CN106481448B - 用于运行具有燃烧马达的驱动系统的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有燃烧马达的驱动系统的方法，其中所述驱动系统包括以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置或者纯电气运行的增压装置，所述方法具有以下步骤：‑检查：换挡过程是否开始并且传动系是否相应地断开；‑在确定了换挡过程开始的情况下，通过将电功率附加地提供到以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置处或者到纯电气运行的增压装置处来调整所述增压装置的压缩功率，从而使得至少在换挡过程结束时在所述驱动系统的增压压力区段中提供增压压力，所述增压压力高于在与所述燃烧马达的、在换挡过程期间所提供的废气焓相对应的压缩功率下产生的增压压力。

Description

用于运行具有燃烧马达的驱动系统的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于机动车的驱动系统中的燃烧马达、尤其用于运行增压的燃烧马达中的增压装置的措施。

背景技术

目前的燃烧马达通常设有增压装置，所述增压装置为了提高燃烧马达的功率而提供新鲜空气压力和提高的压力、所谓的增压压力。为了减小具有增压的燃烧马达的驱动系统的结构尺寸并且/或者为了改善增压的运行类型的灵活性，增压装置能够完全电气运行或者设置为具有电气辅助系统的废气驱动的增压装置。电气驱动的压缩机或者说电动马达形式的辅助系统的应用方案普遍允许对增压进行功率导向的设计，该设计能够完全地或者部分地脱离所提供的废气焓量。

发明内容

根据本发明规定了用于运行带有增压空气的至少部分电气带动的压缩装置的、具有燃烧马达的驱动系统的方法以及相应的装置和驱动系统。

根据第一方面规定了一种用于运行具有燃烧马达的驱动系统的方法，其中所述驱动系统包括增压空气的至少部分电气带动的压缩装置，尤其包括以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置或者纯电气运行的增压装置。所述方法具有以下步骤：

- 检查：换挡过程是否开始并且传动系是否相应地断开；

- 在确定了换挡过程开始的情况下，通过将电功率附加地提供到以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置处或者附加地提供到纯电气运行的增压装置处来调整所述增压装置的压缩功率，从而使得至少在换挡过程结束时在所述驱动系统的增压压力区段中提供增压压力，所述增压压力高于在与燃烧马达的、在换挡过程期间所提供的废气焓相对应的压缩功率下产生的增压压力。

上述方法的构思在于，在换挡过程期间在驱动系统中保持压缩机的压缩功率。当燃烧马达的马达转速在两个行驶速度级之间的换挡过程期间下降时，废气焓突然下降。由此，不再提供足够的功率来将环境空气压缩到所期望的增压压力上。由于较低的增压压力，燃烧马达的燃烧室中的空气充填度在换挡过程之后立即变得过于低而不能快速地提供高的马达力矩。因此规定，通过对废气驱动的增压装置的电气辅助或者通过纯电气的压缩装置来提供所需要的增压，以便在换挡过程结束时提供所需要的增压压力，其中在换挡过程结束时离合器接合在传动系中。

上述方法实现了使增压或者说可供使用的压缩功率与通过燃烧废气所提供的废气焓量脱耦。与能够纯粹通过废气焓产生的压缩功率相比，以该方式能够提高换挡过程期间的压缩功率。这实现了，在换挡过程结束时维持用于在接合之后立即提供提高的马达功率的增压压力。尤其能够以下述方式调整所述增压压力：即在换挡过程之后，燃烧马达的燃烧室中的、用于提供所需要的或者说所要求的马达功率的空气充填度足够或者几乎足够。这促成了机动车在换挡过程之后更快的并且更舒适的加速特性，因为提高了燃烧马达的响应特性。

此外，能够在上山行驶时，尤其对于用于重型载货车辆的驱动系统而言，减轻在换挡过程中对速度的干扰。此外，能够在相应地设计所述增压装置时实现驱动系统的提高了的总效率。

此外，检查换挡过程是否开始能够包括：检查离合器踏板的操纵，或者检查在自动换挡的情况下是否存在相应的、用于自动脱开的信号。

尤其能够获取换挡过程之后所需要的马达力矩并且由此获取所产生的、用于燃烧马达的增压压力，其中在以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置或者纯电气运行的增压装置的换挡过程期间输送电功率，以便调整用于调整所述增压压力而产生的压缩功率。

