DE10156704A1

DE10156704A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers für Verbrennungskraftmaschinen mit elektrisch unterstütztem Antrieb

Info

Publication number: DE10156704A1
Application number: DE10156704A
Authority: DE
Inventors: Thomas Huke; Achim Mueller
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei der Abgasturbolader zusätzlich zum Antrieb von einer Abgasturbine durch einen lüftgekühlten Elektromotor, vorzugsweise eine Synchronmaschine, angetrieben wird. DOLLAR A Die Elektromaschine (5) weist einen Sensor (16) zum Messen ihrer Temperatur und eine Kühlluftleitung (8) auf, die ihr gekühlte Ladeluft stromab eines Ladeluftlühlers (9) zur Kühlung zuleitet. DOLLAR A Einerseits wird die Aufgabe gelöst, ein einfaches Verfahren zum Betreiben eines von einem elektrischen Hilfsantrieb unterstützten Abgasturboladers zu schaffen, mittels dessen die elektrische Unterstützung des Turboladers optimal erfolgt und eine Überlastung des Hilfsantriebes vermieden wird und andererseits hierfür eine Vorrichtung mit steuerbarem luftgekühltem Elektroantrieb zu gestalten. DOLLAR A Für das Verfahren zum Betreiben des Abgasturboladers (2) mit elektrisch unterstütztem Antrieb wird der Istwert des Ladedrucks (LD_ist), die Motordrehzahl (DZ_M), die Turboladedrehzahl (DZ_TL) und die Temperatur der antreibenden Elektromaschine (T_E) ermittelt, dabei weist das Verfahren folgende erfindungsgemäße Verfahrensschritte auf, DOLLAR A - aus einem gemessenen Sollwert des Ladedrucks (LS_soll) und dem Ladedruckistwert (LD_ist) wird eine Ladedruckdifferenz (LD_diff) berechnet, DOLLAR A - in Abhängigkeit von der Ladedruckdifferenz (LD_diff) und der Motordrehzahl (DZ_M) wird aus einem Kennfeldspeicher (18) ein ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei der Abgasturbolader zusätzlich zum Antrieb von einer Abgasturbine durch einem Elektromotor, vorzugsweise einer Synchronmaschine, angetrieben wird.
Vom Abgas einer Verbrennungskraftmaschine angetriebene Turbolader weisen den Nachteil auf, dass in Betriebsbereichen niedriger Motordrehzahl die Abgasenergie zum Erbringen des geforderten Ladedrucks nicht ausreicht. Die Abgasturbolader müssen, um in Bereichen niedriger Drehzahl anforderungsgemäßen Ladedruck liefern zu können entsprechend groß dimensioniert werden. In Betriebsbereichen höherer Motordrehzahl liefert der, hinsichtlich eines ausreichenden Ladedrucks im unteren Drehzahlbereich dimensionierte, Abgasturbolader mehr Ladeluft als gefordert. Die Abgase werden über ein Waste-Gate abgeleitet und der Ladedruck wird durch die Abgasmenge anforderungsgemäß gesteuert. Die Auslegung des Abgasturboladers erfolgt demzufolge als Kompromiss zugunsten ausreichenden Ladedrucks bei niedrigen Drehzahlen. Weiterhin nachteilig ist, dass der Antrieb des Abgasturboladers durch die Verbrennungsabgase ein nacheilendes Ansprechen des Abgasturboladers, z. B. bei Beschleunigungsvorgängen, bedingt. Diese Nachteile des Abgasturboladers werden durch einen zusätzlichen Elektroantrieb und dessen, an die Betriebsbedingungen des Motors angepasste Ansteuerung beseitigt. Für einen kompakten Aufbau einer solchen Kombination aus elektrischem Antrieb und Abgasantrieb ist es notwendig die Elektromaschine in den Abgasturbolader zu integrieren. Der kompakte Aufbau der Anordnung und die damit verbundene Nähe des Elektroantriebs zu den heiße Verbrennungsabgase führenden Kanälen, die geforderte hohe Drehzahl des Abgasturboladers sowie die bauraumsparende Dimensionierung des Elektromotors erfordern Sicherheitsfunktionen, insbesondere um die Elektromaschine vor Überhitzung zu schützen.
