/an einem Fahrzeug installiert, um Elektroenergie für zahlreiche Typen elektrischer Lasten zu liefern und um eine Batterie aufzuladen. Da der Generator durch einen Verbrennungsmotor zur Energieerzeugung angetrieben wird, wird auch Kraftstoff für die Energieerzeugung verbraucht, während der Verbrennungsmotor arbeitet.
Andererseits wird aufgrund des Umweltproblems in den vergangenen Jahren eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs erwünscht, und ein Verfahren zum Reduzieren der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge wird vorgeschlagen (siehe z. B. Patentdokument 1).
Dieser Stand der Technik ist ausgestaltet, die zur Energieerzeugung zu verbrauchende Kraftstoffmenge zu reduzieren, indem eine Energieerzeugung in einem Arbeitsbereich eines Verbrennungsmotors durchgeführt wird, wobei der Arbeitsbereich bei der Kraftstoffverbrauchsmenge klein ist, auf Grundlage eines Kennfeldes der Kraftstoffverbrauchsmenge, dem eine Erhöhung der Kraftstoffverbrauchsmenge mit einer Erhöhung der Leistung des Verbrennungsmotors aufgrund der Energieerzeugung hinzugefügt wird.
Patentdokument 1: Veröffentlichung des geprüften japanischen Patents Nr. 4158615
Jedoch berücksichtigt in dem in Patentdokument 1 offenbarten Stand der Technik die zur Energieerzeugung zu verbrauchende Kraftstoffmenge nicht die Effizienz eines Generators (das Verhältnis einer von dem Generator abgegebenen elektrischen Energie bzw. Leistung zur Arbeit, die den Generator antreibt) und eine Antriebszeit des Generators. Aus diesem Grund wird viel Arbeit benötigt, um dieselbe elektrische Energie in dem Fall des Generators mit niedriger Effizienz im Vergleich zu dem mit hoher Effizienz zu erhalten; und daher gibt es die Sorge, dass die zur Energieerzeugung zu verbrauchende Kraftstoffmenge zunimmt.
KURZE INNHALTSANGABE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der oben beschriebenen bekannten Probleme gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Energieerzeugungssystem und ein Energieerzeugungs-Steuerverfahren für das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem bereitzustellen, die fähig sind zum Reduzieren der Kraftstoffverbrauchsmenge pro elektrischer Energie bzw. Leistung aufgrund der Energieerzeugung eines Verbrennungsmotors im Betrieb unter Berücksichtung nicht nur des Arbeitsbereichs des die Energieerzeugung durchführenden Verbrennungsmotors sondern auch der Effizienz eines Generators.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug-Energieerzeugungssystem bereitgestellt mit: einem Generator, der durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und eine Energieerzeugung durchführt; einer Batterie, die durch die Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators geladen wird; und einer Energieerzeugungs-Steuervorrichtung, die die zur Energieerzeugung des Verbrennungsmotors zu verbrauchende Kraftstoffmenge reduziert. Die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung enthält: eine Einheit, die einen Arbeitsbereich setzt, der klein ist bei der zu verbrauchenden Kraftstoffmenge für eine Drehmomenterhöhung des Verbrennungsmotors; eine Setzeinheit der Energieerzeugungs-Elektroenergie, die einen Zielwert eines Energieerzeugungsstroms mit hoher Energieerzeugungseffizienz berechnet gemäß der Drehzahl und Energieerzeugungsspannung des Generators und eine Elektroenergie mit hoher Energieerzeugungseffizienz auf einen Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie setzt; und eine Steuereinheit, die steuert, so dass die Menge der Energieerzeugung des Generators der Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie ist, wenn ein Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors in dem Arbeitsbereich ist.
