专利名称：用于在电动汽车中启动内部发电机的方法
用于在电动汽车中启动内部发电机的方法技术领域
在研制电动汽车时，尤其是为了延长有效范围具有至少一个内燃发动机的电动汽车时存在问题，它们不能由具有内燃发动机的常见汽车来理解，其中这些问题尤其涉及驱动链的控制。
在常见的具有传统的往复活塞发动机的汽车中尤其在冷启动时释放出增加的排放。在此冷启动指的是启动基本还处于环境温度的内燃发动机。这种冷启动在这种汽车中只有在开始行驶时发生。
在目前的具有目前常见的混合动力驱动的批量生产的汽车中，混合动力驱动是至少一个由功率强大的内燃发动机与功率较弱的电动机组成的组合，内燃发动机一般在开始行驶时启动并且只有在行驶结束时再停止。在这里冷启动特性和同时引起的排放也是次要问题。
尽管在具有所谓的启动/停止自动控制的汽车中，通过启动/停止自动控制重复地停止和再发动内燃发动机，冷启动排放问题是次要问题，因为内燃发动机在停止与重新发动之间，例如在红灯前面停止期间只经过很少时间，由此在这里不存在冷启动。
在具有内燃发动机的电动汽车中，内燃发动机只用于延长有效范围，存在目前不熟悉的运行特性。为了驱动电动汽车通常通过来自蓄能装置的电能为电动机供电，并且内燃发动机停止并因此没有排放。但是在某些状况下，例如当蓄能装置的充电状态低于给定的极限时，添加内燃发动机用于内部产生能量，在此通常实现冷启动。如果在较长的时间以后不再需要内燃发动机运行，例如因为蓄能装置的充电状态已经足够地增加，再停止内燃发动机。直到重新启动内燃发动机可能要经过很长的时间。在重新启动内燃发动机时一般又出现冷启动。因此内燃发动机的冷启动特性具有增加的意义。
背景技术：
由现有技术已知用于预热内燃发动机某些局部区域的方法，用于改善冷启动特性。为了改善吸气管中的混合物制备，DE102008041600A1公开了一种方法，它具有下面的步骤，通过废气管抽吸空气，压缩并由此在气缸中加热所述空气，通过进气阀排出加热的空气并由此加热吸气管区域。由DE10132671A1同样已知，通过压缩热量预热内燃发动机区域。发明内容
本发明的目的是，提供一种更好的用于启动内燃发动机的方法。所述目的通过如权利要求1所述的方法实现，从属权利要求的内容是所述方法的优选改进方案。
下面借助具有尤其用于延长有效范围的内燃发动机的电动汽车描述本发明。对此要指出，本发明的应用不局限于这种汽车。
内燃发动机最好指的是一个装置，在其中化学结合能量最好通过放热反应转换成机械功率。此外最好使内燃发动机设计成往复活塞发动机或特别优选回转活塞发动机。
电动汽车最好指的是一种汽车，它通常通过至少一个第一机电换能器驱动。但是除了这种第一机电换能器以外，电动汽车最好具有内燃发动机和另外的机电换能器。
第一机电换能器最好指的是一个装置，它输送电功率并且它将电功率转换成机械功率、最好是旋转运动(转速，转矩)。机电的换能器最好是电动机。
电的蓄能装置最好指的是一个装置，它用于以化学结合形式储存并且再释放出电能。此外在电的蓄能装置中最好可以多次地重复储存和释放出电能的过程。电的蓄能装置最好用于，以电能供给第一机电换能器并且由第二机电换能器或从汽车外部以电能供电。
第二机电换能器最好指的是一个设备，它用于，将输送的机械功率转换成电功率。此外所述第二机电换能器最好也用于，将电功率转换成机械功率、优选转换成转速和转矩。最好将由第二机电换能器产生的电功率储存在电的蓄能装置里面或者直接释放给第一机电换能器上。
燃烧室指的是一空间段，它最好具有变化的容积。燃烧室最好至少局部地由燃烧室壁包围。此外在所述燃烧室里面最好可以执行化学反应，尤其放热反应，它用于使内燃发动机运行。此外通过所述放热反应最好使工作活塞以压力加载。所述燃烧室的容积最好可以通过所述工作活塞改变。所述燃烧室最好至少有时可以气体密封地封闭。在所述燃烧室里面最好可以至少有时流入工作介质流。这种工作介质尤其是气体或气体混合物且最好是空气。工作介质最好通过用于控制工作介质流的装置流到燃烧室。所述装置尤其可以在燃烧室壁中具有空隙。
利用第二机电换能器(发电机)驱动内燃发动机最好指的是，由所述发电机传递机械功率、尤其转速和转矩到内燃发动机上。因此在所述运行状态最好由发电机传递功率到内燃发动机上。
