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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine automatische Steuereinrichtung zum Stillsetzen des Leerlaufs,
um einen wirtschaftlichen Brennstoffverbrauch zu erreichen, und
zwar durch automatisches Stoppen und nachfolgendes wieder Starten
einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug momentan
angehalten wird.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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sAus dem Stand der Technik sind Typen
von Geräten
bekannt, um automatisch die Maschine eines Fahrzeugs zu stoppen
und nachfolgend wieder zu starten, wenn das Fahrzeug zeitweilig
zum Halten gebracht wird, wobei solch ein Typ eines Gerätes allgemein
als eine automatische Steuereinrichtung zum Stillsetzen des Leerlaufs
bezeichnet wird. Solch ein Gerät
stoppt die Fahrzeugmaschine, wenn das Fahrzeug angehalten wird,
beispielsweise an Verkehrsampeln, und startet nachfolgend die Maschine
erneut, wenn das Fahrzeug sich erneut bewegen soll (z.B. basierend
auf dem Detektieren einer Aktion des Fahrzeugfahrers, die die Absicht,
das Fahrzeug zu bewegen, anzeigt). Die Verwendung solch eines Gerätes schafft
die Möglichkeit,
den Brennstoffverbrauch und auch die Abgasemissionen zu reduzieren.
Ein Beispiel solch eines Gerätes
ist in dem japanischen Patent 2000-192830 beschrieben.
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Mit Hilfe solch eines herkömmlichen
automatischen Leerlaufstop-Steuergerätes wird anstelle der Verwendung
eines herkömmlichen
Gleichstrom-Anlassermotors zum wieder Anlassen der Maschine, ein
Wechselstrommotor/Generator verwendet, der sowohl die Maschine für ein wieder
Starten antreiben kann und der auch durch die Maschine angetrieben werden
kann, um elektrische Energie zu erzeugen. Solch ein Gerät enthält auch
einen Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter zum Gleichrichten
der Wechselstromenergie aus dem Wechselstrommotor/Generator, um
eine Gleichstromversorgung zum Aufladen der Fahrzeugbatterie zu
erhalten, und wobei die Gleichspannung der Batterie in eine Wechselstromversorgung
umgewandelt wird, um den Wechselstrommotor/Generator während des Maschinenneustarts
anzutreiben. Solch ein Gerät kann
einfach und zuverlässig
ausgeführt
werden.
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Bei solch einem Typ eines automatischen Leerlaufstop-Steuergerätes ist
es wie bei irgendeinem anderen Typ eines Leistungshalbleitergerätes erforderlich,
das Gerät
in solcher Weise auszulegen, daß die
Temperatur der Halbleiterschalterelemente des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters einen
vorbestimmten maximalen Wert nicht überschreitet. Spezieller gesagt,
werden bei einem automatischen Leerlaufstop-Steuergerät hohe Werte an Stromfluß durch
die Halbleiterschalterelemente realisiert und es ergeben sich damit
hohe Werte der Wärmeerzeugung
in diesen Elementen, die unter den zwei folgenden Bedingungen auftreten,
das heißt:
- (a) während
die Maschine wieder gestartet wird, wird nachfolgend einer automatischen
Maschinenstopoperation ein hoher Wert des Stromes von der Fahrzeugbatterie
in Wechselstromenergie durch den Umrichter umgesetzt, und
- (b) während
die Batterie unmittelbar nach dem Maschinenwiederstart wieder aufgeladen
wird, wobei ein hoher Wert eines Gleichstroms von dem Umrichter
der Batterie zugeführt
wird.
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Beim Stand der Technik werden die
Größe der Halbleiterschalterelemente
und der Maßstab
der Vorrichtungen, die zum Kühlen
dieser Schalterelemente verwendet werden, basierend auf der maximalen
Temperatur festgelegt, die erwartungsgemäß bei den Halbleiterschalterelementen
bei irgendeiner der oben angegebenen Bedingungen erreicht wird. Als
ein Ergebnis sind die herkömmlichen
Typen von automatischen Leerlaufstop-Steuergeräten mit dem Nachteil behaftet,
daß sie
in der Größe bzw.
im Ausmaß groß sind und
hohe Herstellungskosten verursachen.
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Es ergibt sich daher eine Forderung,
die Möglichkeit
zu schaffen, solch ein automatisches Leerlaufstop-Steuergerät kompakter
und bei niedrigeren Kosten herstellen zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
dem Stand der Technik anhaftenden Probleme, wie sie oben dargelegt
wurden, zu überwinden,
indem ein verbessertes automatisches Leerlaufstop-Steuergerät für eine Brennkraftmaschine
eines Fahrzeugs geschaffen wird, welches in der Größe kleiner
ausgeführt
werden kann und mit niedrigeren Kosten hergestellt werden kann als
dies beim Stand der Technik möglich
war.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, schafft
die vorliegende Erfindung gemäß einem
ersten Aspekt ein automatisches Leerlaufstop-Steuergerät, welches
einen Wechselstrommotor/Generator enthält, der mit Energie von der
Fahrzeugbatterie her versorgt wird, um die Fahrzeugmaschine bei
einer Maschinenwiederstartoperation anzutreiben, und der elektrische
Energie zum Aufladen der Batterie erzeugt, wenn sich die Maschine
im Betrieb befindet. Das Gerät
enthält
ferner einen Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter mit einer
Vielzahl von Halbleiterschalterelementen, die in solcher Weise gesteuert
werden, daß die
Batteriespannung in eine Wechselstromversorgungsspannung zum Antreiben des
Wechselstrommotors/Generators während
einer Maschinenwiederstartoperation umgewandelt wird, und um die
Wechsel-Ausgangsspannung
von dem Wechselstrommotor/Generator in eine Gleichspannung umzuwandeln,
um die Batterie während
einer Batterieladeoperation zu laden. Das Gerät ist dadurch gekennzeichnet,
daß es
einen Umrichtertemperatur-Detektorabschnitt enthält, um ein umrichtertemperatur-bezogenes
Signal abzuleiten, welches die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
anzeigt, und welches einen Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
enthält,
der eine Steuerung anwendet, um eine automatische Maschinenstopoperation
oder eine automatische Maschinenwiederstartoperation nachfolgend
einer automatischen Maschinenstopoperation durchzuführen, und zwar
in Einklang mit Fahrzeugstatusinformationen und dem umrichtertemperatur-bezogenen
Signal.
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Das umrichtertemperatur-bezogene
Signal kann mit Hilfe eines Temperatursensors erzeugt werden, der
Teil des automatischen Leerlaufstop-Steuergerätes selbst ist, oder kann aus
einem Signal, wie beispielsweise einem Maschinenkühlwassertemperatursignal
bestehen oder aus einem Umgebungslufttemperatursignal bestehen,
welches von irgendeinem anderen Steuergerät des Fahrzeugs verfügbar ist.
Es sei somit darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "Umrichtertemperatur-Detektorabschnitt", wie er in der folgenden
Beschreibung und den anhängenden
Ansprüchen
verwendet wird, eine breite Bedeutung hat im Sinne von "Einrichtung zum Ableiten
eines Temperaturanzeigesignals, wobei der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
direkt die Temperatur der Halbleiterschalterelemente erhält oder
diese schätzt".
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Nach der Durchführung einer automatischen Maschinenstopoperation
und einer nachfolgenden Maschinenwiederstartoperation führt der
Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt wiederholt
eine Operation gemäß einer
Beurteilung durch, ob die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat. Wenn festgestellt
wird, daß der
Schwellenwert überschritten
wurde (so daß dann,
wenn eine automatische Maschinenstopoperation zu diesem Zeitpunkt
auszuführen
ist, bald gefolgt von einer Maschinenwiederstartoperation, die Temperatur
der Halbleiterschalterelemente übermäßig hoch
werden würde),
dann verhindert das System die Ausführung einer automatischen Maschinenstopoperation
zu diesem Zeitpunkt.
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Als ein Ergebnis kann das automatische Leerlaufstop-Steuergerät in der
Größe kompakter ausgeführt werden
und kann auch mit geringeren Kosten als beim Stand der Technik hergestellt
werden, wobei jedoch eine hohe Zuverlässigkeit des Betriebes erreicht
wird.
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Spezifischer ausgedrückt, lassen
sich die grundlegenden Vorteile, die erreicht werden, wie folgt zusammenfassen.
Wenn die Maschine nachfolgend einer automatischen Maschinenstopoperation
wieder gestartet wird, und wenn dann festgestellt wird, daß die Temperatur
der Halbleiterschalterelemente des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumsetzers
einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat, wird die
Ausführung
einer weiteren automatischen Maschinenstopoperation zu diesem Zeitpunkt
verhindert. Es wird auf diese Weise sichergestellt, daß die Temperatur
der Halbleiterschalterelemente einen zulässigen Wert nicht überschreitet,
und zwar auf Grund der hohen Stromwerte, die in den Schalterelementen
während
eines Maschinenwiederstarts fließen, und zwar nachfolgend einer
automatischen Maschinenstopoperation und auch während der Batteriewiederaufladung,
die unmittelbar nach der Maschinenwiederstartoperation folgt.
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Auf Grund der Verhinderung solch
einer automatischen Maschinenstopoperation basierend auf der Temperatur,
die durch die Halbleiterschalterelemente des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
erreicht wird, ist es nicht erforderlich, das Gesamtsystem basierend
auf einem maximalen Temperaturwert auszulegen, der von den Halbleiterschalterelementen
erreicht werden kann, und zwar als ein Ergebnis einer wiederholten
Ausführung
eines Maschinenwiederstarts innerhalb eines relativ kurzen Zeitintervalls,
was als "schlechtester
Fall" des Konstruktionsparameters
gilt. Als ein Ergebnis kann das System in solcher Weise ausgelegt
werden, daß die
Größe und die
Kosten des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters reduziert
werden können, da
die Halbleiterschalterelemente und auch die Kühlvorrichtungen, wie beispielsweise
eine Wärmesenke und
Kühlrippen
kleiner ausgeführt
werden können, so
daß die
Gesamtgröße und die
Gesamtkosten des automatischen Leerlaufstop-Steuergeräts abgesenkt werden
können.
Die Größenreduzierung
vereinfacht auch die Montage des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
innerhalb des Maschinenraumes eines Fahrzeugs.
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Selbst wenn in der Praxis das Fahrzeug
unter extremen Bedingungen, wie beispielsweise einem hohen Verkehrsaufkommen
während
einer Sommerhitze, gefahren wird, führt die oben beschriebene Verhinderung
der automatischen Maschinenstopoperation basierend auf der Temperatur
der Halbleiterschalterelemente lediglich dazu, daß der Brennstoffverbrauch
nur unwesentlich ansteigt und auch die Abgasemissionswerte nur unwesentlich
ansteigen, so daß dies
keinen ernsthaften Nachteil darstellt.
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Indem somit bei der vorliegenden
Erfindung lediglich eine Einrichtung hinzugefügt wird, um ein Signal zu überwachen,
welches als eine Anzeige der Temperatur der Halbleiterschalterelemente
des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters dient, kann der
Umrichter klein ausgebildet werden und es können weniger kostspielige Halbleiterschalterelemente
verwendet werden und damit kann die Gesamtheit des automatischen
Leerlaufstop-Steuergerätes
wesentlich kompakter und weniger kostspielig ausgeführt werden,
wodurch ein größerer Freiraum
innerhalb des Maschinenraumes eines Fahrzeugs entsteht und die Herstellungskosten
abgesenkt werden können.