Vorbekannt ist aus der Schrift DE 35 39 782 A1 ein mit einem Elektromotor unterstützter Abgasturbolader sowie ein Verfahren zu dessen Betreiben. Der Abgasturbolader besteht aus einer von den Abgasen einer Brennkraftmaschine getriebenen Abgasturbine, wobei der Rotor der Abgasturbine durch eine Welle mit dem Rotor eines Verdichters verbunden ist. Die Welle überträgt das von der Turbine abgegebene Drehmoment an den Rotor des Verdichters. Der Verdichter saugt über einen Luftfilter Umgebungsluft an und führt diese verdichtet über einen Ladeluftkühler der Ansauganlage eines Verbrennungsmotors zu. Zwischen Abgasturbine und Verdichter ist auf der diese verbindenden Welle der Rotor einer Elektromaschine angeordnet. Diese ist, gesteuert von einer Steuereinheit, sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb betreibbar. Die Elektromaschine arbeitet insbesondere im unteren Drehzahlbereich im Motorbetrieb und beschleunigt den Verdichter, da bei niedriger Drehzahl des Motors die Abgasenergie nicht ausreicht, um den geforderten Ladedruck am Verdichter bereitzustellen. Bei hoher Drehzahl wird die Elektromaschine im Generatorbetrieb betrieben und die Abgasenergie, die nicht zum Antrieb des Verdichters benötigt wird, kann zum Aufladen der extremen Energieversorgung der Elektromaschine dienen. Der Sollwert des Ladedrucks wird aus der Motordrehzahl und der Drosselklappenstellung errechnet. Der Istwert des Ladedrucks wird nach dem Ladeluftkühler gemessen und ein Regler stellt, gemäß der Regelabweichung, die Antriebsleistung der Elektromaschine. Das die Stellung der Drosselklappe repräsentierende Signal dient insbesondere zur Erkennung von Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen. Diese wirken sich zeitverzögert auf die vom Motor abgegebene Abgasenergie aus. Bei Beschleunigungsvorgängen besteht jedoch ein höherer Bedarf an Ladeluft, so dass bis zur Bereitstellung einer entsprechenden Antriebsleistung durch die Abgasturbine der Antrieb des Verdichter von der Elektromaschine unterstützt wird.
Ein plötzliches Schließen der Drosselklappe kann durch die zeitverzögert mit unverminderter Drehzahl nachlaufende Abgasturbine Druckspitzen im Ansaugkanal hervorrufen. Mittels des Signals des Drosselklappensensors kann das plötzliche Schließen der Drosselklappe erkannt werden und durch eine Ansteuerung der Elektromaschine als Generator erfolgt ein Abbremsen der den Verdichter antreibenden Welle. Der Ladedruck wird damit vermindert und Druckspitzen im Ansaugkanal werden vermieden. Weiterhin ist es vorgesehen, dass ein Temperatursensor für die Ladeluft mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um den Ladedruck temperaturabhängig zu begrenzen, sowie eine bei Warm- und Kaltstart geforderte Ladeluftmenge bereitzustellen. Ein Klopfsensor kann der Steuerung angeschlossen sein um bei auftretendem Klopfen den Ladedruck entsprechend zu begrenzen. Eine Regelung gemäß dem Wert eines zusätzlich angeschlossenen Lambdasensors ist ebenfalls vorgesehen. Detaillierte Angaben zur Regelung bzw. zur Einbindung der Parameter in die Regelung sind der Schrift nicht zu entnehmen.
Vorbekannt ist aus der Schrift WO 98/16728 ein Abgasturbolader mit integriertem Motor/Generator. Der Motor/Generator wird durch auf dem Rotor angeordnete Magnete und gegenüberliegende Wicklungen im Turboladergehäuse gebildet. Die so gebildete Elektromaschine dient im Motorbetrieb zum Antrieb des Turboladers im unteren Drehzahlbereich, in dem die Abgasturbine nicht genug Energie für den benötigten Ladedruck liefert und im Generatorbetrieb zum Abbremsen des Abgasturboladers. Die beim Abbremsen des Turboladers im Generatorbetrieb der Elektromaschine erzeugte Energie wird zum Laden deren extemer Stromversorgung genutzt bzw. gegen einen Widerstand abgeleitet. Die Steuerung des Turboladers erfolgt damit ohne ein zusätzliches Waste-Gate. Die Elektromaschine des Turboladers wird entsprechend der Drehzahl bzw. dem dort notwendigen Ladedruck gesteuert. Weitere Einflussgrößen wie Lastsignal, Motordrehmoment und Gangwahl können berücksichtigt werden. Genaue Angaben zum Ansteuerverfahren sind der Schrift nicht zu entnehmen. Weiterhin ist ein Sensor zum Ermitteln der Turboladerdrehzahl vorgesehen, der in das Steuerkonzept eingebunden werden kann. Beschrieben ist die Nutzung des Drehzahlsensors zum Überwachen der Maximal - und Minimaldrehzahl. Der Abgasturbolader wird bei einer maximalen Laderdrehzahl abgebremst bzw. bei Unterschreiten einer minimalen Drehzahl auf einem vorbestimmten Wert gehalten, um bei einem nachfolgenden Beschleunigungsvorgang mit möglichst geringer Zeitverzögerung anzusprechen. Zur Erkennung von Beschleunigungsvorgängen wird das Drosselklappensignal oder das Signal des Gaspedals ausgewertet, wobei ein zweiter Energiespeicher vorgesehen ist, der in Abhängigkeit des Drosselklappensignals Energie für den elektrischen Antrieb des Turboladers liefert. Zum Schutz des elektrischen Hilfsantriebs ist ein thermischer Sensor vorgesehen der die Temperatur der Elektromaschine überwacht und bei Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes die Elektromaschine abschaltet. Die Kühlung des Turboladers erfolgt mittels einer Wasser und/oder Luftkühlung, die an die jeweiligen Kreisläufe eines Verbrennungsmotors angeschlossen sein kann.