Ferner enthält die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung eine Einheit, die eine Energieerzeugung gemäß dem Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators durchführt, wenn der Generator in einem Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Energieerzeugungs-Steuerverfahren für ein Fahrzeug-Energieerzeugungssystem bereitgestellt mit: einem Generator, der durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und eine Energieerzeugung durchführt; einer Batterie, die durch die Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators geladen wird; und einer Energieerzeugungs-Steuervorrichtung, die die zur Energieerzeugung des Verbrennungsmotors zu verbrauchende Kraftstoffmenge reduziert. Das Energieerzeugungs-Steuerverfahren enthält: einen ersten Schritt, der einen Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors auf Grundlage einer Drehzahl und eines Drehmoments (oder eines Drehmomentäquivalents) erfasst; einen zweiten Schritt, der bestimmt, ob oder ob nicht der erfasste Arbeitspunkt in einem Arbeitsbereich zum Durchführen einer Verbrennungsenergieerzeugung ist, wobei der Arbeitsbereich ein Arbeitsbereich ist, der klein ist bei der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge; einen dritten Schritt, der einen Zielwert eines Energieerzeugungsstroms mit hoher Energieerzeugungseffizienz gemäß der Drehzahl und Energieerzeugungsspannung des Generators berechnet, und einen Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie setzt, der den Generator effizient betreibt; einen vierten Schritt, der bestimmt, ob oder ob nicht die Drehzahl des Generators in einem Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist, gemäß dem in dem dritten Schritt gesetzten Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie; einen fünften Schritt, der einen Energieerzeugungsstrom des Generators berechnet; einen sechsten Schritt, der eine Regelspannung setzt auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem in dem dritten Schritt berechneten Zielwert des Energieerzeugungsstroms und dem in dem fünften Schritt berechneten Energieerzeugungsstrom; und einen siebten Schritt, der die Menge der Energieerzeugung des Generators auf Grundlage der gesetzten Regelspannung steuert.
Gemäß einem Fahrzeug-Energieerzeugungssystem und einem Energieerzeugungs-Steuerverfahren für das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung wird ein Generator dazu gebracht, mit elektrischer Leistung mit hoher Energieerzeugungseffizienz gemäß einem Arbeitspunkt des Generators in einem Arbeitsbereich eines Verbrennungsmotors zu arbeiten, wobei der Arbeitsbereich klein ist bei der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge, wodurch der Kraftstoffverbrauch pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb reduziert werden kann.
Ferner wird gemäß einem Fahrzeug-Energieerzeugungssystem und einem Energieerzeugungs-Steuerverfahren für das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung eine Energieerzeugung in einem Drehzahlbereich mit hoher Effizienz eines Generators gemäß einem Zielwert einer Energieerzeugungs-Elektroenergie durchgeführt, wodurch eine durch eine Drehzahl des Generators veranlasste Änderung der Energieerzeugungseffizienz unterdrückt wird, und die Energieerzeugung mit konstant hoher Energieerzeugungseffizienz durchgeführt werden kann. Demgemäß kann der Kraftstoffverbrauch pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb weiter reduziert werden.
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen und der in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Beschreibung ersichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG EINIGER ZEICHNUNGSANSICHTEN
1 ist ein schematisches Ausgestaltungsdiagramm eines Verbrennungsmotors, in dem das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung installiert ist.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess einer Energieerzeugungs-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Kennfeld eines Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Effizienzkennfeld eines Generators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Kennfeld, das die maximale Effizienz des Generators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
1 ist ein schematisches Ausgestaltungsdiagramm eines Verbrennungsmotors, in dem das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung installiert ist. In 1 treibt ein Verbrennungsmotor 101 über einen Antriebsriemen einen Generator 102 an; und eine Energieerzeugungs-Steuervorrichtung 103 steuert die Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators 102 durch Handhaben einer Regelspannung einer Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung 104. Übrigens ist in diesem Fall eine Ausgestaltung mit der Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung 104 als Ausgestaltung mit hoher Steuergenauigkeit gezeigt. Als ein preiswertes System kann die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung 103 jedoch eine Einheit enthalten, die die Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung 104 innerhalb davon substituiert; und in diesem Fall kann die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung 103 die Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators 102 direkt steuern.
Die durch den Generator 102 erzeugte elektrische Energie wird in eine an eine Batterie 105 zu ladende elektrische Energie und eine von einer elektrischen Last 106 eines Fahrzeugs zu verbrauchende elektrische Energie verteilt. Ein Ladestrom der Batterie 105 kann durch einen an einem negativen Elektrodenanschluss angebrachten Stromsensor 107 erfasst werden; und ähnlich kann ein von der elektrischen Last 106 verbrauchter Strom durch einen Stromsensor 108 erfasst werden. Ein Energieerzeugungsstrom des Generators 102 kann berechnet werden durch Addieren des Stroms der elektrischen Last des Fahrzeugs zu dem Ladestrom der Batterie durch eine Berechnungseinheit des Energieerzeugungsstroms 112 der Energieerzeugungs-Steuervorrichtung 103. In diesem Fall ist übrigens die Ausgestaltung mit den Stromsensoren 107 und 108 gezeigt; als eine Ausgestaltung, die den Energieerzeugungsstrom des Generators 102 direkt erfasst, kann jedoch ein Stromsensor zwischen dem Generator 102 und einem positiven Elektrodenanschluss der Batterie 105 bereitgestellt sein.