Diese Vorteile werden erzielt, ohne die Fahreigenschaften des Fahrzeugs
nachteilig zu beeinflussen.
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Da darüber hinaus kleinere Halbleiterschalterelemente
verwendet werden können,
wird auch die Menge an Wärme,
die durch diese abgestrahlt wird, reduziert. Es kann daher eine
kompaktere oder einfachere Einrichtung zum Kühlen der Halbleiterschalterelemente
verwendet werden, wie beispielsweise eine kleiner bemessene Wärmesenke,
Kühlrippen
usw. Dies ermöglicht
es ferner, daß die
Gesamtgröße und die
Gesamtkosten des automatischen Leerlaufstop-Steuergerätes reduziert
werden.
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Es werden in bevorzugter Weise MOS-Transistoren
als Halbleiterschalterelemente eingesetzt. In diesem Fall kann unmittelbar
sichergestellt werden, daß eine
vorbestimmte zulässige
Temperatur durch die Halbleiterschalterelemente während eines
Maschinenwiederstarts nicht überschritten
wird, der nachfolgend einem automatischen Ma schinenstopvorgang durchgeführt wird,
oder während
die Fahrzeugbatterie geladen wird, was unmittelbar nach dem Maschinenwiederstart
stattfindet.
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Wenn solche MOS-Transistoren verwendet werden,
kann die Gleichrichtung der Wechselstromausgangsenergie des Wechselstrommotors/Generators
dadurch realisiert werden, indem parasitäre Übergangsdioden (zwischen Drain
und Source) dieser Transistoren während des Ladens der Batterie verwendet
werden. Wenn ein solches Aufladen während eines Intervalls unmittelbar
nachfolgend einem Maschinenwiederstart durchgeführt wird, fließen hohe
Stromwerte in den MOS-Transistoren, und zwar im wesentlichen kontinuierlich
während
dieses Intervalls. Es kann jedoch eine Begrenzung des Stromwertes
in einer einfachen Weise erreicht werden, indem die parasitären Junction-Dioden verwendet
werden. Es wird somit möglich,
eine übermäßige Erwärmung der
MOS-Transistoren während
solch eines Batterieladeintervalls zu vermeiden, und zwar ohne die
Notwendigkeit, zusätzliche
Dioden als Gleichrichterdioden verwenden zu müssen. Damit ist solch eine Konfiguration,
bei der parasitären
Junction-Dioden der MOS-Transistoren
verwendet werden, vorteilhaft, und zwar im Vergleich zu herkömmlichen
Typen eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters, der im
allgemeinen eine Kombination aus IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors
= isolierte Gate-Bipolartransistoren) und Gleichrichterdioden verwendet,
da die Konfiguration der vorliegenden Erfindung die gleichen Elemente
während
sowohl der elektrischen Energieerzeugung (Batterieaufladung) und
während
den Maschinenwiederstartoperationen verwendet, so daß die Steuerschaltung
einfach ausgeführt
sein kann, wenn die parasitären
Junction-Dioden
für die
Gleichrichtung verwendet werden.
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Mit einer solchen Konfiguration,
die lediglich MOS-Transistoren verwendet, werden die Spitzenwerte
der Temperatur der Halbleiterschalterelemente, die dann auftreten,
wenn die Temperaturzunahme sich aus den hohen Stromwerten ergibt,
die während der
elektrischen Energieerzeugung fließen (das heißt während der
Batterieaufladung), der Temperaturerhöhung überlagert, die sich aus einem
unmittelbar vorhergehenden Maschinenwiederstartvorgang ergibt. Dies
gilt auch dann, wenn die MOS-Transistoren dazu verwendet werden,
um synchron die elektrische Energieerzeugung gleichzurichten, um
dadurch die Energieverluste zu minimieren, die bei der Gleichrichtung
auftreten, das heißt
bei der die Steuerung des Schaltens der MOS-Transistoren mit der
Drehung des Wechselstrommotors/Generators synchronisiert wird. Es
wird jedoch bei der vorliegenden Erfindung sichergestellt, daß die MOS-Transistoren,
die als Schalterelemente verwendet werden, keinen vorbestimmten
maximalen Temperaturwert überschreiten,
und zwar während
des Maschinenwiederstarts nach einem automatischen Maschinenstopvorgang oder
während
der Batterieaufladung, die unmittelbar nachfolgend dem Maschinenwiederstart
erfolgt.
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Ferner kann bei der vorliegenden
Erfindung der Umrichtertemperatur-Detektorabschnitt als wenigstens
eine Halbleitertemperatur-Detektorschaltung konfiguriert werden
(das heißt
mit einem Temperatursensorelement), die integriert ausgeführt ist,
und zwar mit wenigstens einem der Halbleiterschalterelemente. Die
Temperatur der Halbleiterschalterelemente kann dadurch exakt bestimmt
werden, es kann die Zuverlässigkeit
des Betriebes erhöht
werden und es kann der Temperaturschwellenwert so hoch, wie dies praktisch
sinnvoll ist, eingestellt werden.
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Indem darüber hinaus die MOS-Transistoren bei
dem Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter
bei der Gleichrichtung während
des elektrischen Energieerzeugungsbetriebes des Wechselstrommotors/Generators
verwendet werden und die Kanalströme dieser gleichen MOS-Transistoren
verwendet werden, wenn die Batteriespannung in eine Wechselstromversorgungsspannung
zum Antreiben des Motorgenerators umgesetzt wird, und zwar während eines
Maschinenwiederstartbetriebes, ist es lediglich erforderlich, die
Temperatur eines einzelnen Satzes von Schalterelementen zu detektieren.
Jedoch ist es im Falle eines herkömmlichen Typs eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters,
bei dem sowohl Leistungstransistoren als auch getrennte Gleichrichterdioden
verwendet werden, erforderlich, die jeweiligen Temperaturen der
Transistoren und der Dioden zu detektieren, so daß die Temperaturerfassungskonfiguration
komplexer ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist wie folgt. Der Umrichtertemperatur-Detektorabschnitt kann so
konfiguriert werden, um die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
basierend auf der Umgebungstemperatur des Umrichters zu schätzen oder basierend
auf der Temperatur des Maschinenkühlwassers in Verbindung mit
einer Aufzeichnung der Stromwerte, die in den Halbleiterschalterelementen fließen, und
zwar bis hin zu einem kürzlichen
Zeitpunkt. Das heißt,
es ist bei den herkömmlichen
Typen eines automatischen Leerlaufstop-Steuergerätes wesentlich, eine Einrichtung
vorzusehen, um direkt die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
zu detektieren (und auch im allgemeinen der Gleichrichterdioden)
eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters. Bei der vorliegenden
Erfindung kann jedoch ein äquivalentes
Schaltungsmodell der Wärmeabstrahlung
bei diesen Schalterelementen erstellt werden, und zwar bereits im
voraus und in einem Speicher abgelegt werden, und kann dann dazu
verwendet werden, um die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
basierend auf der Umgebungstemperatur zu schätzen (welches die aktuelle
Umgebungstemperatur des Umrichters sein kann oder die Atmosphärentemperatur,
die durch einen vorhandenen Sensor detektiert wird), oder es kann
die Maschinenkühlwassertemperatur
herangezogen werden, das heißt
Werte, die im allgemeinen bereits durch ein existierendes Maschinensteuersystem
eines Fahrzeugs gemessen werden, in Verbindung mit einer Geschichte
der Stromwerte, die in den Schalterelementen geflossen sind.
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Da allgemein Mittel vorgesehen sind,
um die Stromwerte zu detektieren, die in den Schalterelementen eines
Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters fließen, und
zwar zum Zwecke der Steuerung der Umrichteroperation, und da eine
Korrelation zwischen den Wärmemengen
besteht, die in den Halbleiterschalterelementen erzeugt wird, und
den Werten des Stromes besteht, der in diesen Schalterelementen
fließt
(das heißt
eine Beziehung, die bei dem zuvor erwähnten äquivalenten Schaltungsmodell
verwendet wird), wird es nicht mehr erforderlich, irgendeine zusätzliche
Einrichtung vorzusehen, um die Werte des Stromes zu detektieren,
der in den Halbleiterschalterelementen fließt. Somit kann die Temperatur
der Schalterelemente in einem ausreichenden Genauigkeitsgrad geschätzt werden,
unter Verwendung eines äquivalenten
Schaltungsmodells zusammen mit Informationen, die durch bereits
vorhandene Sensorvorrichtun gen des Fahrzeugs geliefert werden. Auf
diese Weise kann das automatische Leerlaufstop-Steuergerät weiter
vereinfacht werden und somit können
auch die Herstellungskosten gesenkt werden.
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In dem einfachsten Fall kann die
Zeit, die verstrichen ist seit dem letzten Auftreten von maximalen
Werten des Stromes, der in den Halbleiterschalterelementen fließt (das
heißt
die Zeit, die verstrichen ist seit dem letzten Maschinenwiederstart), kann
gemessen werden und es kann die Ausführung einer automatischen Maschinenstopoperation
zu dieser Zeit verhindert werden, wenn die verstrichene Zeit kürzer ist
als ein vorbestimmter minimaler Warteintervall unter einer Bedingung,
bei der die Umgebungstemperatur oder die Maschinenkühlwassertemperatur
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist wie folgt. Als Kühlanordnung
für einen
Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter werden Vorrichtungen
wie Kühlrippen
und eine Wärmesenke
in typischer Weise verwendet und diese bilden einen wesentlichen
Teil des Gesamtgewichtes und der Größe des Umrichters. Da somit
die vorliegende Erfindung die Möglichkeit
schafft, daß der
maximale Betrag der Wärme,
die durch den Umrichter abgestrahlt wird, wesentlich reduziert wird,
können
solche Kühlvorrichtungen
kleiner und im Gewicht geringer ausgebildet werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt, wenn
Mittel vorgesehen werden, um den Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichtung
durch einen Fluß des Maschinenkühlwassers
zu kühlen,
wird der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
so konfiguriert, um einen automatischen Maschinenstopbetrieb zu
verhindern bzw. zu verhindern, daß dieser ausgeführt wird,
wenn die Temperatur des Maschinenkühlwassers einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet.
Auf diese Weise wird sichergestellt, daß dann, wenn die Wirksamkeit
der Kühlung des
Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters übermäßig stark reduziert wurde,
und zwar auf Grund einer hohen Temperatur des Maschinenkühlwassers (das
heißt
das Kühlmittel,
welches in dem Radiator des Fahrzeugs gekühlt wird), eine Beschädigung oder
Zerstörung
der Halbleiterschalterelemente vermieden werden kann. Da somit in
diesem Fall eine Einrichtung zum Detektieren der Maschinenkühlwassertemperatur
bereits an dem Fahrzeug installiert ist, ist es nicht mehr erforderlich,
einen zusätzlichen
Sensor zum Detektieren eines Zustandes vorzusehen, bei dem die Effizienz
der Kühlung
der Halbleiterschalterelemente übermäßig niedrig
geworden ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt können die Halbleiterschalterelemente
eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters eines automatischen
Leerlaufstop-Steuergerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf einer Schaltungsplatine montiert werden und es kann
eine Sensorelektrode zum Detektieren der Temperatur der Halbleiterschalterelemente
auf der gleichen Schaltungsplatine montiert werden, das heißt in der
Nähe von
jedem der Schaltelemente. Es wird auf diese Weise nicht mehr erforderlich,
eine getrennte Temperaturfühleinrichtung
vorzusehen, und zwar für
jedes der Halbleiterschalterelemente, so daß die Schaltungskonfiguration
vereinfacht werden kann.