Vorbekannt ist aus der US 4,901,530 ein Steuergerät für einen elektrisch unterstützten Abgasturbolader, wobei zusätzlich zur Regelung des elektrischen Hilfsantriebes der Abgasstrom steuerbar ist. Der Abgasstrom wird gemäß einem Schwellwert der Motordrehzahl gesteuert.
Der elektrische Hilfsantrieb wird in einem Regelkreis entsprechend dem Ladedruck geregelt. Ausgehend von der Motordrehzahl sowie dem Signal eines "Beschleunigungssensors" wird der Sollwert für den Ladedruck berechnet. Es wird die Differenz zwischen dem Istwert des Ladedrucks und dem von einem Ladedrucksensor gemessenen Sollwert gebildet. Überschreitet die Differenz einen vorgegebenen Schwellwert wird der Abgasturbolader beschleunigt. Die Ansteuerung des elektrischen Hilfsantriebs erfolgt über das Tastverhältnis, wobei das neue Tastverhältnis aus einem Anteil der aus dem Istwert der Turbinendrehzahl und einem Anteil aus der Ladedruckdifferenz errechnet wird. In einem Bereich, indem die Ladedruckdifferenz Soll- Minus Istwert positiv ist und unterhalb des vordefinierten Schwellwertes liegt wird durch Variation des Tastverhältnisses die Regelabweichung gegen 0 geregelt. Der Ansteuerwert für die elektrische Unterstützung des Turboladers wird entsprechend der Änderung der Turboladerdrehzahl verändert.
Der Elektrische Hilfsantrieb wird zum Bremsen des Turboladers im Generatorbetrieb betrieben, wenn die Ladedruckdifferenz negativ ist, der Ladedruck-Istwert also dessen Sollwert überschritten hat. Sicherheitsfunktionen, insbesondere die thermische Überwachung des elektrischen Hilfsantriebes, sind nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein einfaches Regelverfahren zum Betreiben eines von einem elektrischen Hilfsantrieb unterstützten Abgasturboladers zu schaffen, bei dem die elektrische Unterstützung des Turboladers optimal eingesetzt wird und eine Überlastung des Hilfsantriebes vermieden wird, sowie einen Abgasturbolader mit steuerbarem luftgekühltem Elektroantrieb und ein Verfahren zu dessen Betreiben zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 6 und 8 gelöst.
Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die Ansteuerung des elektrischen Hilfsantriebes Turboladers über ein Kennfeld, dessen Eingangsgrößen Ladedruckdifferenz und Motordrehzahl sind. Der aus dem Kennfeld erzeugte Ansteuerwert wird durch einen maximalen Ansteuerwert, der aus der Turboladerdrehzahl ermittelt wird, begrenzt. Der so ermittelte Ansteuerwert ist mit einer Schaltbedingung UND-Verknüpft, wird also nur bei Vorliegen der Schaltbedingung an den Ausgang A durchgeschaltet. Die Schaltbedingung wird mittels einer Logik gesetzt, in welcher Sicherheitsfunktionen für die Elektromaschine und den Turbolader, Schalthysterese sowie Überlastbedingungen und Motorparameter berücksichtigt werden. Diese Trennung ist vorteilhaft, da somit eine einfach applizierbare Struktur entsteht, in welcher der Ansteuerwert aus einem Kennfeld direkt auslesbar ist und die Schaltlogik, mit Sicherheits- und Hysteresefunktion getrennt ausgeführt wird. Das Kennfeld kann dementsprechend einzeln am Prüfstand oder im Fahrbetrieb gemäß der Betriebsbedingungen des Motors appliziert werden, wobei die Schaltlogik davon vorerst unberührt ist. Die Ansteuerverfahren für den elektrischen Hilfsantriebs des Turboladers bildet einen adaptiven Zweipunktregler. Der elektrischen Hilfsantriebs des Turboladers wird gemäß der Anschaltbedingung aus- bzw. eingeschalten, wobei der Ansteuerwert, als adaptive Komponente gemäß dem Betriebspunkt aus der Ladedruckdifferenz und der Motordrehzahl bestimmt wird. Die Anschaltbedingung verbindet damit die Regelfunktion für den Ladedruck durch zyklisches An- bzw. Ausschalten des elektrischen Hilfsantriebes mit Sicherheitsfunktionen der Elektromaschine und des Turboladers.