在所述燃烧室里面压缩工作介质、尤其空气最好指的是，所述燃烧室以工作介质充满并且具有第一容积。最好通过工作活塞的运动使所述第一容积减少到第二容积。在所述工作活塞运动时最好至少有时基本气密地封闭所述燃烧室。尤其通过工作活塞将第一容积减少到第二容积，提高在所述工作介质中的温度。
尤其测量燃烧室壁中的预热温度指的是，确定最好通过压缩工作介质引起的温度变化。在此直接地、最好通过测量温度或者间接地、即最好通过测量时间间隔，在所述时间间隔期间压缩工作介质，可以获得预热温度的测量。此外在测量预热温度时最好可以考虑内燃发动机或电动汽车所在环境中的环境温度。
启动传递内燃发动机转矩到发电机上最好指的是，从内燃发动机传递功率、尤其是转矩到发电机上。最好在预热温度已经达到或超过给定的阈值(启动温度)以后，开始所述转矩传递。在此启动温度最好指的是一温度，已经证实它对于在所述燃烧室里面在启动内燃发动机以后进行的化学反应是有利的。在此，所述启动温度尤其取决于燃烧过程类型、例如柴油或快燃过程和/或所使用燃料的种类。
关于增程器(Range extender)最好指的是产生能量的装置。增程器最好具有:
-第二机电换能器(发电机)，它用于产生电能和
-内燃发动机，尤其回转活塞发动机或往复活塞发动机，其中内燃发动机用于驱动发电机并且发电机用于启动内燃发动机。最好使发电机和内燃发动机机械地相互耦联用于传递功率。通过机械耦联尤其对于产生能量达到高效率。
在优选的实施方案中，提高内燃发动机、尤其在至少燃烧室壁一个部位中的温度，直到温度达到或超过阈值。所述阈值最好位于40°C至120°C、优选60°C至100°C且特别优选基本在约80°C。通过提高尤其内燃发动机的至少一个部位、最好至少燃烧室壁部位的温度可以降低冷启动排放并因此达到更好的启动方法。
在优选的实施方案中最好只有当发电机已经使内燃发动机加速到启动转速，才启动内燃发动机转矩到发电机上的功率传递。最好使启动转速长时间地保持或者只有当达到温度(启动温度)阈值时才调整。最好使启动转速与内燃发动机的额定转速的比例(即，启动转速与额定转速的商数)在0.25至0.75的范围、优选在0.35至0.6的范围且特别优选基本为0.5。对于最好额定功率IOkW至50kW的内燃发动机，启动转速最好在500转/min至5000转/min、优选1000转/min至3500转/min且特别优选基本为3000转/min。内燃发动机最好不在达到启动转速前启动。内燃发动机通过发电机加速到启动转速并且最好也达到启动温度，由此实现有害物质特别少的启动方法并由此降低冷启动排放。
在优选的实施方案中由发电机释放的功率与由内燃发动机释放的功率在给定比例中选择。由发电机释放的机械功率与由发电机产生的电功率最好基本相同大小。由发电机产生的电功率与由内燃发动机释放的功率的比例最好在0.3至3的范围、优选0.5至1.5且特别优选基本为0.9。发电机最好可以产生与内燃发动机近似的功率，由此发电机可以在启动过程期间快速地加热内燃发动机或某一部位，以及内燃发动机尤其快速地加速到启动转速。由此实现内燃发动机的更好的且有害物质少的启动过程。
在优选实施方案中内燃发动机的启动过程取决于电的蓄能装置的充电状态。最好当蓄能装置的充电状态低于50%、优选低于35%且特别优选低于25%时，导入内燃发动机的启动过程。提前、尤其在达到蓄能装置低放电之前导入启动过程，由此提供足够的时间用于加热内燃发动机和用于加速内燃发动机到启动转速，因此减少冷启动排放并且对于电动汽车中的内燃发动机提供更好的启动方法。
在优选的实施方案中在启动过程期间直接或间接地检测内燃发动机的转速。直接或间接地检测内燃发动机转速最好指的是，直接测量在内燃发动机的从动轴上或者在与它机械连接的轴上的转速或者测量或已知电参数、如驱动内燃发动机的发电机的频率、电压或电流。测得内燃发动机的转速，由此可以更准确地定义内燃发动机的启动时刻并由此对于内燃发动机提供更好的并由此有害物质少的启动方法。
在优选的实施例中直接或间接地测得至少在燃烧室壁部位中的温度和/或内燃发动机的环境温度。在此直接测量温度最好指的是，利用温度计检测温度。环境温度最好可以包含到内燃发动机启动过程控制里面。低的环境温度导致，以更长的时间空间执行启动过程，即内燃发动机或内燃发动机的至少一部位的加热。相反，高的环境温度尤其导致所述启动过程缩短。尤其通过测得燃烧室壁的至少一部位的温度或者内燃发动机或电动汽车的环境温度能够实现更准确地控制内燃发动机的启动过程并由此提供更好的启动方法。