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Indem ein geeigneter Typ einer Keramik-Schaltungsplatine
verwendet wird und indem der Temperatursensor dicht bei der Schaltungsplatine angebracht
wird (z.B. unter Verwendung eines synthetischen Harzklebstoffs),
wird die Wärmeabstrahlung
der Schaltelemente effektiv auf den Temperatursensor übertragen.
Auf diese Weise wird es möglich, im
wesentlichen exakt die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
einzuschätzen,
und zwar unter Verwendung von lediglich einem oder einer kleinen
Anzahl von Temperatursensoren.
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Alternativ kann jedes der Halbleiterschalterelemente
dicht an einer Wärme
absorbierenden oder Wärme übertragenden
Wärmesenke
angebracht werden, wobei wenigstens ein Temperatursensor dicht bei
der Wärmesenke
angebracht wird. Auf diese Weise kann die Temperatur von allen den
Halbleiterschalterelementen im wesentlichen exakt eingeschätzt werden,
und zwar unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Temperatursensoren,
da lediglich ein kleiner Betrag eines thermischen Widerstandes zwischen
den Halbleiterschalterelementen und der Wärmesenke besteht, an der diese
angebracht sind. Somit kann eine Temperaturerhöhung der Halbleiterschalterelemente
sehr schnell durch den Temperatursensor oder die Temperatursensoren
detektiert werden.
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Die Wärmesenke wird in bevorzugter
Weise aus einem Metall hergestellt, wobei die Chips (das heißt die Würfel) der
Halbleiterschalterelemente dicht daran angebracht sind, um auf diese
Weise die Wärme
zu absorbieren, die durch die Schaltelemente erzeugt wird, oder
um die Wärme
auf die externe Kühleinrichtung
zu übertragen.
Es sei darauf hingewiesen, daß eine
Elektrode der Schaltelemente, die aus Metall gebildet ist, eine
Wärmesenke
darstellen kann, wie dies für
die vorliegende Erfindung festgelegt wird.
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Der Temperatursensor kann direkt
an der Wärmesenke
angebracht sein oder er kann indirekt über eine Schicht eines Materials
angebracht sein, welches einen hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Wärmeübertragung
besitzt. Wenn beispielsweise ein Temperatursensor auf einer Schaltungsplatine
montiert wird, die aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, kann
der Sensor fest an der Schaltungsplatine mit Hilfe eines Materials
befestigt werden, welches einen hohen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung
besitzt. Ferner kann eine Sammelschiene, welche die jeweiligen Schalter
der Halbleiterschalterelemente verbindet, als ein Wärmeübertragungsteil
dienen.
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Es entsteht eine Temperaturdifferenz
zwischen dem jeweiligen Wärmeteil
der Wärmesenke (das
heißt,
an welchem die Halbleiterschalterelemente angebracht sind) und einer
Kühlquelle
(beispielsweise einer externen Oberfläche der Wärmesenke, die einer externen
Luft ausgesetzt ist oder in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, oder
einer Wärmeabstrahlfläche, die
durch ein Motorgehäuse
gebildet ist). Es ist somit wünschenswert,
daß der
Temperatursensor an einer Stelle angebracht wird, die so dicht wie
möglich
an dem Teil mit der höchsten
Temperatur der Wärmesenke
gelegen ist. Der springende Punkt dabei ist jedoch, daß der Temperatursensor
an der Schaltungsplatine der Halbleiterschalterelemente des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters montiert
werden soll, da dies die Montage des Temperatursensors vereinfacht
und auch die Möglichkeit schafft,
daß die
Verdrahtung der gedruckten Schaltung der Schaltungs platine dazu
verwendet werden kann, um Leitungsdrähte für den Temperatursensor zu liefern.
Damit können
die Konstruktion und das Verdrahtungslayout vereinfacht werden.
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Darüber hinaus kann ein Metallteil,
welches aus einer Elektrode der Halbleiterschalterelemente besteht,
als Wärmesenke
verwendet werden. In diesem Fall kann einer oder können mehrere
Temperatursensoren dicht an der jeweiligen Elektrode angebracht
sein, und zwar mit Hilfe eines elektrisch isolierenden Materials,
wie beispielsweise einem synthetischen Harzklebemittel. Alternativ,
wenn Temperatursensor durch Formung gebildet wird, und zwar unter Verwendung
eines elektrisch isolierenden Materials, wie beispielsweise eines
synthetischen Harzes, kann es möglich
sein, einen synthetischen Harzabschnitt des Temperatursensors direkt
an der Elektrode anzubringen.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann
der Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter fest an einem Gehäuse des
Wechselstrommotors/Generators angebracht werden. Wenn dies ausgeführt wird,
können
die Längen
der Verdrahtung zwischen dem Wechselstrommotor/Generator und dem
Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter kurz ausgeführt werden
und der durch solch eine Verdrahtung belegte Raum kann reduziert
werden, wobei aber gleichzeitig bzw. zusätzlich elektrische Verluste
in der Verdrahtung abgesenkt werden können und die Emission von elektrischen
Störsignalen
auf Grund von hochfrequenten Strömen
in der Verdrahtung ebenfalls reduziert werden kann. Da der Wechselstrommotor/Generator
selbst Wärme
erzeugt, kann bei solch einer Konfiguration die maximal zulässige Temperatur
eines Sensors, der die Temperatur des Wechselstrommotors/Generators
detektiert, überschritten
werden. Wenn jedoch ein Temperatursensor auf der Schaltungsplatine
des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters montiert wird und
der Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter an dem Gehäuse des
Wechselstrommotors/Generators montiert ist, kann dieser Temperatursensor
dazu verwendet werden, um die Temperatur des Wechselstrommotors/Generators
zu überwachen.
Selbst wenn in diesem Fall die Temperatur, die durch diesen Temperatursensor
detektiert wird. innerhalb der maximalen zulässigen Temperatur für die Halbleiterschalterelemente
des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters liegt, kann das System
so konfiguriert werden, um eine automatische Maschinenstopoperation
zu verhindern, wenn die maximal zulässige Temperatur des Wechselstrommotors/Generators
als überschritten
festgestellt wird. Selbst wenn bei solch einer Konfiguration der
Temperatursensor (oder die Temperatursensoren) mit den Halbleiterschalterelementen
integriert ist bzw. integriert sind, und zwar von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter,
kann die Temperatur des Wechselstrommotors/Generators zuverlässig detektiert
werden, dies kann erreicht werden, wenn der Temperatursensor dicht
an einer Wärmesenke
angebracht wird, durch die Wärme
effizient von dem Gehäuse
des Wechselstrommotors/Generators übertragen werden kann.
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Auf diese Weise kann der Temperatursensoren)
dazu verwendet werden, um in zuverlässiger Weise die Temperatur
von sowohl den Halbleiterschalterelementen als auch von dem Wechselstrommotor/Generator
zu detektieren.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann
das System in solcher Weise konfiguriert werden, daß der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
beurteilt, ob die Temperatur, die durch den Umrichtertemperatur-Detektionsabschnitt
detektiert wird, einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
wenn ein Maschinenwiederstart durchgeführt wird, und zwar nachfolgend
einer automatischen Maschinenstopoperation, und der Steuerabschnitt
das Ausführen
der automatischen Maschinenstopoperation zu diesem Zeitpunkt verhindert,
wenn die Beurteilung so lautet, daß der erste Schwellenwert überschritten
wurde, und ferner eine Beurteilung ausführt, ob die Temperatur, die
durch den Umrichtertemperatur-Detektionsabschnitt detektiert wird,
einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert zu diesem Zeitpunkt überschreitet,
wenn eine Batterieladeoperation auszuführen ist, und zwar unmittelbar
nachfolgend einem Maschinenwiederstartvorgang, und der Steuerabschnitt
dann den Pegel des Batterieladestromes begrenzt, indem der Wert
der elektrischen Energie begrenzt wird, der durch den Wechselstrommotor/Generator
erzeugt wird (das heißt
durch Reduzieren des Erregerstroms), wenn beurteilt wird, daß der zweite
Schwellenwert überschritten
wurde.
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In bevorzugter Weise wird der Schwellenwert der
Temperatur, bei dem die Energieerzeugungsbegrenzung durchgeführt wird
(während
der Batterieladung) höher
eingestellt als der Schwellenwert der Temperatur, für die die
automatische Maschinenstopoperation verhindert wird. Auf diese Weise
kann zuverlässig
sichergestellt werden, daß eine
Beschädigung
oder Zerstörung
der Halbleiterschalterelemente während
des Maschinenwiederstarts nicht auftritt, und zwar nachfolgend einem
automatischen Maschinenstopvorgang.
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Als eine Alternative zu einem Verfahren
zum Begrenzen des Ladestromes kann das System ferner den Gleichstromanlassermotor
des Fahrzeugs verwenden. In diesem Fall führt der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
eine Steuerung in solcher Weise durch, daß dann, wenn ein Maschinenwiederstart
auszuführen
ist, und zwar nachfolgend einer automatischen Maschinenstopoperation,
und beurteilt wird, daß die
Temperatur, die durch den Temperaturdetektionsabschnitt des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
detektiert wurde, einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
der Gleichstromanlassermotor angetrieben wird, um den Maschinenwiederstart
durchzuführen,
anstatt durch den Wechselstrommotor/Generator.
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Das heißt mit anderen Worten, gemäß dem oben
erläuterten
Aspekt der Erfindung, wenn die Maschine angehalten wurde und dann
wieder gestartet wird, und wenn das System voraussagt (basierend auf
einer Überwachung
des invertertemperatur-bezogenen Signals), daß die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
einen zulässigen
Wert überschreiten
wird, wenn die Maschinenwiederstartoperation ausgeführt wird,
und zwar zu diesem Zeitpunkt unter Verwendung des Wechselstrommotors/Generators, dann
die Steuerung so ausgeführt
wird, bei der dann der Anlassermotor verwendet wird, um den Maschinenwiederstart
durchzuführen.
Wenn auf diese Weise die Temperatur der Halbleiterschalterelemente
einen übermäßig hohen
Wert erreicht hat, und zwar nachfolgend einer automatischen Maschinenstopoperation,
wird eine Beschädigung
der Halbleiterschalterelemente auf Grund der Zufuhr des Treiberstromes
zu dem Wechselstrommotor/Generator zu diesem Zeitpunkt für den Maschinenwiederstart
verhindert. Da jedoch solche eine Bedingung oder Zustand nicht häufig auftritt,
führt diese
Verwendung des Anlassermotors nicht zu einem übermäßigen Verschleiß von diesem
Motor.
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Gemäß einem anderen Aspekt können die Halbleiterschalterelemente
jeweils MOS-Transistoren aufweisen, wobei der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
eine Schaltsteuerung bei den MOS-Transistoren ausführt, um
eine synchrone Gleichrichtung der Wechselstromenergie durchzuführen, die
von dem Wechselstrommotor/Generator während des Elektrizitätserzeugungsbetriebes
des Wechselstrommotors/Generators erzeugt wird, und wobei der Schwellenwert
der Temperatur in solcher Weise ausgewählt wird, daß eine maximale zulässige vorbestimmte
Temperatur der MOS-Transistoren nicht überschritten wird, wenn der
Maschinenwiederstartbetrieb durchgeführt wird, und zwar folgend
auf eine automatische Maschinenstopoperation, und auch nicht überschritten
wird, wenn die Batterieladeoperation nachfolgend dem Maschinenwiederstartbetrieb
durchgeführt
wird.