Werden Änderungen des Ansteuerregimes oder der Sicherheitsfunktionen notwendig können diese Funktion durch Änderung der Schaltlogik einfach eingebracht werden ohne dass eine Veränderung des Kennfeldes erfolgen muß. Die Portierbarkeit so erstellter Algorithmen beispielsweise bei Modelländerungen wird damit gewährleistet.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Elektromaschine luftgekühlt, wobei die Luft stromab eines Ladeluftkühlers entnommen und dem Abgasturbolader vor dessen Verdichter wieder zugeführt wird. Es entsteht ein geschlossener Kühlkreislauf für die Elektromaschine. Die Kühlluftrückführung ist über ein Ventil steuerbar, so daß bei nicht benötigter Kühlung die gesamte angesaugte Luftmenge dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird die Luftkühlung für die Elektromaschine nur dann durch das Ventil unterbrochen, wenn ein vordefinierter Temperaturschwellwert für die Elektromaschine unterschritten ist. Damit wird eine thermische Überbeanspruchung des Turboladers zuerst durch die Luftkühlung vermieden, bevor zum Schutz der Elektromaschine der elektrische Antrieb stillgesetzt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockschaltbild,
Fig. 3 das Verfahren zum Ermitteln des Ansteuerwertes in einem Blockschaltbild,
Fig. 4 das Verfahren zum Ermitteln der Anschaltbedingung in einem Blockschaltbild.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Prinzipdarstellung. Einem Motor 1 ist über eine Kanal 7 ein Abgasturbolader 2, bestehend aus einem Verdichter 3 und einer Abgasturbine 4 angeschlossen. Der Verdichter 3 und Abgasturbine 4 sind auf einer gemeinsamen Welle 15 angeordnet, wobei der Verdichter 3 von der Abgasturbine 4, die über eine Abgasleitung 14 mit Verbrennungsabgasen des Motors 1 beaufschlagt wird, angetrieben ist. Auf der gemeinsamen Welle 15 ist zum Antrieb des Turboladers 2 eine luftgekühlte Elektromaschine 5 vorgesehen, die sowohl im Motor als auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann. Die Elektromaschine wird über eine Ansteuereinheit 17 von einem Motorsteuergerät 13 gesteuert. An der Elektromaschine 5 ist ein Temperatursensor 16 vorgesehen, dessen Signal an die Motorsteuerung 13 angeschlossen ist.
Die vom Verdichter 3 verdichtetet Luft wird, von einem Ansaugkanal 6 kommend, der Ansauganlage des Motors 1 über einen Ladeluftkühler 9 zugeführt. In der Ansauganlage des Motors 1 befindet sich ein Ladedrucksensor 1, dessen Signal dem Motorsteuergerät 13 angeschlossen ist. Weiterhin ist ein Drehzahlsensor 30 zum Messen der Drehzahl des Abgasturboladers 2 der Motorsteuerung 13 angeschlossen.
Die Elektromaschine 5 wird mit Luft gekühlt, die über eine Kühlluftleitung 8 nach dem Ladeluftkühler 9 aus der Ansauganlage des Motors 1 abgezweigt wird, wobei die zur Kühlung abgezweigte Luftmenge über ein von der Motorsteuerung 13 steuerbares Ventil 10 gesteuert wird. Die zur Kühlung der Elektromaschine 5 abgezweigte Luftmenge wird anschliessend über eine Kühlluftrückführung 12 dem Abgasturbolader 2 vor dem Verdichter 3 wieder zugeführt.
Dem Motorsteuergerät 13 liegen Motorparameter P_{Motor1- x} (Drehzahl, Last, Beschleunigungsanforderung, AGR etc.) an, wobei die Elektromaschine 5 und das Ventil 10 gemäß der Motorparameter P_{Motor1- x} sowie der Signale von Ladedrucksensor 11, Temperatursensor 16 und Drehzahlsensor 30 der Abgasturbine geregelt wird.
Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung sowie zur Steuerung der Kühlung der den Abgasturbolader treibenden Elektromaschine. Einer Recheneinheit RE1 zum Ermitteln des Ansteuerwertes TL_anst für die Elektromaschine sind die Eingangssignale Motordrehzahl DZ_M, Turboladerdrehzahl DZ_TL sowie der Istwert LD_ist und der Sollwert LD_soll des Ladedrucks angeschlossen. Weitere Motorparameter P_{Motor_1-x} können zum Ermitteln eines Ansteuerwertes TL_anst herangezogen werden. Der Ansteuerwert TL_anst für die den Abgasturbolader treibende Elektromaschine wird kennfeldbasiert (detailliert siehe Fig. 3) aus diesen Werten berechnet. In einer zweiten Recheneinheit RE2 werden mittels einer Schaltlogik die Signale Temperatur der Elektromaschine T_E, Einschaltzeit der Elektromaschine t_on, Abgasrückführung aktivinaktiv AGR, Motordrehzahl DZ_M, Turboladerdrehzahl DZ_TL sowie der Istwert LD_ist und der Sollwert LD_soll des Ladedrucks zu einem Startsignal für den Abgasturbolader TL_start_1/0 verknüpft (detailliert siehe Fig. 4). Ausgehend vom Ergebnis der Verknüpfung wird der Ansteuerwert TL_anst am Ausgang A durchgeschaltet und die Elektromaschine gemäß diesem Wert angesteuert.
In einer dritten Recheneinheit RE3 ist die Ventilansteuerung für die Kühlluftrückführung realisiert. Der Recheneiheit liegen eingangsseitig die Signale Abgasturbolader gestartet TL_start1/0 und das Signal Temperatur der Elektromaschine T_E an. Ausgangsseitig der Recheneinheit RE3 wird das Signal zum Öffnen bzw. Schließen des Ventils V_on/off generiert. Das Ventil wird geschlossen, wenn das Startsignal für den Abgasturbolader TL_start im Zustand "Ein" ist und eine vordefinierte minimale Temperaturschwelle T_E_min für die Elektromaschine unterschritten ist. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt wird der Turbolader durch die Kühlluftrückführung mit nach dem Ladeluftkühler abgezweigter Luft gekühlt.
Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße Verfahren zum Generieren des Ansteuerwertes für die Elektromaschine des Abgasturboladers. Einer Subtraktionseinheit 18 liegen eingangsseitig die Signale Sollwert LD_soll und Istwert LD_ist des Ladedrucks an. Die Subtraktionseinheit 18 bildet aus der Differenz der Signale daraus die Ladedruckdifferenz LD_Diff, welche eingangsseitig einem Kennfeldspeicher 19 anliegt. Der zweite Eingang des Kennfeldspeichers 19 ist mit der Motordrehzahl DZ_M belegt und entsprechend dieser beiden Signale wird aus dem Kennfeld ein Ansteuerwert TL_anst' für die Elektromaschine ausgelesen, der ausgangsseitig des Kennfeldspeichers 19 anliegt. Der Ansteuerwert TL_anst' entspricht einer Stellgröße für die Ansteuerung der Elektromaschine, beispielsweise ein Spannungspegel oder ein Tastverhältnis, das ein äquivalentes Antriebsmoment für den Turbolader hervorruft. Die Turboladerdrehzahl DZ_TL liegt eingangsseitig einer Recheneinheit 21 an, die entsprechend dieser Drehzahl, gemäß einer Kennlinie, einen maximalen Ansteuerwert TL_anst_lim für die Elektromaschine berechnet. In einem Begrenzer 20 wird der aus dem Kennfeldspeicher 19 ausgelesene Ansteuerwert TL_anst' auf den maximalen Antsteuerwert TL_anst_lim begrenzt, sobald dieser überschritten wird.
Fig. 4 zeigt das Verfahren zum Ermitteln der Anschaltbedingung TL_start_1/0 für den Ansteuerwert der den Abgasturbolader treibenden Elektromaschine in einem Blockschaltbild. Die Motordrehzahl DZ_M ist der Recheneinheit RE2 eingangsseitig angeschlossen und verzweigt innerhalb dieser auf zwei Vergleicher mit Schalthysterese 22, 23. Der Vergleicher 22 vergleicht die Motordrehzahl DZ_M mit einer vordefinierten Konstante maximaler Motordrehzahl DZ_M_max_K, wobei in Abhängigkeit von der Motordrehzahl DZ_M zur Konstante DZ_M_max_K und der zusätzlichen Schalthysterese, ausgangsseitig des Vergleichers 22, ein Signal DZ_M_max_1/0 generiert wird. Das Signal DZ_M_max_1/0 wird 1 gesetzt, wenn der Wert der Motordrehzahl DZ_M unterhalb der Konstante maximaler Motordrehzahl DZ_M_max_K und dem Bereich der vordefinierten Schalthysterese liegt. Dieses Signal ist am Eingang einer Logikeinheit 29 angeschlossen. Analog zum Vergleicher 22 wird im Vergleicher 23 das Signal der Motordrehzahl DZ_M mit einer Konstante verglichen. In Abhängigkeit der Relation der Motordrehzahl DZ_M zur Konstante DZ_M_min_K und der zusätzlichen Schalthysterese wird ausgangsseitig des Vergleichers 23 ein Signal DZ_M_min_1/0 generiert. Das Signal DZM_min_1/0 wird 1 gesetzt, wenn der Wert der Motordrehzahl DZ_M oberhalb der Konstante minimaler Motordrehzahl DZ_M_min_K und dem Bereich der vordefinierten Schalthysterese liegt. Das Signal DZ_M_min_1/0 ist dem Eingang der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschlossen.