能够规定，根据运行点确定换挡过程之后所需要的马达力矩，其中所述运行点通过以下指标中至少一个指标来给出：

- 换挡过程的类型，

- 燃烧马达的一个或多个运行参数、尤其马达温度和环境空气的温度，

- 车速，以及

- 驾驶员期望力矩。

此外，能够借助于行驶踏板的位置来获取换挡过程之后所需要的马达力矩，尤其当确定了或者设想到切换到较低的行驶速度级中的换挡过程时。

能够规定，调整换挡过程之后所需要的马达力矩，从而使得换挡过程之后的驱动功率对应于换挡过程之前的驱动功率，尤其当确定了或者设想到切换到较低的行驶速度级中的换挡过程时。

所述换挡过程之后所需要的马达力矩尤其能够由下述方式来获取：即换挡过程之前所施加的马达力矩与换挡过程之前存在的马达转速的乘积除以通过行驶速度级在换挡过程期间的改变根据变速器减速比所产生的、换挡过程之后的马达转速。

根据另一个方面规定了一种用于运行具有燃烧马达的驱动系统的装置，其中所述驱动系统包括以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置或者纯电气运行的增压装置。所述装置构造用于：

- 检查：换挡过程是否开始并且传动系是否相应地断开；

- 在确定了换挡过程开始的情况下，通过将电功率附加地提供到以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置处或者附加地提供到纯电气运行的增压装置处来调整所述增压装置的压缩功率，从而使得至少在换挡过程结束时在所述驱动系统的增压压力区段中提供增压压力，所述增压压力高于在与所述燃烧马达的、在换挡过程期间所提供的废气焓相对应的压缩功率下产生的增压压力。

根据另一个方面规定了一种驱动系统，其具有燃烧马达、上述装置并且具有以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置或纯电气运行的增压装置。

附图说明

下文借助于附图对实施方式作进一步阐述。其中：

图1 示出了具有以电动马达的形式辅助的、废气驱动的增压装置的驱动系统的示图；

图2 示出了具有以电动马达的形式运行的压缩机的驱动系统的示图；并且

图3 示出了用于说明运行图1和2的驱动系统的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了驱动系统1。所述驱动系统1包括具有多个气缸3的燃烧马达2。所述燃烧马达2例如能够构造为汽油马达或者其他空气引导的燃烧马达。

空气通过空气输送系统4输送给燃烧马达2，并且来自燃烧马达2的气缸3的燃烧废气通过废气排出道5排出。在所述空气输送系统4中并且在所述废气排出道5中设置了增压装置6。所述增压装置6与所述废气排出道5耦接，以便将燃烧废气的废气焓转化成机械能。所述机械能用于压缩所述空气输送系统4中的环境空气。

所述增压装置6为此具有涡轮机61，所述涡轮机设置在所述废气排出道5中，以便将存在于燃烧废气中的废气焓转化成轴62的旋转运动。所述增压装置6的轴62与压缩机63耦接，所述压缩机依赖于所述轴62的旋转来提供压缩功率，以便通过输入侧的区段41来吸入环境空气并且在输出侧的区段42中提供处于增压压力下的环境空气。此外，所述空气输送系统4的输入侧的区段41能够设有空气过滤器43，所述空气过滤器对所吸入的新鲜空气进行过滤。

在所述空气输送系统4的输出侧的区段42中设置了节气门44，所述节气门布置在增压压力区段46与进气管区段47之间，所述增压压力区段46和进气管区段47是所述输出侧的区段42的部分。所述节气门44用于控制从增压压力区段46到所述燃烧马达2的气缸3的燃烧室的空气输送。

在所述增压空气区段46中设置了增压空气冷却器45，所述增压空气冷却器对由于在所述压缩机63中的压缩而变热的增压空气进行冷却。由此能够提高处于增压空气区段46中的增压空气的密度，从而能够实现在所述燃烧马达2的气缸3中的更高的空气充填度。