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In diesem Fall wird anstelle der
Verwendung der parasitären
Junction-Dioden der MOS-Transistoren für die Gleichrichtung eine Schaltsteuerung
realisiert, um die Zeitlagen der Schaltvorgänge der MOS-Transistoren in
Einklang mit der Richtung des Stromflusses von dem Wechselstrommotor/Generator
zu steuern, das heißt
in solcher Weise zu steuern, da der Stromfluß durch die Kanalzonen der MOS-Transistoren
ausgenutzt wird. Dies dient auch dazu, das Ausmaß des Energieverlustes in dem MOS-Transistoren
zu reduzieren, so daß dadurch
die Temperatur reduziert wird, die während eines Maschinenwiederstarts
durch die MOS-Transistoren erreicht wird. Zusätzlich hat dies, verglichen
mit der herkömmlichen
Verwendung von IGBTs und den Gleichrichterdioden, um den Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter
zu bilden, den Vorteil, daß die
gleichen Schalterelemente für
sowohl die Gleichrichtung als auch die Wechselstrommotor/Generator-Spannung
verwendet werden, und zwar für
die Aufladung der Batterie und auch für die Durchführung der
Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Umwandlung der Batteriespannung zum
Antreiben des Wechselstrommotors/Generators während eines Maschinenwiederstarts
nachfolgend einer automatischen Maschinenstopoperation.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein System-Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines automatischen
Leerlaufstop-Steuergerätes;
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2 zeigt
eine Draufsicht, die einen Temperatursensor veranschaulicht, der
zusammenhängend
oder einstückig
mit einem MOS-Transistor eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters ausgebildet
ist;
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
der ersten Ausführungsform;
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4 zeigt
ein Flußdiagramm
einer Steuerroutine, die periodisch durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt
der ersten Ausführungsform
ausgeführt
wird;
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5 ist
ein Zeitsteuerdurchmesser zum Beschreiben der Steueroperation, die
bei der ersten Ausführungsform
durchgeführt
wird, um einen übermäßigen Temperaturanstieg
des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters zu verhindern;
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines herkömmlichen
Typs eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters;
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Konfiguration des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters,
der in 3 gezeigt ist;
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8 zeigt
ein System-Blockdiagramm einer sechsten Ausführungsform, bei der ein Gleichstromanlassermotor
für den
Maschinenwiederstart verwendet werden kann, und zwar unter einer
Bedingung gemäß einer
hohen Temperatur des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters;
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9 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform von 1, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter
so konfiguriert ist, daß er
innerhalb des Gehäuses
des Wechselstrommotors/Generators montiert werden kann;
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10 ist
eine schräge
Ansicht, welche die Konstruktion des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
von 9 veranschaulicht;
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11 zeigt
eine Querschnittsansicht entsprechend 9,
wobei eine alternative Konstruktion für den Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
wiedergegeben ist;
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12 ist
ein Flußdiagramm
einer alternativen Steuerroutine gegenüber derjenigen von 4, die bei der sechsten
Ausführungsform
verwendet wird;
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13 ist
ein Flußdiagramm
einer alternativen Steuerroutine gegenüber derjenigen von 4, die bei einer siebten
Ausführungsform
verwendet wird;
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14 ist
ein Flußdiagramm
einer alternativen Steuerroutine gegenüber derjenigen von 4, wobei eine Zeitdauer,
die von einer vorhergehenden Maschinenwiederstartoperation verstrichen
ist, als ein Parameter bei der Beurteilung verwendet wird, ob eine
automatische Maschinenstopoperation verhindert werden soll; und
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15 ist
ein allgemeines System-Blockdiagramm der siebten Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
ein konzeptmäßiges System-Blockdiagramm
einer Ausführungsform
eines automatischen Leerlaufstop-Steuergerätes, welches in einem Fahrzeug
installiert ist, wobei das Gerät
aus einem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 und
einem Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 gebildet ist,
welches einen Wechselstrommotor/Generator 21 und einen
Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter 22 inkorporiert,
wobei das Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 gesteuert
wird, um eine Gleichstromversorgungsspannung zum Laden einer Batterie 3 zu
erzeugen und um die Batteriespannung in eine Wechselstromversorgungsspannung
umzuwandeln, um den Wechselstrommotor/Generator 21 zum
wieder Starten der Fahrzeugmaschine anzutreiben (in der Zeichnung
nicht dargestellt), und zwar nachdem eine automatische Maschinenstopoperation
durchgeführt
worden ist. Bei der folgenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Umrichter", wenn dieser alleine
verwendet wird, einen Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter.
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Der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 bestimmt,
wann eine automatische Maschinenstopoperation oder ein Maschinenwiederstart
auszuführen
ist, und zwar basierend auf Fahrzeugstatusinformationen, wie beispielsweise der
Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Bremszustand (z.B. das Ausmaß der Betätigung des
Bremspedals), und basierend auf Informationen, welche die Temperatur
eines Satzes von MOS-Transistoren 220 des Umrichters 22 betreffen,
die von einem Temperaturdetektorabschnitt bzw. -detektorschaltung 27 zugeführt werden
(im folgenden beschrieben), und wobei die Statusinformationen oder
extern zugeführte
Befehle (in der Zeichnung nicht gezeigt) verwendet werden, beispielsweise
basierend auf einer Aktion des Fahrzeugfahrers, die die Absicht
anzeigt, daß das Fahrzeug
sich zu bewegen beginnen soll, und zwar nachdem eine automatische
Maschinenstopoperation aufgetreten ist. Wenn beurteilt wird, daß eine automatische
Maschinenstopoperation oder eine automatische Maschinenwiederstartoperation
durchgeführt
werden soll, erzeugt der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 Befehle
zur Ausführung
dieser Operation und sendet diese Befehle zu dem Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 (und im
Falle des Anhaltens der Maschine zu einem Steuergerät, wie beispielsweise
einer Maschinen-ECU, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist).
Eine detaillierte Beschreibung der Steuerverarbeitung, die durch
den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 durchgeführt wird,
um das Stoppen und wieder Starten der Maschine zu bewirken, ist
für die
vorliegende Erfindung nicht relevant und wird daher hier weggelassen.
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Zusätzlich zu dem Wechselstrommotor/Generator 21 enthält das Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 eine
Gate-Treiberschaltung 23, die in Kombination mit den MOS-Transistoren 220 im
wesentlichen den Umrichter 22 bildet, wobei die Gate-Treiberschaltung 23 in
Einklang mit einem Winkelpositionssignal arbeitet, welches von einem
Rotationssensor 26 zugeführt wird. Das Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 enthält ferner
die zuvor erwähnte
Temperaturdetektorschaltung 27, eine Elektrizitätserzeugungs-
und Steuerschaltung 24, die Betriebsbefehle der Gate-Treiberschaltung 25 zuführt, und
enthält
eine Erregungs-Treiberschaltung 25. Der Umrichter 22 besteht
aus einem Dreiphasen-Umrichter, wobei jeder der MOS-Transistoren 220 eine
interne parasitäre
Junction-Diode zwischen den Drain- und Source-Elektroden aufweist
und wobei diese Dioden dazu verwendet werden, um einen Gleichrichtungsbetrieb
durchzuführen,
wie dies im folgenden noch beschrieben wird.
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Der Wechselstrommotor/Generator 21 besteht
aus einem Feldwicklungstyp einer Synchronmaschine, die Statorwicklungen
aufweist, welche so angeschlossen sind, um elektrische Energie von
dem Umrichter 22 bei einer Maschinenwiederstartoperation
zu empfangen, um elektrische Energie dem Umrichter 22 während der
Aufladung der Batterie 3 zuzuführen. Der Erregerstrom für die Feldwicklung
des Umrichters 22 wird von der Erregungs-Treiberschaltung 25 zugeführt, die
so angeschaltet ist, um eine Gleichstromversorgungsspannung von
dem Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 zu empfangen oder
eine Ausgangsgleichspannung von dem Umrichter 22 zu empfangen,
wie dies gezeigt ist.
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Die Elektrizitätserzeugungs- und Steuerschaltung 24 sendet
Betriebsbefehle zu der Gate-Treiberschaltung 23 in Einklang
mit den Befehlen zur Ausführung
einer automatischen Maschinenstopoperation oder einer Maschinenwiederstartoperation,
die von dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 in
der oben beschriebenen Weise zugeführt werden. Wenn ein Befehl
zur Ausführung
einer automatischen Maschinenstopoperation durch die Gate-Treiberschaltung 23 empfangen wird,
setzt diese alle MOS-Transistoren 220 in den Ausschaltzustand
(das heißt
in den nicht-leitenden Zustand). Wenn ein Befehl zum Bewirken eines
Maschinenwiederstarts nachfolgend durch die Gate-Treiberschaltung 23 empfangen
wird, beginnt diese eine synchrone Steuerung der Schaltoperationen
durchzuführen,
welche durch die MOS-Transistoren 220 realisiert werden,
und zwar basierend auf dem Winkelpositionssignal von dem Rotationssensor 26,
wodurch dann der Umrichter 22 elektrische 3-Phasen-Wechselstromenergie
zum Antreiben des Wechselstrommotors/Generators 21 zuführt.
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Bei dieser Ausführungsform führt, während der
Wechselstrommotor/Generator 21 durch die Maschine in Drehung
versetzt wird und dadurch elektrische 3-Phasenenergie dem Umrichter 22 zuführt, der Umrichter 22 eine
Gleichrichtung durch, um eine Gleichstromversorgungsspannung zum
Aufladen der Batterie 3 zu erhalten, und zwar unter Verwendung der
zuvor erläuterten
parasitären
Junction-Dioden der MOS-Transistoren 220. Dies hat den
Vorteil einer einfachen Schaltungsanordnung zur Durchführung solch
einer Gleichrichtung. Als Alternative kann jedoch, obwohl Einzelheiten
nicht in 1 dargestellt sind,
die Gate-Treiberschaltung 23 mit den MOS-Transistoren 220 so
verbunden werden, daß nicht
nur die Gate-Elektrodenspannung von jedem Transistor gesteuert wird,
sondern auch die Spannung detektiert wird, die an einer Elektrode
von jedem Transistor erscheint, oder der Pegel bzw. Wert des Stromes
detektiert wird, der durch jeden der MOS-Transistoren 220 hindurch
fließt.
In diesem Fall kann die Gate-Treiberschaltung 23 in
solcher Weise konfiguriert werden, daß dann, wenn der Wechselstrommotor/Generator 21 durch
die Fahrzeugmaschine angetrieben wird, die Gate-Treiberschaltung 23 die Spannungs-
oder Stromflußinformationen
für jeden
der MOS-Transistoren 220 dazu
verwendet, um eine synchrone Gleichrichtung der elektrischen 3- Phasen-Wechselstromenergie
von dem Wechselstrommotor/Generator 21 durchzuführen, um
die Gleichstromversorgungsspannung zum Laden der Batterie 3 zu
erhalten.
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Bei dieser Ausführungsform wird, wie in der vereinfachten
Draufsicht von 2 veranschaulicht ist,
ein Temperatursensorelement 271 auf einem Teil des Halbleiterchips
von einem der MOS-Transistoren 220 ausgebildet. Die Temperaturdetektorschaltung 27 ist
aus diesem Temperatursensorelement 271 gebildet, welches
aus einer PN-Junction-Diode
besteht, und zwar in Verbindung mit einer Stromregelschaltung (in
den Zeichnungen nicht dargestellt), einer Spannungsverstärkerschaltung
(in den Zeichnungen nicht dargestellt), einer A/D-Wandlerschaltung
(in den Zeichnungen nicht dargestellt) usw. Es wird bewirkt, daß ein festgelegter
Stromwert durch das Temperatursensorelement 271 hindurch
fließt,
und daß ein
Spannungsabfall über
der Diode, der aus dem Stromfluß resultiert,
verstärkt
wird und in ein digitales Signal umgewandelt wird, dessen Wert die
Temperatur der MOS-Transistoren 220 anzeigt.