In einer Einheit 28 wird das Signal der Abgasrückführung AGR ausgewertet. Ausgangsseitig der Einheit 28 wird das Signal AGR_1/0 generiert. Das Signal AGR_1/0 wird 1 gesetzt, wenn keine Abgasrückführung aktiv ist. Das Signal ist der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschlossen.
Einem Vergleicher 26 liegt eingangsseitig das Signal für die Einschaltzeit der Elektromaschine t_on an. An einem zweiten Eingang des Vergleichers 26 ist eine vordefinierte Konstante für die maximale Einschaltzeit der Elektromaschine t_on_max angeschlossen. In Abhängigkeit vom Vergleich von t_on mit t_on_max wird am Ausgang das Signal t_on_1/0 generiert. Das Signal t_on_1/0 wird 1 gesetzt, wenn t_on < t_on_max. Dieses Signal ist der Logikeinheit 29 und einer Recheneinheit 31 eingangsseitig angeschlossen. Wird das Signal t_on_1/0 = 0 gesetzt, so wird gleichzeitig t_off, die maximale Ausschaltzeit = 0 gesetzt. Bei einem Abschalten des elektrischen Hilfsantriebes des Turboladers, aufgrund des Überschreitens der maximalen Anschaltzeit t_on_max, beginnt die Abschaltzeit t_off zu laufen. Der elektrische Hilfsantrieb des Turboladers kann erst dann wieder zugeschaltet werden, wenn die Abschaltzeit t_off größer als ein vordefinierter Wert t_off_K ist. In diesem Fall wird das Signal t_off_1/0 = 1 gesetzt. Das Signal t_off_1/0 ist der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschalten.
In der Subtraktionseinheit 18 wird aus der Differenz des Ladedruckistwertes LD ist zum Ladedrucksollwert LD_soll (LD_diff = LD_soll - LD_ist) die Ladedruckdiferenz LD_diff berechnet, die eingangsseitig einem Vergleicher 27 anliegt. Am zweiten Eingang des Vergleichers 27 liegt eine Konstante LD_diff_K für die minimale Ladedruckdifferenz an, wobei diese einen negativen Wert aufweist. In Abhängigkeit vom Vergleich von LD_diff mit LD_diff_K wird am Ausgang das Signal LD_diff_1/0 generiert. Das Signal LD_diff_1/0 wird 1 gesetzt, wenn LD_diff < LD_diff_K, also eine minimale negative Ladedruckdifferenz nicht überschritten ist. Das heisst konkret bei einem steigenden Sollwert des Ladedrucks LD_soll folgt der Istwert LD_ist zeitverzögert nach und LD_diff = LD_soll - LD_ist ist positiv. Erfolgt ein Überschwingen des Istwerts LD_ist des Ladedrucks, so wird die Ladedruckdiferenz LD_diff negativ. Unterschreitet die Ladedruckdifferenz LD_diff die minimale Ladedruckdifferenz LD_diff_K, so wird das Signal LD_diff_1/0 = 0 gesetzt und dadurch der elektrische Hilfsantrieb des Turboladers abgeschaltet. dDs Signal LD_diff_1/0 ist der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschlossen.
Einem Vergleicher mit Schalthysterese 24 sind die Signale der Turboladerdrehzahl DZ_TL und eine Konstante maximaler Turboladerdrehzahl DZ_TL_max_K angeschlossen. In Abhängigkeit von der Relation der Turboladerdrehzahl DZ_TL zur Konstante DZ_TL_max_K und der Schalthysterese wird ausgangsseitig des Vergleichers 24 ein Signal DZ_TL_max_1/0 generiert. Das Signal DZ_TL_max1/0 wird 1 gesetzt, wenn der Wert der Turboladerdrehzahl DZ_TL unterhalb der Konstante maximaler Turboladerdrehzahl DZ_TL_max_K und dem Bereich der vordefinierten Schalthysterese liegt. Das Signal DZ_TL_max1/0 ist dem Eingang der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschlossen.