在所述空气输送系统4中，所述压缩机63还能够由带有其中布置的增压压力排出阀的增压压力排出管路来短接。

在所示出的实施例中，所述轴62与电动马达64（以电动马达的形式辅助）耦接，从而使得所述电动马达能够根据操控将附加的转矩施加到所述轴62上，以便以电动马达的形式提高压缩功率。

此外，所述增压装置6能够设有增压调整器，所述增压调整器在所示出的实施方式中在旁通管路66中构造有能够可变操控的废气门阀65。所述旁通管路66将所述涡轮机61的输入侧与输出侧连接起来，从而能够依赖于所述废气门阀65的操控来调整所述涡轮机61的效率。尤其指出，将多少份额的废气焓转化成动力学的功率也就是转化成所述轴62的旋转功率。替代所述废气门阀65，在所述旁通管路66中也能够设置VTG调整器（VTG：VariableTurbinengeometrie，可变截面涡轮增压），以便调整所述涡轮机61的效率或者说调整转化成机械功率的废气焓的份额。

所述燃烧马达2具有输出轴8，所述输出轴通过离合器11与变速器12连接。所述离合器11能够手动地、也就是说例如通过离合器踏板或者自动地、例如通过信号传递由传动装置控制器（未示出）来操纵。所述变速器12能够调整不同的行驶速度级。

设置有控制单元10，所述控制单元依赖于所述驱动系统1的状态参量来运行燃烧马达。作为状态参量，例如能够通过相应的传感器检测出或者以建模的方式预先给定燃烧马达2的转速、所述增压压力区段46中的压缩的新鲜空气（增压空气）的增压压力、所述增压压力区段46中的增压空气的增压空气温度、排出的燃烧废气的废气温度、在所述压缩机63的输入侧所吸入的空气质量流量以及类似的状态参量。

所述控制单元10构造用于依赖于所检测的和所提供的状态参量来操控调整发送器、如例如用于调整节气门44的节气门调整发送器、用于输送燃料（未示出）的喷射阀、废气门阀65、电动马达64以及类似的器件，以便根据预先给定的额定转矩来操控所述燃烧马达2。

在图2中示出了另一种驱动系统1'，所述驱动系统类似于图1的驱动系统1来构造。替代所述废气驱动的增压装置6，设置了电气运行的增压装置9，所述增压装置具有电动马达91和压缩机92。所述电气运行的增压装置9能够独立于所提供的废气焓被控制，因为压缩功率仅仅通过电功率的输送来提供。

所述驱动系统1和所述驱动系统1'能够通过所述控制单元10根据下文借助于图3的流程图所描述的方法来实现，所述方法用于运行具有以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置6或者电气运行的增压装置9的驱动系统1、1'。

在步骤S1中检查：换挡过程是否开始。这例如能够通过对离合器踏板的操纵或者在自动换挡的情况下通过相应的、用于自动脱开的信号来确定。如果确定了换挡过程开始，那么所述方法以步骤S2继续；否则（替代情况：否）回跳到步骤S1。

在加速阶段期间典型的换挡过程中，在脱开与重新接合之间回撤马达功率。仅在变换行驶速度级之后才接合并且相应地提高所述马达功率。这在换挡过程的持续时间比较长的情况下能够使得燃烧马达回落到怠速运行状态中。因此，在脱开之后废气驱动的增压装置的转速下降，从而使得所述增压装置在换挡过程结束之后才必须重新进入到所期望的运行点中，在所述运行点处所述增压装置提供所需要的增压压力。由此，在紧接着换挡过程之后的一定时间内，只有相对较低的空气充填度和相应地低的马达功率可供使用，因为所述增压空气仅相对缓慢地被建立到足够的增压压力上。

为了避免这种被称作涡轮迟滞（Turboloch）的效应，这里在步骤S2中预先规定，不再让所述增压装置的压缩机的转速在脱开之后以如在纯废气驱动的增压装置的情况中那样的程度下降。更确切地说，所述转速直到重新接合都保持在下述水平上：所述水平为了提供保持不变的增压压力或者说接合之后的增压压力而被需要。这以下述方式实现：根据图1的实施方式相应地操控所述以电动马达的形式辅助的增压装置6的电动马达64，或者如此进一步运行所述电气运行的增压装置9的电动马达以使得能够相应地提供预先给定的增压压力或者在接合之后所需要的增压压力。