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Wie im folgenden noch beschrieben
wird, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung solch einer Anordnung
beschränkt,
um Informationen zu erhalten, welche die Temperatur der MOS-Transistoren 220 anzeigen,
und es wird gemäß den anhängenden Ansprüchen ein
Signal durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 verwendet, um
die Temperatur der Halbleiterschalterelemente zu erhalten, wie beispielsweise
ein digitales Signal, welches basierend auf dem Temperatursensorelement 271 abgeleitet
wird und welches auch als ein "umrichtertemperatur-bezogenes Signal" bezeichnet wird.
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Das digitale Signal wird periodisch
zu dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 übertragen,
der die Temperatur der MOS-Transistoren 220 durch verarbeiten
dieses Signals erhält.
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Als eine Alternative zur Verwendung
des Temperatursensorelements 271 ist es in gleicher Weise
möglich,
verschiedene andere Typen von Temperaturfühlvorrichtungen und Schaltungsanordnungen
zu verwenden, die wenigstens teilweise mit einem oder mit mehreren
der MOS-Transistoren 220 integriert sein kann, um ein umrichtertemperatur-bezogenes Signal
abzuleiten.
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Wie in 1 gezeigt
ist, sind drei Paare von MOS-Transistoren 220 vorhanden,
wobei die Paare mit jeweils einer der Statorwicklungen des Wechselstrommotors/Generators 21 für die drei
Phasen verbunden sind, wobei ein Transistor von jedem Paar (in einer
oberen Position in 1 gezeigt)
mit dem positiven Anschluss der Batterie 3 verbunden ist
und der andere Transistor von jedem Paar (in einem unteren Abschnitt
bzw. Position in 1 gezeigt)
mit dem negativen Anschluss der Batterie 3 verbunden ist.
Wie in der Querschnittsansicht des Umrichters 22 in 3 veranschaulicht ist, sind
die drei MOS-Transistoren 220, die an der oberen Position
in 1 gezeigt. sind,
und zwar entsprechend der jeweiligen Phasen, an der oberen Fläche einer
Schaltungsplatine 221 montiert, die aus einem elektrisch
isolierenden Material hergestellt ist. Die verbleibenden drei MOS-Transistoren 220 (in 3 nicht gezeigt) sind an
der unteren Fläche
der Schaltungsplatine 221 montiert.
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Wie oben beschrieben ist, ist es
möglich,
lediglich eine einzelne Temperaturdetektorschaltung 27 zu
verwenden, die mit einem der MOS-Transistoren 220 integriert
ausgebildet ist, und zwar in Verbindung mit Schaltungen zum Ableiten
eines einzelnen digitalen Temperaturanzeigesignals. Es kann jedoch zu
bevorzugen sein, die gleiche Anordnung für jeden der MOS-Transistoren 220 vorzusehen,
wobei eine Vielzahl an digitalen Temperaturanzeigesignalen erhalten
werden und zu dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 übertragen
oder gesendet werden.
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Alternativ können ein Temperatursensorelement 271 und
zugeordnete Schaltungen lediglich für jeden der MOS-Transistoren 220 vorgesehen
werden, die an der oberen Fläche
der Schaltungsplatine 221 montiert sind, und die resultierenden
digitalen Temperaturanzeigesignale können dann zu dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt übertragen
oder gesendet werden.
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Wie in 3 gezeigt
ist, ist die Schaltungsplatine 221 mit einer Wärmesenke 223 ausgestattet, die
in engem Kontakt mit dieser befestigt ist. Die Wärmesenke 223 ist mit
Kühlrippen 222 ausgestattet,
die aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, einer Aluminiumlegierung
oder aus Kupfer gebildet sind. Ein Randabschnitt 224, der
aus einem synthetischen Harzmaterial hergestellt ist, ist um die
gesamte äußere Peripherie
der Wärmesenke 223 über den Kühlrippen 222 ausgebildet,
wobei der obere Abschnitt des Randabschnitts 224 durch
eine Abdeckplatte 225 eingefaßt ist. Es kann somit verstanden werden,
daß die
Konstruktion, die in 3 gezeigt ist,
in einer ähnlichen
Weise wie der übliche
Typ eines Leistungs-Halbleitergerätes hergestellt werden kann.
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Die Antriebswelle des Wechselstrommotors/Generators 21 ist
so angekuppelt, daß sie
die Kurbelwelle der Fahrzeugmaschine antreiben kann und von dieser
angetrieben wird (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Die Art der
Verwendung eines Motorgenerators zum Antreiben einer Maschine, um
einen Maschinenwiederstart zu bewirken, und das angetrieben werden
zum Erzeugen von elektrischer Energie durch die Maschine und die
Steuerung der elektrischen Energieerzeugungsoperation des Wechselstrommotor/Generator-Gerätes 2 sind
gut bekannt, so daß eine
detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
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4 ist
ein Flußdiagramm
einer Steuerroutine, die periodisch durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 dieser
Ausführungsform
ausgeführt
wird, um das Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 zu steuern. Zuerst wird
bei einem Schritt 1 eine Entscheidung getroffen, basierend auf den
zuvor erläuterten
Fahrzeugstatusinformationen, die zu dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 zugeführt werden,
ob eine automatische Maschinenstopoperation zu diesem Zeitpunkt
durchgeführt
werden soll. Wenn das Ergebnis dabei "JA" lautet,
dann wird die Temperatur der MOS-Transistoren 220 basierend
auf dem digitalen Signal oder den digitalen Signalen erhalten, die
von der Temperaturdetektorschaltung 27 zugeführt wird bzw.
werden (Schritt S2). Wenn eine Vielzahl der Temperaturanzeigedigitalsignale
dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 in der
oben beschriebenen Weise zugeführt
werden, dann wird der höchste
Temperaturwert, der von diesen abge leitet wird, als Umrichtertemperatur
genommen, das heißt
die Temperatur der MOS-Transistoren 220.
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Als nächstes wird eine Entscheidung
dahingehend getroffen, ob die Umrichtertemperatur einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet,
wie beispielsweise 110°C
(Schritt S3). Wenn dieser Schwellenwert überschritten wird, dann wird
ein Befehl zu der Elektrizitätserzeugungs-
und Steuerschaltung 24 des Wechselstrommotor/Generator-Gerätes 2 gesendet,
um jegliche Ausführung
einer automatischen Maschinenstopoperation zu diesem Zeitpunkt (Schritt
S4) zu verhindern, und die Steuerroutine wird dann beendet. Wenn
der Schwellenwert nicht überschritten
wird, dann wird ein Befehl gesendet, z.B. zu einer Maschinen-ECU
des Fahrzeugs, der bewirkt, daß ein
Maschinenstop durchgeführt
werden kann (Schritt SS).
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Es wird dann eine Wartephase durchgeführt, bis
beurteilt worden ist, daß die
Maschine wieder gestartet werden muss (Schritt S6). Wenn dies stattfindet,
wird ein Befehl zu der Elektrizitätserzeugungs- und Steuerschaltung 24 gesendet,
der anzeigt, daß die
Wechselstromenergie von dem Umrichter zugeführt werden soll, um den Wechselstrommotor/Generator 21 anzutreiben
(Schritt S7). Als Nächstes
wird eine Entscheidung getroffen, ob das Maschinenwiederstarten
vervollständig
worden ist (Schritt S8), und zwar basierend auf den Statusinformationen,
wie beispielsweise der Maschinendrehzahl usw. Wenn beurteilt wird,
daß der
Maschinenstart vervollständigt
worden ist, wird ein Befehl zu der Elektrizitätserzeugungs- und Steuerschaltung 24 gesendet,
um die Wiederstartoperation zu beenden, das heißt, um dadurch die Zufuhr der
Wechselstromenergie zum Zuführen
der Wechselstromenergie zu dem Wechselstrommotor/Generator 21 durch
gesteuertes Schalten der MOS-Transistoren 220 zu beenden.
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Es wird dann eine 3-Phasen-Wechselstromversorgung
angefangen bzw. durch den Wechselstrommotor/Generator 21 erzeugt
und es wird eine 3-Phasen-Gleichrichtung automatisch durch die parasitären Junction-Dioden
der MOS-Transistoren 220 durchgeführt, um eine Gleichspannung
zu erzeugen. Wenn die Maschinendrehzahl auf einen ausreichend hohen
Wert ansteigt, überschreitet
der Pegel der Gleichspannung die Span nung der Batterie 3,
so daß der
Ladevorgang der Batterie 3 beginnt. Die Batterie 3,
deren Ladezustand durch die Maschinenwiederstartoperation abgenommen
hat, wird dadurch wieder erneuert, und zwar auf deren normalem Zustand.
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Alternativ ist es, wie oben beschrieben
wurde, auch möglich,
daß der
Umrichter 22 die Steuerung der MOS-Transistoren 220 durchführt, um
eine synchrone Gleichrichtung zu erreichen, und zwar während dieses
Batterieaufladebetriebes, um die Energieverluste dadurch zu reduzieren.
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Während
der nachfolgenden elektrischen Energieerzeugung steuert die Erregungstreiberschaltung 25 den
Wert des Erregerstromes, der in die Erregerwicklung des Wechselstrommotors/Generators 21 fließt, und
zwar in Einklang mit der Spannung der Batterie, z.B. durch variieren
des Tastverhältnisses
zum Steuern eines Schaltelements (in den Zeichnungen nicht gezeigt),
und zwar in solcher Weise, um die Ausgangsspannung aus dem Umrichter 22 zu steuern,
um die Batterie 3 auf einem geeigneten Ladewert zu halten.
Solch ein Verfahren einer Steuerung ist gut bekannt.
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Als ein Ergebnis der oben erläuterten
Steuerung des Wechselstrommotor/Generator-Gerätes 2 wird dann, wenn
die Temperatur des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters
einen vorbestimmten Wert überschreitet,
jegliche Ausführungsform
der automatischen Maschinenstopoperation verhindert. Damit sind
die Anforderungen nach einer Kühlung
der MOS-Transistoren 220 wesentlich niedriger als dies
beim Stand der Technik erforderlich ist, so daß das Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 kompakter
und im Gewicht leichter ausgeführt
werden kann.
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Es wird nun die Betriebsweise dieser
Ausführungsform
weiter unten unter Hinweis auf 5 beschrieben,
die die jeweiligen entsprechenden Zeitsteuerdiagramme für den Umrichterstrom
darstellt (das heißt
den Wert des Stromes, der von dem Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichter
der Batterie 3 zugeführt
wird) für
die Umrichtertemperatur (das heißt dem Temperaturwert, der
durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 in
der oben beschriebenen Weise erhalten wird), und für die Fahrzeuggeschwindigkeit.
In 5 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit
zu den Zeitpunkten t1 und t3 zu Null, während bei dem Zeitpunkt t1 die
Umrichtertemperatur, die als T1 angezeigt ist, unterhalb des oben
erwähnten
Schwellenwertes (z.B. 110°C)
liegt, so daß eine
automatische Maschinenstopoperation zu diesem Zeitpunkt ausgeführt wird.