在优选的实施方案中由内燃发动机在启动过程以后传递机械功率到发电机上。所述机械功率最好通过转速和转矩表征并且最好在发电机中转换成电功率。此外所述电功率最好储存在电的蓄能装置里面或者最好直接传递到牵引马达。最好直接在启动内燃发动机以后将内燃发动机的功率传递到发电机上，由此总体上减少具有内燃发动机的电动汽车的排放并且提供用于运行这种汽车的更好的方法。
在优选的实施方案中第二机电换能器为了驱动内燃发动机不仅仅通过蓄能装置的电能供电。最好基本在减速和/或坡路段行驶时在电动汽车中储存的潜在能量最好使所述运动能量和位能量在第一机电换能器中转换成电能。尤其在明显的坡路段行驶时或短时间减速时在第一机电换能器里面通常产生这样多的电能，它至少部分地不再能完全储存到蓄能装置里面。最好将能量导入到第二机电换能器上，它不能储存到蓄能装置里面。最好通过所述不再能储存的能量，第二机电换能器驱动内燃发动机。通常储存在蓄能装置里面的能量限制电动汽车的有效范围，由此不针对电动汽车驱动的从电动汽车取出能量大多导致有效范围缩短。通过使用在正常状况下不储存在蓄能装置里面的电能用于加热内燃发动机，最好能够加大有效范围并由此提供用于启动内燃发动机的更好的方法。
在优选的实施方案中在第一机电换能器中产生的电能在达到蓄能装置充电状态的阈值时继续导引到第二机电换能器。所述阈值最好位于充电下限以上。在此充电下限最好表征充电状态，直到按照 计划可以从蓄能装置中取出的能量。最好通过在达到充电下限时通过驱动第二机电换能器利用内燃发动机导入产生能量，从而表征充电下限。通过阈值，它最好能够实现在第一机电换能器里面产生的能量分布在蓄能装置与第二机电换能器之间，实现消耗最佳地加热内燃发动机并由此提供用于启动内燃发动机的更好的方法。
在优选的实施方案中增程器的内燃发动机作为回转活塞发动机或转子发动机实施。此外内燃发动机最好具有从动轴，通过它可以释放出内燃发动机的机械功率。此外第二机电换能器最好具有主动轴，通过它可以接收机械的驱动功率。所述主动轴和所述从动轴最好是同轴的，优选相互同心地对准。通过这两个轴的同轴对准最好形成具有微小结构体积的增程器。
在优选的实施方案中通过电动机驱动的汽车配有内燃发动机，它通过按照本发明的启动方法启动。
由下面的附图描述给出本发明的其它特征、优点和实施方案。
在附图中:
图1用于启动电动汽车中的内燃发动机的方法流程图，
图2具有尤其用于延长有效范围的内燃发动机的电动汽车结构，
图3具有燃烧室壁的燃烧室和具有压缩的和未压缩的工作介质的工作活塞。
具体实施方式
图1示出按照本发明的用于启动电动汽车中的内燃发动机的方法流程图。为了启动内燃发动机首先使发电机以来自蓄能装置的电功率供电，电功率转换成机械功率pg h并且导引到内燃发动机。在内燃发动机中利用发电机的输送功率Pg h压缩工作介质、尤其空气。通过压缩工作介质加热燃烧室中的工作介质。由工作介质排出热流Q到燃烧室壁，所述热流导致燃烧室壁加热到温度Itow并且通常用于加热内燃发动机。通过加热内燃发动机直到给定的启动温度Tstart，减少内燃发动机的冷启动排放。是否达到内燃发动机的启动温度Tstart，可以通过直接测量燃烧室壁的温度Tstart实现或者通过间接的方法，例如通过测量时间。如果内燃发动机还未达到必需的启动温度(Tb 〈Tstart)，为了提高所述温度，继续压缩工作介质并由此加热燃烧室壁。除了内燃发动机温度，其转速η-对于其启动过程也是有意义的。如果内燃发动机的转速nvkm达到给定的启动转速nstart,则启动内燃发动机,如果所述转速未达到，内燃发动机通过发电机继续加速。启动内燃发动机指的是，在启动内燃发动机后可以释放出内燃发动机的机械功率。在启动内燃发动机以后功率流在内燃发动机与发电机之间反转，由此现在内燃发动机驱动发电机。在驱动的发电机中，输送的机械功率转换成的电功率Pgm-el并直接或间接地再给到电驱动马达。在此间接意味着，产生的功率Pgm-el首先储存在蓄能装置里面。
通过利用按照本发明的方法提高的内燃发动机温度，降低了内燃发动机的冷启动排放并由此对于内燃发动机实现更好的启动特性。