这促成了换挡过程之后车辆的改善的加速特性，因为在所述燃烧马达2的燃烧室中保持了高的空气充填度并且由此更快地提供较高的马达力矩。

尤其能够在换挡过程期间根据运行点来适配所述压缩机63、92的转速，其中所述运行点能够通过换挡过程的类型、燃烧马达的一个或多个运行参数如例如马达温度、环境空气的温度和类似参数、车速和驾驶员期望力矩来确定。换挡过程的类型能够通过所置入的行驶速度级和换挡过程之后所期望的行驶速度级来给定。该指标能够通过档位选择开关或者在自动变速器的情况下由传动装置控制器来获得。例如能够设想通过在加速过程中的离合器操纵切换到高速档，并且例如能够设想通过在减速过程中的离合器操纵切换到低速档。

通过驾驶员期望力矩所给出的力矩期望能够借助于行驶踏板的位置来获取。如果在换挡过程开始时在当前的马达转速下所提供的或者说能够提供的马达力矩小于由驾驶员所要求的力矩期望，那么切换到更低的行驶速度级（更低的档位）中。由此，换挡过程之后的力矩期望对应于换挡过程之前的力矩期望。

换挡过程之后的力矩期望能够在加速过程中通过驱动功率来获取。当马达转速超出预先给定的转速阈值并且例如通过探测离合器操纵或者通过用于自动变速器的传动装置控制器的信号传递确定了要改变行驶速度级的期望，那么设想切换到高速档。如果确定预测要将行驶速度级换到高速档，那么在换挡过程之前通过传动系所传递的驱动功率能够对应于在换挡过程之后应当通过传动系所传递的驱动功率。所述驱动功率能够设想为与马达力矩与马达转速的乘积成比例。行驶速度级的改变在切换到高速档时根据所改变的行驶速度级的变速器减速比引起转速下降，所述转速下降在驱动功率相同的情况下能够通过力矩提高得以补偿，也就是说，马达力矩与马达转速的乘积应当在换挡之前和换挡之后保持相同。由此产生的马达力矩能够用作换挡之后的力矩期望。

由此，能够由在换挡过程开始之前的运行点来获取力矩期望并且由此获取对在换挡过程之后有待提供的空气充填度的需要。由此产生有待调整的增压压力，从而能够相应地利用电气辅助系统来调整压缩机63、92的转速。

Claims (13)

1.用于运行具有燃烧马达（2）的驱动系统（1、1'）的方法，其带有至少部分电气带动的压缩装置，所述方法具有以下步骤：

- 检查（S1）：换挡过程是否开始并且传动系是否相应地断开；

- 在确定了换挡过程开始的情况下，通过附加地提供电气产生的压缩功率来调整（S2）增压装置（6、9）的压缩功率，从而使得至少在换挡过程结束时在所述驱动系统（1、1'）的增压压力区段中提供增压压力，所述增压压力高于在与所述燃烧马达（2）的、在换挡过程期间所提供的废气焓相对应的压缩功率下产生的增压压力，

其中检查换挡过程是否开始包括：检查离合器踏板的操纵，或者检查在自动换挡的情况下是否存在相应的、用于自动脱开的信号；

其中根据运行点确定换挡过程之后所需要的马达力矩并且由此获取所产生的、用于所述燃烧马达（2）的增压压力，其中所述运行点通过以下指标中至少一个指标来给出：

- 换挡过程的类型，

- 燃烧马达的一个或多个运行参数，

- 车速以及

- 驾驶员期望力矩；

其中借助于行驶踏板的位置来获取换挡过程之后所需要的马达力矩换挡；

其中调整换挡过程之后所需要的马达力矩，从而使得换挡过程之后的驱动功率对应于换挡过程之前的驱动功率换挡；

其中所述换挡过程之后所需要的马达力矩由下述方式来获取：即换挡过程之前所施加的马达力矩与换挡过程之前存在的马达转速的乘积除以通过行驶速度级在换挡过程期间的改变根据变速器减速比所产生的、换挡过程之后的马达转速。