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Nachfolgend dem Zeitpunkt t2 empfängt der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 Statusinformationen
oder einen Befehl, der anzeigt, daß das Fahrzeug beginnt, sich
zu bewegen, so daß eine
Maschinenwiederstartoperation zu diesem Zeitpunkt durchgeführt wird.
Auf Grund des großen
Betrages an elektrischer Energie, die über den Umrichter bei der Maschinenwiederstartoperation
zugeführt
wird, steigt die Temperatur des Umrichters über den Schwellenwert zu dieser
Zeit an und bleibt auch über
dem Schwellenwert für
eine gewisse Zeit danach, wobei sie dann allmählich abfällt, wie dies durch den Linienabschnitt
T2 angezeigt ist.
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Wenn nun eine andere automatische
Maschinenstopoperation durchgeführt
werden soll, und zwar bevor die Umrichtertemperatur den Schwellenwert
erreicht hat, beispielsweise eine solche Operation zu dem Zeitpunkt
t3 durchgeführt
werden soll und auch ein Maschinenwiederstart kurz danach durchgeführt werden
soll, so daß erneut
ein hoher Betrag an elektrischer Energie über den Umrichter zugeführt werden
würde,
z.B. zu dem Zeitpunkt t4, dann würde, wie
durch einen unterbrochenen Linienabschnitt der Umrichtertemperaturkennlinie
gezeigt ist, die maximal zulässige
Temperatur für
die MOS-Transistoren 220 überschritten. Damit kann eine
Beschädigung der
MOS-Transistoren 220 wahrscheinlich auftreten. Jedoch in
Verbindung mit der oben erläuterten
Ausführungsform
kann durch eine Verhinderung der Ausführung einer automatischen Maschinenstopoperation
während
die Umrichtertemperatur über
einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, solch eine Beschädigung vermieden
werden.
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6 zeigt
eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Beispiels eines herkömmlichen
Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters, der in dem Wechselstrommotor/Generator-Gerät 2 verwendet
werden könnte,
und zwar in der gleichen Weise wie der Umrichter 22 der
oben erläuterten
Ausführungsform
verwendet wird. Wie in 3 gezeigt
ist, ist es entsprechend einem Vergleich mit dem Umrichter 22 der
oben erläuterten
Ausführungsform
für den herkömmlichen
Umrichter erforderlich, daß dieser
mit einer Wärmesenke 223 und
mit Kühlrippen 222 ausgestattet
wird, was dann zu angenähert
dem zweifachen Gewicht führen
würde und
auch angenähert das
Zweifache des Volumens beanspruchen würde, als dasjenige, welches
der Umrichter 22 benötigt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß das System-Blockdiagramm
von 1 und das Flußdiagramm
von 4 auch im folgenden
bei der Beschreibung anderer Ausführungsformen verwendet wird,
die sich von der ersten Ausführungsform
lediglich in bezug auf die Art der Ableitung eines umrichtertemperatur-bezogenen
Signals unterscheiden, welches in dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 verwendet
wird, um die Umrichtertemperatur bei dem Schritt S2 von 4 zu erhalten, z.B. indem
die Funktion der Temperaturdetektorschaltung 27 durch einen
Sensor durchgeführt wird,
der zu dem Motor-Generator-Gerät 2 extern
angeordnet ist.
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Zweite Ausführungsform
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Es wird nun im folgenden eine zweite
Ausführungsform
beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform
wird die Temperatur der MOS-Transistoren 220 direkt detektiert
und wird als Grundlage für die
Beurteilung verwendet, um die automatische Maschinenstopoperationsfunktion
in Bereitschaft gesetzt werden soll. Wenn jedoch eine Luftkühlung zum Kühlen der
MOS-Transistoren 220 verwendet wird, kann die Umgebungstemperatur
des Umrichters als Beurteilungsparameter verwendet werden. Hier kennzeichnet
die "Umgebungstemperatur" den Beurteilungsparameter.
Hierbei kann auch die "Umgebungstemperatur" die tatsächliche
Umgebungstemperatur des Umrichters kennzeichnen oder auch eine Temperatur,
die auf die tatsächliche
Umgebungstemperatur bezogen ist, wie beispielsweise die Atmosphärentemperatur
oder die Maschinentemperatur. In diesem Fall sei auf das Flußdiagramm
von 4 hingewiesen, bei
dem bei dem Schritt S2 die Umgebungstemperatur detektiert wird und
bei dem Schritt S3 eine Entscheidung getroffen wird, ob die Umgebungstemperatur
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Wenn dieser Schwellenwert überschritten
wird, dann wird der Schritt S4 ausgeführt, um die Ausführung der
automatischen Maschinenstopoperation zu verhindern.
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Wenn solch ein Verfahren verwendet
wird, kann dann, wenn das Fahrzeug in einer Bedingung oder Zustand
betrieben wird, bei dem der Umrichter überhitzt werden kann (beispielsweise
dann, wenn das Fahrzeug im Sommer gefahren wird, und zwar bei einem
Verkehrsstau), sichergestellt werden, daß eine automatische Maschinenstopoperation
durchgeführt
wird, und daß die
Halbleiterschalterelemente des Umrichters nicht beschädigt werden,
und zwar als ein Ergebnis der Überhitzung
bei einer nachfolgenden Maschinenwiederstartoperation oder beim Batterieaufladen,
was unmittelbar nachfolgend der Maschinenwiederstartoperation durchgeführt wird. Somit
kann der Umrichter auch in der Größe kompakt ausgeführt werden.
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Im allgemeinen wird die Atmosphärentemperatur
als gewöhnlicher
Steuerparameter eines Fahrzeugs gemessen, so daß es nicht erforderlich ist,
einen zusätzlichen
Temperatursensor vorzusehen, wenn die Atmosphärentemperatur durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 dazu
verwendet wird, um die Umgebungstemperatur des Umrichters einzuschätzen.
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Alternativ wäre aus möglich, eine Geschichte der
Werte des Stromflusses des Umrichters 22 aufzuzeichnen,
bis hin zu dem momentanen Zeitpunkt, und diese Aufzeichnung dann
dazu zu verwenden, um die Umrichtertemperatur zum gegenwärtigen Zeitpunkt
einzuschätzen.
Das kann mit Hilfe von Berechnungsverfahren ausgeführt werden.
In diesem Fall wird dann eine Entscheidung getroffen, ob die automatische
Maschinenstopoperation freigegeben oder verhindert werden soll,
und zwar abhängig
davon, ob die Temperatur, die auf diese Weise eingeschätzt wird,
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Dritte Ausführungsfom
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Als eine weitere Alternative zum
direkten Detektieren der Temperatur der Halbleiterschalterelemente
des Umrichters durch Verwenden von einem oder von mehreren Temperatursensoren,
die mit dem jeweiligen Schalterelement integriert ausgeführt sind, und
Verwenden der detektierten Temperatur als Beurteilungsparameter
zum Bestimmen, ob die automatische Maschinenstopoperation freigegeben
werden soll, wie dies anhand des ersten Ausführungsbeispiels oben beschrieben
wurde, ist es auch möglich, einen
Temperatursensor zu verwenden, der benachbart zu und auf dem gleichen
Substrat wie die MOS-Transistoren 220 montiert ist. Dies
ist in 7 veranschaulicht,
in der ein Temperatursensorelement 371 aus einem Material
wie beispielsweise Keramik gebildet ist, und auf der Schaltungsplatine 221 montiert
ist, auf welcher jeder der MOS-Transistoren 220 montiert
ist, um auf diese Weise die Temperatur der MOS-Transistoren 220 zu
detektieren.
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Als eine Alternative für eine direkte
Verwendung des Temperaturwertes, der mit Hilfe des Temperatursensorelements 371 detektiert
wird, wäre
es möglich,
daß der
Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 diesen
detektierten Temperaturwert in Verwindung mit Schwankungen in diesem
detektierten Temperaturwert verwendet, um in exakterer Weise die
momentane Temperatur der MOS-Transistoren 220 zu berechnen.
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Als eine weitere alternative Konfiguration (siehe
hierzu die 3 oder 7) kann das Temperatursensorelement 371 fest
an der Wärmesenke 223 angebracht
werden und mit einer Fläche
ausgestattet werden, die mit einem elektrisch isolierenden Material
beschichtet ist, wie beispielsweise mit synthetischem Harz, und
welches in dichter Berührung mit
einem Aluminiumteil befestigt ist (in den Zeichnungen nicht gezeigt),
welches in engem Kontakt mit der Oberfläche der Wärmesenke 223 angebracht
ist. Auf diese Weise kann die Wärme
von den MOS-Transistoren 220 auf die Wärmesenke 223 übertragen
werden und damit auch über
das Aluminiumteil zu dem Temperatursensorelement 371.
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Wenn das Temperatursensorelement 371 auf
der Schaltungsplatine 221 montiert ist, wie dies in 7 gezeigt ist, kann der
Sensor dicht bei den MOS-Transistoren 220 gelegen sein,
so daß die Temperatur
dieser Transistoren mit einem relativ hohen Grad an Genauigkeit
erhalten werden kann. Darüber
hinaus kann auch eine Temperaturdetektorschaltung zum Verstärken und
zum Einstellen des Ausgangssignals des Temperatursensorelements 371 auf
der Schaltungsplatine 221 montiert sein, so daß die Verdrahtungsanordnung
vereinfacht werden kann. Ferner kann die Temperatur der MOS-Transistoren 220 als
ein Temperaturwert erhalten werden, der durch das Temperatursensorelement 371 detektiert
wird, und zwar inkrementiert um einen vorbestimmten Betrag.
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Als weitere Alternative ist es möglich, die Temperatur
von Busstäben
zu detektieren, auf denen die MOS-Transistoren 220 montiert
sind, oder die Temperatur der Luft zu detektieren, die an der Wärmesenke 223 vorbei
strömt,
oder die Temperatur der Luft zu detektieren, die von den Kühlrippen 222 her strömt, um ein
umrichtertemperatur-bezogenes
Signal zu erhalten.
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Was immer für eine Alternative realisiert wird,
so wird in jedem Fall das umrichtertemperatur-bezogene Signal durch
den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 direkt
oder in einer berechneten Form verwendet, um einen Wert der Temperatur
der MOS-Transistoren 220 zu erhalten, der mit einem vorbestimmten
Schwellenwert verglichen wird, wobei das Ergebnis dieses Vergleichs als
eine Grundlage dazu verwendet wird, um zu beurteilen, ob die Ausführung der
automatischen Maschinenstopoperation freigegeben werden soll, wie dies
oben unter Hinweis auf das Flußdiagramm
von 4 beschrieben ist.
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Vierte Ausführungsform
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Es wird nun im folgenden eine vierte
Ausführungsform
beschrieben. Bei der zweiten und der dritten Ausführungsform,
die oben beschrieben sind, wird eine Luftkühlung zum Kühlen der Halbleiterschalterelemente
verwendet, jedoch wird gemäß der vierten
Ausführungsform
das Maschinenkühlwasser (das
heißt,
welches durch den Radiator des Fahrzeugs gekühlt wird) für diesen Zweck verwendet. Es sei
darauf hingewiesen, daß der
Ausdruck "Kühlwasser" hier in einem allgemeinen
Sinn verwendet wird, um jeglichen Typ eines Flüssigkeitskühlmittels zu kennzeichnen.
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Als eine alternative Form der vierten
Ausführungsform
wird dann, wenn das Kühlwasser
ausschließlich
zum Kühlen
der Halbleiterschalterelemente des Umrichters zugeführt wird,
ein Temperatursensor vorgesehen, durch den die Temperatur dieses
Kühlwassers
detektiert wird, um das invertertemperatur-bezogene Signal zu erhalten.