In dem Fall, wo als ein preiswertes System der Stromsensor 107 nicht bereitgestellt ist, kann weiterhin, falls der Generator 102 eine Lichtmaschine ist, der Energieerzeugungsstrom mittels einer Kennfeldberechnung aus der Drehzahl und FR-Betriebszyklusausgabe (Engl.: FR duty output; ein Ausgabewert des Erregungsverhältnisses einer Feldspule innerhalb der Lichtmaschine) berechnet werden. Außerdem kann der Ladestrom geschätzt werden durch Bereitstellen eines Berechnungsmodells (Berechnungsgleichung oder Berechnungsblock), das einen Ladezustand der Batterie 105 simuliert, in einem Berechnungsprogramm, das in die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung 103 geschrieben ist.
In dem Fall, wo der Stromsensor 108 nicht bereitgestellt ist, kann weiterhin der Strom der elektrischen Last aus einem Nenn-Elektroenergieverbrauch der elektrischen Last im Betrieb berechnet werden.
2 ist ein Flussdiagramm, dass einen Prozess der Energieerzeugungs-Steuervorrichtung 103 (siehe 1) gemäß Ausführungsform 1 zeigt, und eine Verarbeitung wird mit einem vorbestimmten Berechnungszyklus (z. B. 100 ms) ausgeführt.
In 2 wird ein Lade- und Entladestrom der Batterie im Schritt 200 erfasst mit Verwendung des an dem negativen Elektrodenanschluss der Batterie 105 angebrachten Stromsensors 107; und die Verarbeitung schreitet zu einem Prozess von Schritt 201.
Im Schritt 201 werden eine Drehzahl und ein Drehmoment (alternativ Einlasskrümmerdruck oder Ladeeffizienz, die das Drehmoment ersetzen) als ein Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors erfasst; und die Verarbeitung schreitet zu einem Prozess von Schritt 202.
Im Schritt 202 wird durch eine Bestimmungseinheit des Arbeitsbereichs zur Energieerzeugungsdurchführung 109 eine Bestimmung gemacht, ob oder ob nicht der Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors in einem Arbeitsbereich zur Verbrennungsenergieerzeugung ist, d. h. in einem Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors, wobei der Arbeitsbereich klein ist bei der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge (im Detail mit Verwendung von 3 zu beschreiben); und falls der Arbeitspunkt in dem Arbeitsbereich ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Prozess von Schritt 203.
Im Schritt 203 wird ein Zielwert des Energieerzeugungsstroms mit hoher Energieerzeugungseffizienz berechnet mittels einer Kennfeldberechnung durch eine Setzeinheit der Energieerzeugungs-Elektroenergie 110 gemäß der Drehzahl und Energieerzeugungsspannung des Generators (im Detail mit Verwendung von 5 zu beschreiben). Und zwar wird eine Energieerzeugungs-Elektroenergie bzw. Energieerzeugungs-Elektroleistung, die effizient den Generator betreibt, gesetzt durch Multiplizieren der Energieerzeugungsspannung mit dem Zielwert des Energieerzeugungsstroms. In diesem Fall kann die Drehzahl des Generators berechnet werden durch Multiplizieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors mit einem Riemenradverhältnis; und die Energieerzeugungsspannung kann berechnet werden durch Addieren des durch den Widerstand des Drahtes bis zu dem Generator verursachten Spannungsabfalls zu der Batteriespannung.
Im Schritt 204 wird durch eine Bestimmungseinheit des Drehzahlbereichs zur Energieerzeugungsdurchführung 111 eine Bestimmung gemacht, ob oder ob nicht die Drehzahl des Generators in einem Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist, gemäß der im Schritt 203 gesetzten elektrischen Energie bzw. Leistung (im Detail mit Verwendung von 5 zu beschreiben); und falls die Drehzahl in dem Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Prozess von Schritt 205.