Einem Vergleicher 25 sind die Signale Mengenbegrenzung-Drehmoment D_Beg und Rauchmengenbegrenzung R_Beg angeschlossen. Diese Begrenzungsmengen resultieren aus Steuergerätefunktionen, die eine maximale Einspritzmenge aufgrund des maximalen Drehmoments und eine maximale Einspritzmenge aufgrund der Abgaswerte berechnen. Übersteigt die Rauchmengenbegrenzung R_Beg die Mengenbegrenzung-Drehmoment DM_Beg wird ein Begrenzungssignal BEG_1/0 auf 0 gesetzt. Aus der Relation der beiden Begrenzungsmengen wird mittelbar auf den Ladedrucksollwert geschlossen. Übersteigt die Rauchmengenbegrenzung R_Beg die Mengenbegrenzung-Drehmoment DM_Beg wird bereits ein hoher Ladedruckwert erzeugt. Die elektrische Unterstützung des Abgasturboladers wird durch setzen des Signal BEG_1/0 = 0 abgeschalten. Das Begrenzungssignal BEG_1/0 ist der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschlossen. Das Signal F_sys ist der Logikeinheit 29 eingangsseitig angeschlossen. Das Signal wird 1 gesetzt, wenn im System keine Fehlerzustände erkannt worden sind. Die Logikeinheit 29 ist als UND-Glied ausgeführt, wobei das Signal TL_start1/0 zu 1 generiert wird, d. h. die den Abgasturbolader treibende Elektromaschine mit dem Ansteuerwert TL_anst beaufschlagt wird (siehe Fig. 2), wenn sämtliche Eingangssignale der Logikeinheit 29 auf 1 gesetzt sind, d. h.:

- DZ_M_max_1/0 = 1 - Motordrehzahl kleiner als die vordefiniert maximale Motordrehzahl + Schalthysterese -,
- DZ_M_min_1/0 = 1 Motordrehzahl größer als die vordefiniert minimale Motordrehzahl + Schalthysterese -,
- AGR_1/0 = 1 keine Abgasrückführung aktiv,
- t_on_1/0 = 1 Einschaltzeit der Elektromaschine t_on kleiner als die maximal definierte Einschaltzeit t_on_max,
- t_off_1/0 = 1 Ausschaltzeit der Elektromaschine t_off größer als die minimal definierte Ausschaltzeit t_off_K,
- LD_diff_1/0 = 1 die Ladedruckdifferenz LD_diff ist größer als der vordefinierte negativer Schwellwert LD_diff_K,
- DZ_TL_max_1/0 = 1 die Turboladerdrehzahl DZ_TL kleiner als die vordefiniert maximale Turboladerdrehzahl DZ_TL_max_K + Schalthysterese -
- BEG_1/0 = 1 Rauchmengenbegrenzung R_Beg ist kleiner als die Mengenbegrenzung- Drehmoment D_Beg,
- F_Sys = 1 es sind keine Systemfehler erkannt worden.

Die beschriebene Erfindung sollte nicht auf die vorstehend ausgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern kann in viele andere Richtungen modifiziert werden, ohne dass vom Geist der Erfindung abgewichen wird. Bezugszeichenliste 1 Motor
2 Abgasturbolader
3 Verdichter
4 Abgasturbine
5 Elektromaschine
6 Ansaugkanal
7 Kanal
8 Kühlluftleitung
9 Ladeluftkühler
10 Ventil
11 Ladedrucksensor
12 Kühlluftrückführung
13 Motorsteuerung
14 Abgasleitung
15 Welle
16 Temperatursensor
17 Ansteuereinheit
18 Subtraktionseinheit
19 Kennfeld
20 Begrenzer
21 Recheneinheit
22-24 Vergleicher mit Schalthysterese
25, 26 u. 27 Vergleicher
29 Logik-Einheit (UND)
30 Drehzahlsensor Abgasturbolader
31 Recheneinheit
P_Motor_1-x Motorparameter
TL_start_1/0 Startbedingung für die Elektromaschine
DZ_M Motordrehzahl
DZ_M_max_K Maximale Motordrehzahl
DZ_M_min_K Minimale Motordrehzahl
DZ_M_max_1/0 Maximale Motordrehzahl und Schalthysterese unterschritten
DZ_M_min_1/0 Minimale Motordrehzahl und Schalthysterese unterschritten
LD_ist Istwert Ladedruck
LD_soll Sollwert Ladedruck
LD_diff Ladedruckdifferenz
LD_diff_K minimale Ladedruckdifferenz (negativ)
LD_diff_1/0 binäre Bedingung Ladedruckdifferenz
DZ_TL Drehzahl Abgasturbolader
DZ_TL_max_K Maximale Turboladerdrehzahl
DZ_TL_max_1/0 binäre Bedingung Turboladerdrehzahl
T_E Temperatur Elektromaschine
T_E_min Minimale Temperatur der Elektromaschine
T_E_max_1/0 binäre Bedingung Temperatur der Elektromaschine und Schalthysterese
t_on Anschaltzeit
t_on_max Maximale Anschaltzeit
t_on_1/0 binäre Bedingung Maximale Anschaltzeit
t_off Ausschaltzeit
t_off_K Minimale Ausschaltzeit