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Bei der vierten Ausführungsform
wird gemäß dem Flußdiagramm
von 4 bei dem Schritt
S2 die Kühlwassertemperatur
detektiert und wird dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 als
umrichtertemperatur-bezogenes Signal zugeführt. Somit wird bei dem Schritt
S3 ein Temperaturwert, der basierend auf der Kühlwassertemperatur erhalten
wird (oder der Kühlwassertemperatur selbst)
mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen, wobei das Ergebnis
dieser Beurteilung bestimmt, ob eine automatische Maschinenstopoperation
verhindert werden soll, das heißt
ob der Schritt S4 oder S5 dann ausgeführt wird. Auf die gleiche Weise wie
bei der zweiten Ausführungsform
ist diese Ausführungsform
vorteilhaft, wenn das Fahrzeug unter entgegengesetzten Bedingungen
gefahren wird, so daß der
Umrichter unmittelbar überhitzt
werden kann. Das heißt
mit anderen Worten, es kann sichergestellt werden, daß die MOS-Transistoren 220 nicht auf
Grund hoher Werte des Stromflusses beschädigt werden, und zwar während eines
Maschinenwiederstartbetriebes, der auf die automatische Maschinenstopoperation
folgt, wenn diese automatische Maschinenstopoperation durchgeführt werden
soll, während
die Umrichtertemperatur auf einem hohen Wert liegt.
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Diese Ausführungsform hat den weiteren Vorteil,
daß dann,
wenn das Maschinenkühlwasser zum
Kühlen
der MOS-Transistoren 220 verwendet wird, es nicht erforderlich
ist, einen zusätzlichen
Temperatursensor vorzusehen, da die Maschinenkühlwassertemperatur als ein
Standardparameter für
die Fahrzeugsteuerung detektiert wird, so daß im allgemeinen ein Wassertemperatursignal
verfügbar
ist, und zwar für
die Verwendung als umrichtertemperatur-bezogenes Signal.
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Modifizierte
Konfiguration
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Um die Genauigkeit der Ableitung
der tatsächlichen
Temperatur der MOS-Transistoren 220 zu erhöhen, wenn
eine Luftkühlung
verwendet wird und die Umgebungstemperatur detektiert wird, oder
das Kühlwasser
verwendet wird und die Kühlwassertemperatur
detektiert wird, kann eine Geschichte der Werte des Stromflusses
des Umrichters 22 bis hin zum gegenwärtigen Zeitpunkt aufgezeichnet
werden. In diesem Fall kann die Geschichte der Umrichterstromwerte
mit den detektierten Temperaturinformationen kombiniert werden,
z.B. durch Berechnung unter Verwendung eines vorbestimmten Algorithmus, um
in exakterer Weise die Umrichtertemperatur einzuschätzen. Die
Werte des Stromflusses des Umrichters können direkt dadurch erhalten
werden, indem ein Stromsensor verwendet wird, oder durch Schätzung basierend
auf solchen Faktoren wie der Maschinendrehzahl, der Batteriespannung,
der Motor-Generator-Spannung
oder dem zuvor angesprochenen Tastverhältnis, welches durch Erregen
der Treiberschaltung 25 angewendet wird.
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Es ist auch möglich, die Zeit zu verwenden, die
von der allerletzten Maschinenwiederstartoperation verstrichen ist,
und zwar als Beurteilungsparameter. Diese verstrichene Zeit kann
von dem Startzeitpunkt an gemessen werden oder von dem Endzeitpunkt
des Maschinenwiederstarts an gemessen werden. Spezifischer ausgedrückt, erreicht
die Temperatur der MOS-Transistoren 220 ihre höchsten Werte, wenn
das Fahrzeug unter einer Bedingung betrieben wird, bei der die Lufttemperatur
(und damit die Umgebungstemperatur der MOS-Transistoren 220)
hoch ist, und bei der die Maschinenwiederstartoperationen häufig durchgeführt werden
müssen.
Ferner tritt die Maximaltemperatur der MOS-Transistoren 220 dann auf,
wenn ein Maschinenwiederstart durchgeführt wird, und fällt dann
allmählich
ab. Diese Tatsachen können
dazu verwendet werden, um eine alternative Form der dritten Ausführungsform
in der folgenden Weise zu konfigurieren. Der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 führt eine
Steuerung in solcher Weise durch, daß dann, wenn die Umgebungstemperatur
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, jegliche automatische
Maschinenstopoperation verhindert wird, und zwar bis zu einem vorbestimmten
Warteintervall Δt,
der dann verstrichen ist, und zwar seit der allerletzten Maschinenwiederstartoperation,
z.B. seit dem Ende dieser Maschinenwiederstartoperation. Auf diese
Weise wird es möglich,
die Vorteile zu erzielen, die weiter oben in Verbindung mit der
ersten Ausführungsform
beschrieben wurden, wobei ein Überhitzen
der MOS-Transistoren 220 verhindert wird, während der Umrichter 22 kompakt
in der Größe ausgeführt werden
kann, und zwar ohne die Notwendigkeit, einen oder mehrere Temperatursensoren
verwenden zu müssen,
um die Temperatur der MOS-Transistoren 220 direkt zu detektieren.
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Ein Flußdiagramm einer Steuerroutine,
die periodisch durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 ausgeführt wird,
und zwar im Falle solch einer alternativen Konfiguration, ist in 14 gezeigt. Hierbei wird
die Umgebungstemperatur des Umrichters bei dem Schritt S2 erhalten
(wobei in der oben beschriebenen Weise die Umgebungstemperatur bzw.
der Umgebungstemperaturwert aus einem Lufttemperaturwert bestehen
kann, der als ein Standard-Steuerparameter detektiert wird) und
wird mit einem Schwellenwert bei dem Schritt S3 verglichen. Wenn
der Schwellenwert nicht überschritten
wird, dann wird bei dem Schritt SS ein Maschinenstop durchgeführt, während jedoch
im anderen Fall eine Entscheidung getroffen wird, ob der zuvor erwähnte Warteintervall Δt seit dem
Ende der allerletzten Maschinenwiederstartoperation verstrichen
ist. Wenn dieser verstrichen ist, wird die Maschinenstopoperation
ausgeführt,
während
jedoch im anderen Fall die Maschinenstopoperation verhindert wird.
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Als eine abgewandelte Ausführung der
oben erläuterten
Konstruktion kann der Warteintervall Δt in Einklang mit der Umgebungstemperatur
eingestellt werden, das heißt
dann, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist, kann die Dauer von Δt erhöht werden.
Auf diese Weise kann ein wirksamerer Schutz gegenüber den
Wirkungen eines Temperaturanstiegs der MOS-Transistoren 220 erhalten
werden, der sich als ein Ergebnis der hohen Werte des Stromflusses einstellt,
und zwar während
des allerletzten Ma schinenwiederstartbetriebes und während der
Erzeugung von elektrischer Energie (unmittelbar nachfolgend der
Maschinenwiederstartoperation) zum wieder Aufladen der Batterie.
Umgekehrt, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, kann die Dauer
von Δt verkürzt werden.
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Fünfte Ausführungsform
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Es wird nun eine fünfte Ausführungsform
unter Hinweis auf die Querschnittsdarstellung von 9 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
sind die Komponenten des Umrichters 22 fest an dem Wechselstrommotor/Generator 21 angebracht.
Der Wechselstrommotor/Generator 21, der in 9 gezeigt ist, besteht aus einem üblichen
Typ einer Synchronmaschine mit einem Stator 210, der fest
an einer Antriebswelle angebracht ist, die drehbar innerhalb des
Gehäuses 214 gehaltert
wird. Mit 211 ist eine Statorwicklung des Stators 210 bezeichnet
und 212 bezeichnet einer Erregerwicklung, die an dem Rotor 213 ausgebildet
ist. Mit 216 ist ein Zentrifugallüfter bezeichnet, der an einem
Ende des Rotors 213 montiert ist, und 215 bezeichnet
eine Riemenscheibe, die fest an dem Frontende der Antriebswelle
angebracht ist.
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Der Umrichter 22 ist fest
an einer rückwärtigen Endwand
des Gehäuses 214 angebracht.
Bei diesem Beispiel ist der Umrichter 22 aus einer scheibenförmigen Wärmesenke 223,
den MOS-Transistoren 220, die fest direkt an der Wärmesenke 223 montiert
sind, und einer Schaltungsplatine 325 gebildet, die eine
aufgedruckte Verdrahtungsschicht aufweist, die fest an der Wärmesenke 223 angebracht
ist. Ein Steuer-IC (integrierte Schaltung) 226 und ein
Temperatursensorelement 371 (bei diesem Beispiel ein Thyristor)
sind an der Schaltungsplatine 325 montiert. Der Steuer-IC 226 dient
dazu, die MOS-Transistoren 220 zu steuern, um ein Temperaturdetektionsausgangssignal
einzustellen, welches durch das Temperatursensorelement 371 erzeugt
wird, das heißt
Funktionen der Elektrizitätserzeugungssteuerschaltung 24 und
der Gate-Treiberschaltung 23 des Wechselstrommotor/Generator-Gerätes 2,
welches in 1 gezeigt
ist, durchzuführen.
Mit 224 ist ein Randabschnitt bezeichnet, der um den gesamten äußeren Umfang
der Wärmesenke 223 angebracht
ist, und 227 bezeichnet einen Randabschnitt, der um den gesamten
Innenumfang der Wärmesenke 223 angebracht
ist. Die Wärmesenke 223 ist
an dem Gehäuse 214 durch
den Randabschnitt 224 angebracht, und zwar an der Innenseite
der rückwärtigen Endwand des
Gehäuses 214.
Eine konkave ringförmige
Zone, die zwischen der Wärmesenke 223 und
den Randabschnitten 224 und 227 ausgebildet ist,
ist mit eingespritztem synthetischem Harzmaterial 228 gefüllt. Dieses
Material 228 dient zur Abdichtung der MOS-Transistoren 220,
des Steuer-IC 226 und des Temperatursensorelements 371 innerhalb
dieser konkaven Zone.
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Ein Abdeckteil 229, welches
aus einem synthetischen Harzmaterial hergestellt ist, ist fest an
dem Randabschnitt 224 angebracht, so daß es die Wärmesenke 223 abdeckt.
Der Lüfter 216 richtet
einen Strom an Kühlluft
von den Lufteinlaßöffnungen 2291 aus,
die in dem Abdeckteil 229 ausgebildet sind, in das Innere
des Abdeckteiles 229. Diese Kühlluftströmung kühlt die Wärmesenke 223 und verläuft auch
in das Innere des Gehäuses 214,
um dadurch die Statorwicklung 211 und die Rotorwicklung 212 zu
steuern, und verläßt dann
das Gehäuse 214.
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10 veranschaulicht
die Konstruktion des Umrichters 22 von 9, wenn dieser von dem Wechselstrommotor/Generator 21 getrennt
ist. Das synthetische Harzmaterial 228 und der Steuer-IC 226 sind
aus der Zeichnung weggelassen.
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Mit solch einer Konfiguration wird
das Temperatursensorelement 371, welches auf der Schaltungsplatine 325 montiert
ist, dicht benachbart der Wärmesenke 223 plaziert,
und zwar getrennt von der Wärmesenke 223 durch
die Schaltungsplatine 235. Die Wärmesenke 223 enthält darauf
montierte MOS-Transistoren 220, so daß das Temperatursensorelement 371 effektiv
die Temperatur der MOS-Transistoren 220 detektieren kann.