Im Schritt 205 wird ein Instantanwert eines Energieerzeugungsstroms des Generators berechnet durch die Berechnungseinheit des Energieerzeugungsstroms 112 durch Addieren des Stroms der elektrischen Last des Fahrzeugs zu dem Ladestrom der Batterie 105; und die Verarbeitung schreitet zu einem Prozess von Schritt 206.
Im Schritt 206 wird ein Spannungssetzwert, der an die Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung 104 zu befehlen ist, auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem Zielwert des Energieerzeugungsstroms, berechnet mittels Kennfeldberechnung im Schritt 203, und dem Instantanwert des Energieerzeugungsstroms, berechnet im Schritt 205, ausgegeben durch eine Steuereinheit des Energieerzeugungsstroms 113; und die Verarbeitung schreitet zu einem Prozess von Schritt 209.
Wenn im Schritt 202 der Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors außerhalb des Arbeitsbereichs zum Durchführen der Verbrennungsenergieerzeugung ist, oder wenn im Schritt 204 die Drehzahl des Generators außerhalb des Drehzahlbereichs mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Prozess von Schritt 207. Im Schritt 207 wird ein zulässiger Entladestrom gesetzt, so dass die Batterie sich nicht übermäßig entlädt, wenn die Verbrennungsenergieerzeugung nicht durchgeführt wird; und die Verarbeitung schreitet zu einem Prozess von Schritt 208.
Im Schritt 208 wird ein Spannungssetzwert, der an die Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung 104 zu befehlen ist, auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem zulässigen Entladestrom und dem Entladestrom (entgegengesetztes Symbol des Ladestroms) der Batterie ausgegeben; und die Verarbeitung schreitet zu einem Prozess von Schritt 209.
In diesem Fall ist übrigens eine Technik zum Entladen in dem Fall gezeigt, wo ein Ladungszustand (SOC, Engl.: state of charge) der Batterie in einem Verwendungsbereich ist; falls jedoch der SOC diesen Bereich überschreitet und sich verschlechtert, beispielsweise falls die Batterie 105 eine Bleibatterie ist, kann es ein Starten wegen der Verschlechterung der Entladeleistungsfähigkeit unterbinden, und der Schädigungsfortgang wird betroffen; und deshalb wird der Ladestrom der Batterie im Schritt 207 gesetzt, und demgemäß kann die Batterie in dem folgenden Schritt zwangsweise geladen werden. Der SOC der Batterie kann berechnet werden durch Integrieren des Lade- und Entladestroms der Batterie, oder der SOC kann direkt erfasst werden durch Bereitstellen eines Batteriesensors.
Im Schritt 209 wird die im Schritt 206 oder Schritt 208 gesetzte Regelspannung an die Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung 104 befohlen, und diese Verarbeitung ist vollendet.
Wenn die Verbrennungsenergieerzeugung durch eine Reihe der obigen Prozesse durchgeführt wird, kann der Generator bei einer elektrischen Energie mit hoher Energieerzeugungseffizienz in dem Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors betrieben werden, wobei der Arbeitsbereich klein ist bei der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge. Wenn die Verbrennungsenergieerzeugung nicht durchgeführt wird, kann weiterhin die Batterie innerhalb eines Bereichs des zulässigen Stroms entladen werden. In diesem Fall ist übrigens nur der Steuerprozess auf der Generatorseite gezeigt. Was eine Änderung des Antriebsmomentes des Fahrzeugs aufgrund der Verbrennungsenergieerzeugung betrifft, braucht es jedoch nicht erwähnt zu werden, dass ein der Energieerzeugungsmenge entsprechendes Drehmoment kompensiert wird durch einen Drosselklappenöffnungsgrad und/oder eine Änderung des Zündzeitpunktes als ein Steuerprozess auf der Verbrennungsmotorseite; und demgemäß kann einer Unannehmlichkeitswahrnehmung eines Fahrers vorgebeugt werden.
3 ist ein Kennfeld der Kraftstoffverbrauchsmenge des Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Wenn der Verbrennungsmotor ein Benzinmotor ist, existiert ein Motordrehmoment (Nm), in dem eine Kraftstoffverbrauchsrate (L/kWh) sich auf ein Mindestmaß verkleinert, für jede Drehzahl hinsichtlich seiner Charakteristika. In den Charakteristika der Kraftstoffverbrauchsmenge (L/h), die die Kraftstoffverbrauchsrate (L/kWh) mit der Motorleistung (kW) multipliziert, wird das Motordrehmoment (Nm), in dem die Kraftstoffverbrauchsrate (L/kWh) sich auf ein Mindestmaß verkleinert, als ein Wendepunkt dargeboten, und die Kraftstoffverbrauchsmenge (L/h) nimmt rasch zu, wenn das Motordrehmoment (Nm) den Wendepunkt überschreitet. Das bedeutet, dass die Verbrennungsenergieerzeugung nicht jenseits dieses Wendepunktes durchgeführt werden sollte.