在图2中示出具有用于延长有效范围的内燃发动机的电动汽车的设计结构。行驶阻力、具体地是空气阻力、加速阻力、滚动阻力以及上坡阻力由电的牵引马达Emtrt克服，牵引马达释放出其机械功率通过功率路径8给到车轮/轮胎组合9。牵引马达I由蓄能装置4通过电功率路径6供给电能。在坡路段上或者在制动时牵引马达I可以通过功率路径8接收车轮/轮胎组合9的机械功率并且将所述功率通过电功率路径6回馈到蓄能装置4里面。电的蓄能装置4可通过发电机Egm3的电功率路径5供给电功率。发电机3为了产生电功率而通过机械的功率路径7由内燃发动机2驱动。为了启动内燃发动机2，发电机3作为马达运行。在这种情况下发电机3由蓄能装置4供给电能并且通过机械的功率路径7输送功率到内燃发动机。在内燃发动机2里面通过所述功率压缩工作介质并且通过压缩产生热量。通过产生的热量加热内燃发动机2，直到达到启动温度。然后启动内燃发动机2并且将在所述内燃发动机中产生的机械功率通过功率路径7输送到发电机3。在发电机3中产生的电功率可通过功率路径5储存在蓄能装置4里面。通过所述的启动方法降低内燃发动机的排放并由此实现更好的运行特性。
在图3a中示出，燃烧室11如何通过工作介质流14通过用于控制工作介质的装置13充满。燃烧室11局部地由燃烧室壁10限制。用于控制工作介质流的装置基本上指的是燃烧室壁10中的空隙。燃烧室11的容积可以通过工作活塞12改变。首先在燃烧室11里面存在温度Tumg，如同基本也在燃烧室外部存在的那样。工作介质流14也可以具有不同于环境温度的温度。在燃烧室11里面首先存在压力P2，所述压力也可以在燃烧室的紧邻周围中存在。通过工作活塞12的运动可以减小燃烧室11的容积，在此基本上没有工作介质可以通过用于控制工作介质流的装置13逸出。
如图3b所示，燃烧室11的容积通过工作活塞12减小。通过所述燃烧室容积减小伴随压力从(图3a)p2升高到P1 (图3b)。温度通过所述压力升高从前面的温度T胃升高到在燃烧室里面存在的温度TaA。由具有温度Tmb的工作介质排出温度流Q到燃烧室壁10。所述温度流Q导致燃烧室壁的温度Itow升高，对于燃烧室壁的温度Itow达到或超过给定的启动温度Tstart并且内燃发动机的转速达到或超过同样给定的启动转速nstart的情况,启动内燃发动机。
通过利用来自燃烧室的压缩热量预热内燃发动机可以构成用于内燃发动机更好的启动方法。
附图标记清单
权利要求
1.一种用于控制电动汽车中的内燃发动机(2)启动过程的方法，其中所述电动汽车至少具有 -第一机电换能器(1)，它用于驱动电动汽车(牵引马达)， -电的蓄能装置(4)，它用于储存电能并且至少部分地供牵弓丨马达使用， -第二机电换能器(I)(发电机)，它用于产生电能和 -内燃发动机(2)，尤其回转活塞发动机或往复活塞发动机，其中该内燃发动机(2)用于驱动发电机并且发电机用于驱动内燃发动机(2 )， 在此所述内燃发动机(2 )具有至少一个由燃烧室壁(10 )包围的燃烧室(11 )，和至少一工作活塞(12)，和 其中所述燃烧室(11)的容积可以通过工作活塞(12 )的运动改变并且燃烧室(11)可以至少有时完全或尽可能气密地封闭，其特征在于， 所述方法至少具有以下步骤: -利用发电机驱动内燃发动机(2 )， -在所述燃烧室(11)里面压缩工作介质、尤其是空气， -确定尤其燃烧室壁(10)中的预热温度， -在预热温度已经达到或超过给定的阈值(启动温度)以后，启动内燃发动机(2)并且传递内燃发动机(2)的转矩到发电机。
2.如权利要求1所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，提高内燃发动机(2)、尤其在燃烧室壁(10)至少一个部位中的温度，直到所述温度已经达到或超过阈值，其中所述阈值最好在40°C至120°C、优选60°C至100°C且特别优选基本在80°C。
3.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，在发电机已经使内燃发动机(2)加速到启动转速以后，开始传递内燃发动机(2)的功率到发电机上，其中启动转速最好为500转/min直到2000转/min，优选750转/min至1500转/min且特别优选基本为900至1100转/min。