Da die sechs MOS-Transistoren 220 wechselseitig thermisch
gekoppelt sind, indem sie nämlich
an der gleichen Wärmesenke 223 montiert
sind, und da die Wärmesenke 223 einen
hohen thermischen Übertragungswirkungsgrad
besitzt, können
bei solch einer Konfiguration alle MOS-Transistoren 220 gekühlt werden,
und zwar auf im wesentlichen die gleiche Temperatur. Das Temperatursensorelement 371 ist fest
an der Schaltungsplatine 325 angebracht, die aus einem
keramischen Substrat gebildet ist, wel ches mit Hilfe eines Klebematerials
angebracht ist, und zwar beispielsweise an der Wärmesenke 223. Damit
erreicht das Temperatursensorelement 371 im wesentlichen
die gleich Temperatur wie die Wärmesenke 223 und
kann in exakter Weise die Temperatur der MOS-Transistoren 220 detektieren.
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Es ist bei solch einer Konfiguration
nicht möglich,
in zuverlässiger
Weise die höchste
Temperatur zu detektieren, die durch die MOS-Transistoren 220 erreicht
wird, wie dies jedoch bei der Konfiguration der ersten Ausführungsform
möglich
ist, die in 1 gezeigt
ist, bei der ein Temperatursensorelement 271 mit einem
der MOS-Transistoren 220 integriert ist oder direkt auf
einem der MOS-Transistoren 220 montiert ist. Bei der in
den 8 und 10 gezeigten Konfiguration
ist die Temperatur, die durch das Temperatursensorelement 371 detektiert
wird, im wesentlichen gleich der mittleren Temperatur, die durch die
MOS-Transistoren 220 erreicht wird. Da jedoch in der oben
beschriebenen Weise jeder der MOS-Transistoren 220 angenähert die
gleiche Temperatur erreicht, kann eine zufriedenstellende Qualität dadurch erreicht
werden, indem die Temperatur verwendet wird, die mit Hilfe des Temperatursensorelements 371 detektiert
wird, und zwar für
einen Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert zum Zwecke der
Beurteilung, ob die automatische Maschinenstopoperation verhindert
werden soll, solange als die Wirkungen der Herstellungsvariationen
zwischen den MOS-Transistoren 220 in
Betracht gezogen werden oder mit einkalkuliert werden, wenn der
Schwellenwert festgelegt wird. Solch eine Anordnung bietet den Vorteil,
daß die
Temperaturdetektion unter Verwendung einer einfachen Konfiguration
durchgeführt werden
kann.
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Die in 9 gezeigte
Konfiguration kann so modifiziert werden, wie dies durch die Querschnittsansicht
von 11 veranschaulicht
ist. In diesem Fall ist ein Aluminiumteil 400 in engem
Kontakt mit der Oberfläche
des Randabschnitts 227 angeordnet (der um den gesamten
Innenumfang der Wärmesenke 223 angebracht
ist, wie dies weiter oben beschrieben ist und auch in 10 veranschaulicht ist)
und steht auch in engem Kontakt mit der Oberfläche eines geformten synthetischen
Harzmaterials, in welches der Temperatursensor bzw. -element 371 eingepackt oder
eingebettet ist. Wenn die MOS-Transistoren 220 Wärme erzeugen
und die Wärme
entsprechend ansteigt, wird die Wärme sehr schnell durch die
Wärmesenke 223,
das Aluminiumteil 400 und den Randabschnitt 227 zu
dem Temperatursensorelement 371 übertragen, so daß der Anstieg
der Temperatur der MOS-Transistoren 220 unmittelbar durch das
Temperatursensorelement 371 detektiert werden kann.
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Sechste Ausführungsform
-
In Verbindung mit den oben erläuterten
Ausführungsformen
wird die Ausführung
der automatischen Maschinenstopoperation verhindert, wenn die Temperatur
der MOS-Transistoren 220 des
Umrichters 22 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet,
um dadurch eine übermäßige Temperaturerhöhung der
MOS-Transistoren 220 zu verhindern, wenn ein Maschinenwiederstart
durchgeführt
ist, kurz nachdem eine automatische Maschinenstopoperation aufgetreten
ist. Es kann jedoch in einigen Fällen, wenn
eine automatische Maschinenstopoperation zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird,
bei dem die Fahrzeugmaschine unter einem hohen Wert einer Last betrieben
wurde, da die Strömung
der Kühlluft
in den Maschinenraum aufhören
kann oder reduziert werden kann, wenn die Maschine angehalten wird,
die Temperatur innerhalb des Maschinenraumes wesentlich ansteigen,
und zwar auf Grund der Wärme, die
von der Maschine abgegeben wird. Als ein Ergebnis wird es, nachdem
eine automatische Maschinenstopoperation durchgeführt worden
ist (das heißt
zu einem Zeitpunkt, wenn die Umrichtertemperatur so eingeschätzt wird,
daß sie
oberhalb des Schwellenwertes liegt, möglich, daß die maximal zulässige Temperatur
der Umrichter überschritten
wird, wenn ein Maschinenwiederstart durchgeführt wird.
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Jedoch ist bei einer sechsten Ausführungsform,
die in Form eines allgemeinen Systemblockdiagramms in 8 gezeigt ist, ein herkömmlicher
Typ eines Maschinenanlassermotors 300 (das heißt ein Gleichstrommotor)
an dem Fahrzeug installiert, und ist mit der Maschine 100 des
Fahrzeugs gekuppelt und kann zum Starten der Maschine 100 gesteuert werden.
Wenn bei dieser Ausführungsform
ein Maschinenwiederstart durchgeführt werden soll, und zwar nachfolgend
einer automatischen Maschinenstop operation, beurteilt der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1,
ob die Umrichtertemperatur zu diesem Zeitpunkt den Schwellenwert überschreitet.
Wenn festgestellt wird, daß der Schwellenwert überschritten
wird, führt
der Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 anstelle
der Verwendung des Wechselstrommotors/Generators zum wieder Starten
der Maschine eine Steuerung durch, wodurch der Anlassermotor 300 mit
der Versorgungsgleichspannung von der Batterie 3 versorgt
wird, um die Maschine 100 zu starten.
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Wenn auf diese Weise der zuvor erläuterte nachteilige
Betriebszustand des Fahrzeugs auftreten sollte (das heißt die Fahrzeugmaschine
wird zu einem Zeitpunkt angehalten, wenn die Maschine unter einer
hohen Lastbedingung betrieben worden ist), wird sichergestellt,
daß keine
Beschädigung
der MOS-Transistoren 220 auf Grund der Wärme auftritt, die
als Ergebnis der Durchführung
einer Maschinenwiederstartoperation erzeugt wird, und zwar unter Verwendung
des Umrichters 22, um den Wechselstrommotor/Generator 21 anzutreiben.
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12 zeigt
ein Flußdiagramm,
welches eine Steuerroutine wiedergibt, die periodisch durch den
Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 dieser
Ausführungsform
ausgeführt
wird, um die Wirkungen zu erreichen, die in Verbindung mit dieser
Ausführungsform
weiter oben beschrieben sind.
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Siebte Ausführungsform
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Bei den oben erläuterten Ausführungsformen
wird ein Schutz gegen eine Überhitzung
der MOS-Transistoren 220 des Umrichters 22 erreicht, und
zwar auf Grund des hohen Wertes der elektrischen Energie, die dann
zugeführt
werden muß, wenn
ein Maschinenwiederstart durchgeführt wird, und zwar nachfolgend
einer automatischen Maschinenstopoperation, das heißt wenn
der Umrichter 22 Wechselstromenergie zu dem Wechselstrommotor/Generator 21 zuführt. Es
ist jedoch möglich.
daß die Überhitzung
der MOS-Transistoren 220 als ein Ergebnis der Gleichrichtung
auftreten kann, die während
des normalen elektrischen Energieerzeugungsbetriebes unter gewissen
Umständen auftritt,
wie beispielsweise dann, wenn ein ungenügender Luftstrom zum Kühlen der
MOS-Transistoren 220 auftritt. Bei der siebten Ausführungsform
wird das Problem einer Überhitzung,
die während
der normalen elektrischen Energieerzeugung auftritt, gemindert oder
beseitigt, und zwar durch Steuerung der MOS-Transistoren 220,
um eine Synchron-Gleichrichtung durchzuführen, anstatt der Verwendung
der parasitären
Junction-Dioden, wie dies oben beschrieben wurde, um auf diese Weise
den Betrag der Widerstandsverluste zu reduzieren, die in den MOS-Transistoren 220 auftreten.
Da die Art der Ausführung
solch einer Synchron-Gleichrichtung unter Verwendung eines Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumrichters,
wie dem Umrichter 22, gut bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung
hier weggelassen.
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Zusätzlich wird bei der siebten
Ausführungsform
ein Überhitzen
der MOS-Transistoren 220 während des normalen elektrischen
Energieerzeugungsbetriebes auch dadurch verhindert, indem der Temperaturwert überwacht
wird, der durch einen Sensor, wie beispielsweise den Temperatursensor 271 oder 371,
detektiert wird, die oben beschrieben wurden, und indem der Wert
des Feldstromes gesteuert wird, der in der Rotorwicklung des Wechselstrommotors/Generators
in Einklang mit dem detektierten Temperaturwert fließt. Das
heißt
mit anderen Worten, der Wert des Feldstromes wird unterbrochen oder wird
reduziert, wenn die detektierte Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
der als zweiter Schwellenwert bezeichnet wird (im Gegensatz zu dem
ersten Schwellenwert, der als eine Grundlage für die Beurteilung verwendet
wird, ob die Ausführung
einer automatischen Maschinenstopoperation verhindert werden soll,
und der in typischerweise bei 110°C
liegen kann, wie dies weiter oben in Verbindung mit den vorangegangenen
Ausführungsformen
beschrieben ist). Der zweite Schwellenwert wird höher oder
größer gewählt als
der erste Schwellenwert und kann typischerweise auf 130°C eingestellt werden.
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Bei der siebten Ausführungsform
können, wie
in dem allgemeinen System-Blockschaltbild von 15 gezeigt ist, Befehle von dem Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 zu
der Erregertreiberschaltung 25 des Wechselstrommotor/Generator-Gerätes 2 übertragen
werden, und zwar über eine
Verbindungslei tung 110, um zu bestimmen, ob der Feldstrom
des Wechselstrommotors/Generators 21 um 50% reduziert werden
soll oder nicht.
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Auf diese Weise kann sichergestellt
werden, daß eine
Beschädigung
oder Zerstörung
der MOS-Transistoren 220 auf Grund einer Überhitzung während des
elektrischen Energieerzeugungsbetriebes vermieden wird.
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13 zeigt
ein Flußdiagramm
einer Steuerroutine, die periodisch durch den Brennstoff-Wirtschaftlichkeitsbetriebs-Steuerabschnitt 1 der
siebten Ausführungsform
ausgeführt
wird, um die Wirkungen zu erzielen, die oben beschrieben sind.
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Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl
die Erfindung in Verbindung mit den obigen spezifischen Ausführungsformen
beschrieben wurde, vielfältige Abwandlungen
bei diesen Ausführungsformen
ins Auge gefaßt
werden können
und auch vielfältige
andere Kombinationen von Merkmalen möglich sind, die in Verbindung
mit den jeweiligen Ausführungsformen
beschrieben wurden, die jedoch alle in den Rahmen fallen, wie er
durch die anhängenden
Ansprüche festgehalten
ist.