Falls ein Arbeitsbereich, der klein ist beim Anstieg ΔF(L/h) der Kraftstoffverbrauchsmenge, die zum Erhöhen einer Drehmomenteinheit (1 Nm) für jede Drehzahl benötigt wird, definiert wird durch Berücksichtigung der Charakteristika der obigen Kraftstoffverbrauchsmenge (L/h), ist sein Arbeitsbereich ein Bereich 301. Deshalb wird dieser Arbeitsbereich 301 als der Arbeitsbereich zum Durchführen der Verbrennungsenergieerzeugung definiert; und demgemäß kann die zur Energieerzeugung zu verbrauchende Kraftstoffmenge auf eine kleine Menge niedergehalten werden.
4 ist ein Effizienzkennfeld des Generators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Falls der Generator eine Lichtmaschine ist, und wenn die Drehzahl unter konstanten Spannungs- und Strombedingungen zunimmt, verschlechtert sich die Energieerzeugungseffizienz mit einem Anstieg in der Antriebskraft, die zur Energieerzeugung benötigt wird, hinsichtlich ihrer Charakteristika. Der Arbeitspunkt, der eine maximale Effizienz erzeugt, unterscheidet sich aufgrund einer Differenz einer Struktur gemäß Typen davon; und deshalb nimmt in 4, die Energieerzeugungseffizienz-Charakteristika unter konstanten Spannungsbedingungen zeigt, die Energieerzeugungseffizienz ihr Höchstmaß bei 30A in einem niedrigen Drehzahlbereich und bei 60A in einem hohen Drehzahlbereich an.
5 ist ein Kennfeld, das die maximale Effizienz des Generators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und die Energieerzeugungseffizienz nimmt ihr Höchstmaß bei einer durch eine Kurve 501 gezeigten Energieerzeugungs-Elektroenergie an. Deshalb wird ein Stromwert auf dieser Kurve als ein Zielwert des Energieerzeugungsstroms gemäß der Drehzahl definiert; und demgemäß kann der Generator bei einer elektrischen Energie bzw. Leistung mit hoher Energieerzeugungseffizienz betrieben werden. Falls beispielsweise ein Drehzahlbereich, in dem die Energieerzeugungseffizienz sich nicht bei einer Energieerzeugungseffizienz von nicht weniger als 55% verschlechtert und in einem niedrigen Drehzahlbereich definiert ist als ein Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz, ist ihr Drehzahlbereich ein Bereich von 502.
Deshalb wird die Energieerzeugung in diesem Drehzahlbereich 502 durchgeführt; und demgemäß kann eine durch die Drehzahl des Generators verursachte Effizienzänderung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs unterdrückt werden, und kann die Energieerzeugung mit konstant hoher Energieerzeugungseffizienz durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, können gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem und das Energieerzeugungs-Steuerverfahren für dasselbe erhalten werden, die bemerkenswert gut sind und die folgenden Merkmale und Betriebsvorteile haben.

(1) Der Generator wird zum Arbeiten bei einer elektrischen Energie bzw. Leistung mit hoher Energieerzeugungseffizienz gemäß dem Arbeitspunkt des Generators in dem Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors gebracht, wobei der Arbeitsbereich klein ist bei der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge; und demgemäß kann die Kraftstoffmenge pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb reduziert werden.
(2) Die Energieerzeugung wird in dem Drehzahlbereich mit hoher Effizienz des Generators gemäß dem Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie durchgeführt; und demgemäß wird eine durch die Drehzahl des Generators verursachte Änderung in der Energieerzeugungseffizienz unterdrückt, und die Energieerzeugung kann mit konstant hoher Energieerzeugungseffizienz durchgeführt werden. Demgemäß kann die Kraftstoffverbrauchsmenge pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb weiter reduziert werden.
(3) Der Energieerzeugungsstrom des Generators wird zur Steuerung des Generators zurückgekoppelt; und demgemäß kann der Generator genauer bei einer elektrischen Energie mit hoher Energieerzeugungseffizienz betrieben werden. Demgemäß kann die Kraftstoffverbrauchsmenge pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb weiter reduziert werden.