2.按权利要求1所述的方法，其中所述驱动系统（1、1'）包括以电动马达的形式辅助的、废气驱动的增压装置（6）或者纯电气运行的增压装置（9）。

3.按权利要求1所述的方法，其中通过将电功率附加地提供到以电动马达的形式辅助的、废气驱动的增压装置（6）处或者附加地提供到纯电气运行的增压装置（9）处来调整（S2）所述增压装置（6、9）的压缩功率。

4.按权利要求1所述的方法，其中燃烧马达的一个或多个运行参数是马达温度和环境空气的温度。

5.按权利要求1所述的方法，其中当确定了或者设想到切换到较低的行驶速度级中的换挡过程时，借助于行驶踏板的位置来获取换挡过程之后所需要的马达力矩。

6.按权利要求1所述的方法，其中当确定了或者设想到切换到较低的行驶速度级中的换挡过程时，调整换挡过程之后所需要的马达力矩，从而使得换挡过程之后的驱动功率对应于换挡过程之前的驱动功率。

7.按权利要求1所述的方法，其中获取换挡过程之后所需要的马达力矩并且由此获取所产生的、用于所述燃烧马达（2）的增压压力，其中在以电动马达的形式辅助的、废气驱动的增压装置（6）或者纯电气运行的增压装置（9）的换挡过程期间输送电功率，以便调整为了调整增压压力而产生的压缩功率。

8.用于运行具有燃烧马达（2）的驱动系统（1、1'）的装置，其中所述驱动系统包括以电动马达的形式辅助的、废气驱动的增压装置（6）或者纯电气运行的增压装置（9），其中所述装置构造用于：

- 检查：换挡过程是否开始并且传动系是否相应地断开；

- 在确定了换挡过程开始的情况下，通过将电功率附加地提供到以电动马达的形式辅助的、废气驱动的增压装置（6）处或者附加地提供到纯电气运行的增压装置（9）处来调整所述增压装置（6、9）的总的压缩功率，从而使得至少在换挡过程结束时在所述驱动系统（1、1'）的增压压力区段中提供增压压力，所述增压压力高于在与所述燃烧马达（2）的、在换挡过程期间所提供的废气焓相对应的压缩功率下产生的增压压力；

其中检查换挡过程是否开始包括：检查离合器踏板的操纵，或者检查在自动换挡的情况下是否存在相应的、用于自动脱开的信号；

其中根据运行点确定换挡过程之后所需要的马达力矩并且由此获取所产生的、用于所述燃烧马达（2）的增压压力，其中所述运行点通过以下指标中至少一个指标来给出：

- 换挡过程的类型，

- 燃烧马达的一个或多个运行参数，

- 车速以及

- 驾驶员期望力矩；

其中借助于行驶踏板的位置来获取换挡过程之后所需要的马达力矩换挡；

其中调整换挡过程之后所需要的马达力矩，从而使得换挡过程之后的驱动功率对应于换挡过程之前的驱动功率换挡；

其中所述换挡过程之后所需要的马达力矩由下述方式来获取：即换挡过程之前所施加的马达力矩与换挡过程之前存在的马达转速的乘积除以通过行驶速度级在换挡过程期间的改变根据变速器减速比所产生的、换挡过程之后的马达转速。

9.按权利要求8所述的装置，其中燃烧马达的一个或多个运行参数是马达温度和环境空气的温度。

10.按权利要求8所述的装置，其中当确定了或者设想到切换到较低的行驶速度级中的换挡过程时，借助于行驶踏板的位置来获取换挡过程之后所需要的马达力矩。

11.按权利要求8所述的装置，其中当确定了或者设想到切换到较低的行驶速度级中的换挡过程时，调整换挡过程之后所需要的马达力矩，从而使得换挡过程之后的驱动功率对应于换挡过程之前的驱动功率。

12.驱动系统（1、1'），其具有燃烧马达（2）、按权利要求8所述的装置并且具有以电动马达的形式辅助的废气驱动的增压装置（6）或纯电气运行的增压装置（9）。

13.机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序设计用于执行按权利要求1-7中任一项所述的方法的所有步骤。

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