4.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，由发电机在较长的时间可释放出的电功率？8_1与由内燃发动机(2)在较长的时间可释放出的功率Pvkm相互间处于确定的比例，其中所述比例Pgm-el/Pvkm最好位于0.3至3、优选0.5至1.5且特别优选基本为0.7至0.9。
5.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，当所述蓄能装置(4)的充电状态已经低于给定的阈值时，根据蓄能装置(4)的充电状态引发启动过程，最好导入内燃发动机(2)的启动过程，其中所述阈值最好低于全部充电容量的50%、优选低于35%且特别优选低于25%。
6.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，为了控制本方法，直接和/或间接地至少测得内燃发动机(2)的转速。
7.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，为了控制本方法，直接和/或间接地测得至少在燃烧室壁(11)一个部位中的温度和/或内燃发动机(2)的环境温度。
8.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，在启动内燃发动机(2)以后可以传递所述内燃发动机的功率到发电机上并且在所述发电机中可以产生电能。
9.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，所述内燃发动机(2)具有至少一个第一运行模式，在该模式中在燃烧室(11)中输送并点火燃料的条件下可释放出功率，并且具有至少一个第二运行模式，在该模式中不释放出功率并且该模式与第一运行模式的不同在于，不进行燃料输送和/或不点火，其中所述内燃发动机(2)在启动过程期间基本在所述第二运行模式中运行。
10.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，所述内燃发动机(2)基本在减速期间和/或在坡路段行驶时通过第二机电换能器(3)驱动，其中所述换能器直接以电能驱动，所述电能至少部分地在第一机电换能器(I)中产生。
11.如上述权利要求中任一项所述的用于控制内燃发动机(2)启动过程的方法，其特征在于，在第一机电换能器(I)里面产生的能量在第二机电换能器(3)与蓄能装置之间的分布可以通过蓄能装置(4)充电状态的给定阈值影响。
12.一个用于延长电动汽车的有效范围的装置(增程器)，它至少具有: -第二机电换能器(3)(发电机)，它用于产生电能和 -内燃发动机(2)，尤其 回转活塞发动机或往复活塞发动机，其中内燃发动机(2)用于驱动发电机并且发电机用于启动内燃发动机(2)， 其中所述内燃发动机(2)具有至少一个由燃烧室壁(10)包围的燃烧室(11 )，和至少一个工作活塞(12)，并且 其中所述燃烧室(11)的容积可以通过工作活塞(12)的运动改变，并且该燃烧室(11)可以至少有时完全或尽可能气密地封闭，其特征在于，所述增程器通过如权利要求1至11中任一项所述方法启动。
13.如权利要求12所述的增程器，其特征在于，所述内燃发动机(2)作为回转活塞发动机或者转子发动机形式构成，并且所述内燃发动机(2)的从动轴与所述第二机电换能器的主动轴基本同轴地相互对准。
14.具有内燃发动机(2)的汽车，所述内燃发动机通过如上述权利要求中任一项所述的方法启动。
全文摘要
一种用于启动电动汽车中的内燃发动机、尤其往复或回转活塞发动机的方法，用于内部产生电能，其中这种方法至少具有以下步骤利用发电机驱动内燃发动机，在所述燃烧室中压缩工作介质、尤其是空气，测量尤其燃烧室壁中的预热温度，在预热温度已经达到或超过给定的阈值(启动温度)以后，开始传递内燃发动机的转矩到发电机。
文档编号F02D41/06GK103153684SQ201180049918
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月12日 优先权日2010年8月16日
发明者罗伯特·费舍尔 申请人:李斯特内燃机及测试设备公司