(4) Anstelle des Energieerzeugungsstrom des Generators wird ein Ladestrom der Batterie zur Steuerung des Generators zurückgekoppelt; und demgemäß kann eine Änderung eines Ladeannahmezustands der Batterie instantan erfasst werden, und der Energieerzeugungsstrom kann gesteuert werden. Demgemäß kann die Kraftstoffverbrauchsmenge pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb weiter reduziert werden, ohne dem Generator eine Energieerzeugungsstrom-Erfassungsvorrichtung hinzuzufügen.
(5) Der Energieerzeugungsstrom des Generators wird berechnet durch Addieren des Ladestroms der Batterie und des Verbrauchsstroms der elektrischen Last des Fahrzeugs, der zum Steuern des Generators zurückzukoppeln ist; und demgemäß kann der Generator genauer bei einer elektrischen Energie mit hoher Energieerzeugungseffizienz betrieben werden. Demgemäß kann die Kraftstoffverbrauchsmenge pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb weiter reduziert werden, ohne dem Generator die Energieerzeugungsstrom-Erfassungsvorrichtung hinzuzufügen.
(6) Die Energieerzeugungs-Elektroenergie wird über die Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung gesteuert; und demgemäß kann die Funktion zum Steuern des Generators umgeschaltet werden von der Energieerzeugungs-Steuervorrichtung zu der Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung. Demgemäß kann ein Teil der durch die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung abgedeckten Funktion vereinfacht werden, und die Steuergenauigkeit der Energieerzeugungs-Elektroenergie verbessert sich; und somit kann die Kraftstoffverbrauchsmenge pro elektrischer Energie des Verbrennungsmotors im Betrieb weiter reduziert werden.

Vielfältige Modifizierungen und Abänderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich sein, ohne von dem Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die hierin bekannt gemachten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4158615 [0004]

Claims

Fahrzeug-Energieerzeugungssystem mit: einem Generator (102), der durch einen Verbrennungsmotor (101) angetrieben wird und eine Energieerzeugung durchführt; einer Batterie (105), die durch die Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators (102) geladen wird; und einer Energieerzeugungs-Steuervorrichtung (103), die die zur Energieerzeugung des Verbrennungsmotors (101) zu verbrauchende Kraftstoffmenge reduziert, wobei die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung (103) enthält: eine Einheit (109), die einen Arbeitsbereich setzt, der klein ist bei der zu verbrauchenden Kraftstoffmenge für eine Drehmomenterhöhung des Verbrennungsmotors (101); eine Setzeinheit (110) der Energieerzeugungs-Elektroenergie, die einen Zielwert eines Energieerzeugungsstroms mit hoher Energieerzeugungseffizienz berechnet gemäß der Drehzahl und Energieerzeugungsspannung des Generators (102) und eine Elektroenergie mit hoher Energieerzeugungseffizienz auf einen Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie setzt; und eine Steuereinheit, die steuert, so dass die Menge der Energieerzeugung des Generators (102) der Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie ist, wenn ein Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors (101) in dem Arbeitsbereich ist.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung (103) eine Bestimmungseinheit (111) des Drehzahlbereichs enthält, die eine Energieerzeugung gemäß dem Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators (102) durchführt, wenn der Generator (102) in einem Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung (103) eine Berechnungseinheit (112) des Energieerzeugungsstroms enthält, die einen Energieerzeugungsstrom des Generators (102) erfasst, und die Steuereinheit steuert, so dass die Menge der Energieerzeugung des Generators der Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie ist, durch Rückkoppeln des Energieerzeugungsstroms des Generators, wenn der Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors in dem Arbeitsbereich ist.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 3, mit ferner: einer Vorrichtung (107), die einen Ladestrom der Batterie (105) erfasst; und einer Vorrichtung (108), die einen Laststrom erfasst, der für eine elektrische Last des Fahrzeugs zu verbrauchen ist, und wobei die Berechnungseinheit (112) des Energieerzeugungsstroms den Energieerzeugungsstrom des Generators (102) durch Addieren des Ladestrom der Batterie (105) und des Laststroms des Fahrzeugs berechnet, wobei der jeweilige Strom durch die jeweilige Vorrichtung (107, 108) erfasst wird.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 3, wobei, falls der Generator (102) eine Lichtmaschine ist, die Berechnungseinheit (112) des Energieerzeugungsstroms den Energieerzeugungsstrom durch Kennfeldberechnung aus der Drehzahl und FR-Betriebszyklusausgabe des Generators berechnet.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Energieerzeugungs-Steuervorrichtung (103) ein Berechnungsmodell enthält, das einen Ladezustand der Batterie (105) zum Schätzen des Ladestroms der Batterie (105) simuliert.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Berechnungseinheit (112) des Energieerzeugungsstroms einen Strom einer elektrischen Last des Fahrzeugs aus einem Nenn-Elektroenergieverbrauch der elektrischen Last im Betrieb berechnet.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinheit eine Regelspannung setzt auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem durch die Setzeinheit (110) berechneten Zielwert des Energieerzeugungsstroms und dem durch die Berechnungseinheit (112) des Energieerzeugungsstroms berechneten Energieerzeugungsstrom, und steuert, so dass die Energieerzeugung des Generators (102) der Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie ist, auf Grundlage der Regelspannung.
Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit ferner einer Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung (104), die die Energieerzeugungsspannung des Generators (102) einstellt, wobei die Energieerzeugungsspannungs-Regelvorrichtung (104) steuert, so dass die Menge der Energieerzeugung des Generators (102) der Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie ist, auf Grundlage der durch die Steuereinheit gesetzten Regelspannung.
Energieerzeugungs-Steuerverfahren für ein Fahrzeug-Energieerzeugungssystem mit: einem Generator (102), der durch einen Verbrennungsmotor (101) angetrieben wird und eine Energieerzeugung durchführt; einer Batterie (105), die durch die Energieerzeugungs-Elektroenergie des Generators (102) geladen wird; und einer Energieerzeugungs-Steuervorrichtung (103), die die zur Energieerzeugung des Verbrennungsmotors (101) zu verbrauchende Kraftstoffmenge reduziert, wobei das Energieerzeugungs-Steuerverfahren umfasst: einen ersten Schritt, der einen Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors auf Grundlage einer Drehzahl und eines Drehmoments (oder eines Drehmomentäquivalents) erfasst; einen zweiten Schritt, der bestimmt, ob oder ob nicht der erfasste Arbeitspunkt in einem Arbeitsbereich zum Durchführen einer Verbrennungsenergieerzeugung ist, wobei der Arbeitsbereich ein Arbeitsbereich ist, der klein ist bei der zur Energieerzeugung zu verbrauchenden Kraftstoffmenge; einen dritten Schritt, der einen Zielwert eines Energieerzeugungsstroms mit hoher Energieerzeugungseffizienz gemäß der Drehzahl und Energieerzeugungsspannung des Generators berechnet, und einen Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie setzt, der den Generator effizient betreibt; einen vierten Schritt, der bestimmt, ob oder ob nicht die Drehzahl des Generators in einem Drehzahlbereich mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist, gemäß dem in dem dritten Schritt gesetzten Zielwert der Energieerzeugungs-Elektroenergie; einen fünften Schritt, der einen Energieerzeugungsstrom des Generators berechnet; einen sechsten Schritt, der eine Regelspannung setzt auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem in dem dritten Schritt berechneten Zielwert des Energieerzeugungsstroms und dem in dem fünften Schritt berechneten Energieerzeugungsstrom; und einen siebten Schritt, der die Menge der Energieerzeugung des Generators auf Grundlage der gesetzten Regelspannung steuert.
Energieerzeugungs-Steuerverfahren für das Fahrzeug-Energieerzeugungssystem gemäß Anspruch 10, mit ferner: einem Schritt, der einen Lade- und Entladestrom der Batterie (105) erfasst; einem Schritt, der einen zulässigen Entladestrom der Batterie (105) setzt; und einem Spannungsregelschritt, der die Regelspannung auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem zulässigen Entladestrom und dem Entladestrom der Batterie (105) setzt, und wobei, wenn der Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors außerhalb des Arbeitsbereichs zum Durchführen einer Verbrennungsenergieerzeugung ist, oder wenn die Drehzahl des Generators außerhalb des Drehzahlbereichs mit hoher Energieerzeugungseffizienz ist, die Menge der Energieerzeugung des Generators gesteuert wird auf Grundlage eines in dem Spannungsregelschritt gesetzten Regelspannungswertes.