t_off_1/0 binäre Bedingung Maximale Ausschaltzeit
TL_anst Ansteuerwert für die Elektromaschine
TL_anst_lim Obergrenze des Ansteuerwerts für die Elektromaschine
AGR Abgasrückführung
AGR_1/0 Abgasrückführung aktiv/inaktiv
A Ausgang zur Ansteuereinheit der Elektromaschine
V_on/off Ventil öffnen/schließen
F_Sys Systemfehler aufgetreten
DM_Beg Mengenbegrenzung-Drehmoment
R_Beg Rauchmengenbegrenzung R_Beg die
BEG_1/0 Begrenzungssignal
RE1-3 Recheneinheiten

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (2) für Verbrennungskraftmaschinerrmit elektrisch unterstütztem Antrieb, bei dem der Istwert des Ladedrucks (LD_ist), eine Motordrehzahl (DZ_M), eine Turboladerdrehzahl (DZ_TL) und eine Temperatur der antreibenden Elektromaschine (TE) ermittelt werden gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte,

- aus ein gemessenen Sollwert des Ladedrucks (LD_soll) und dem Ladedruckistwert (LD_ist) wird eine Ladedruckdifferenz (LD_diff) berechnet,

- in Abhängigkeit von der Ladedruckdifferenz (LD_diff) und der Motordrehzahl (DZ_M) wird aus einem Kennfeldspeicher (18) ein Ansteuerwert (TL_anst) für die elektrische Unterstützung des Abgasturboladers (2) ausgelesen,

- der ermittelte Ansteuerwert (TL_Anst) wird in Abhängigkeit von einer komplexen Anschaltbedingung (TL_start_1/0), die unter Berücksichtigung von Betriebsbedingungen des Abgasturboladers (2) und Betriebsbedingungen der Elektromaschine (5) gebildet wird, der Elektromaschine (5) angeschalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschaltbedingung (TL_start_1/0) zur Ansteuerung der Elektromaschine (5) des Abgasturboladers (2) mit dem ermittelten Ansteuerwert (TL_Anst) gemäß spezifischer Betriebsbedingungen des Motors wie Motordrehzahl (DZ_M) und Abgasrückführung aktiv/inaktiv (AGR), der Abgasturboladerdrehzahl (DZ_TL) und der Einschaltzeit (t_on) der Elektromaschine (5) gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 o. 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerwert (TL_Anst) durch einen vorbestimmten Maximalwert, der in Abhängigkeit von der Abgasturboladerdrehzahl (DZ_TL) ermittelt wird, auf einen maximalen Ansteuerwert (TL_Anst_lim) begrenzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 o. 2 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Signal zum Setzen der Anschaltbedingung (TL_start_1/0) eine Schalthysterese aufweist.

5. Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (2) für Verbrennungskraftmaschinen mit elektrisch unterstütztem Antrieb, bei dem der Istwert des Ladedrucks (LD_ist), eine Motordrehzahl (DZ_M), eine Turboladerdrehzahl (DZ_TL) und eine Temperatur der antreibenden Elektromaschine (T_E) ermittelt werden dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung für den elektrischen Antrieb des Turboladers in Abhängigkeit von der Temperatur der antreibenden Elektromaschine (T_E) gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Elektromaschine (5) ein Ventil (10) angesteuert wird, dass im offenen Zustand einen Anteil Ladeluft, der nach einem Ladeluftkühler (9) abgezweigt wird, der Elektromaschine (5) zu deren Kühlung zuleitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) geschlossen wird, wenn die Temperatur der Elektromaschine (T_E) eine vordefinierten Temperaturschwellwert (T_E_max_K) unterschreitet.

8. Abgasturbolader (2) mit elektrischer Unterstützung durch eine luftgekühlte Elektromaschine (5) mit einem Sensor (16) zum Messen der Temperatur der Elektromaschine (5), einer Kühlluftleitung (8), die gekühlte Ladeluft stromab eines Ladeluftkühlers (9) zur Kühlung der Elektromaschine (5) dieser zuleitet dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftleitung (8) mittels eines Ventils (10) absperrbar ist und von einer Steuereinrichtung gesteuert öffen- bzw. schließbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung für das Ventil (10) von der Motorsteuerung (13) angesteuert wird.