DE102005040887A1

DE102005040887A1 - Elektrisches Turboverbundsteuersystem

Info

Publication number: DE102005040887A1
Application number: DE102005040887A
Authority: DE
Inventors: Marcelo C. Dunlap Algrain
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2006-06-14
Also published as: JP4668761B2; JP2006170190A; US7174714B2; US20060123784A1

Abstract

Es ist immer mehr wünschenswert, besser die Betriebsparameter von (Verbrennungs-)Motoren für Punkte wie beispielsweise Emissionen und Brennstoffausnutzung zu steuern. Turboverbundsysteme können verwendet werden, um den Betrieb des Motors unter Verwendung von Energie im Abgas zu beeinflussen, welches den verfügbaren Turbolader antreibt. Eine erste elektrische Vorrichtung wirkt, ansprechend auf die Drehung des Turboladers, als Generator. Eine zweite elektrische Vorrichtung wirkt als ein Motor, um mechanische Leistung in den (Verbrennungs-)Motor einzuleiten. Eine Vorrichtung, Systeme, Schritte und Verfahren werden beschrieben, um die Betriebsvorgänge des Generators und des Motors zu steuern, um die Leistungsmenge zu steuern, die wiedergewonnen wird. Dies kann den Betrieb des Motors enger an wünschenswerte Parameter für gegebene Motorbetriebsbedingungen im Vergleich zu den tatsächlichen Motorbetriebsbedingungen steuern. Die elektrischen Vorrichtungen können auch "umgekehrt" arbeiten, wobei sie zwischen den Motor- und Generatorfunktionen umschalten. Die gestattet, dass die elektrische Vorrichtung, die mit dem (Verbrennungs-)Motor assoziiert ist, die elektrische Vorrichtung als Motor antreibt, die mit dem Turbolader assoziiert ist, wobei mit Unzulänglichkeiten behaftete Motorbetriebsbedingungen überwunden werden, wie sie beispielsweise mit einer Turboladerverzögerung bzw. einem Turboloch assoziiert sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Turboverbundsystem eines Motors und sie bezieht sich insbesondere auf die Steuerung der elektrischen Leistung, die von dem elektrischen Turboverbundsystem verbraucht und erzeugt wird.
Hintergrund
Ein Turboverbundsystem eines Motors hilft dem Motor dabei, mechanische Leistung in die Kurbelwelle des Motors zu bringen. Die mechanische Leistung wird durch eine elektrische Maschine oder Vorrichtung entwickelt, die als ein Motor wirkt, und die mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die elektrische Leistung, die den Motor antreibt, wird durch eine andere elektrischen Maschine oder Vorrichtung erzeugt, die mit einem Turbolader assoziiert ist, und die als Generator wirkt. Typischerweise arbeitet dieser Generator als solcher durch eine Drehung der Turboladerwelle. Und die Turboladerwelle dreht sich ansprechend auf Abgase vom Motor, die eine Turbine drehen. Während der prinzipielle Zweck des Turboladers ist, Gase mit einem Kompressor zur Einleitung in die Motorzylinder zu komprimieren (was "Aufladung" genannt wird), sieht das Turboverbundsystem einen zusätzlichen Mechanismus vor, um Energie wiederzugewinnen, die anderenfalls verloren gehen würde, wenn die Energie in den Abgasen das überschreitet, was benötigt wird, um den Kompressor anzutreiben.
Ein Turboverbundsystem kann auch andere Vorteile bieten. Die elektrische Maschine, die mit dem Turbolader assoziiert ist, kann auch als Motor anstatt als ein Generator in gewissen Fällen wirken. Und die elektrische Maschine, die mit der Motorkurbelwelle assoziiert ist, kann genauso als ein Generator arbeiten. In Fällen, wo die Turbine keine ausreichende mechanische Leistung liefern kann, um den Kompressor anzutreiben, um die Anforderungen des Motors zu erfüllen, kann die Kurbelwelle ihre assoziierte elektrische Vorrichtung als Generator antreiben. Leistung vom Generator wird die elektrische Maschine auf der Turboladerwelle als einen Motor antreiben, und wird somit zusätzliche Energie zum Antrieb des Kompressors liefern und die komprimierte Luft vermehren, die in den Motor fließt.
Während die Anpassbarkeit eines solchen Turboverbundsystems offensichtlich ist, ist die Steuerung des Systems selbst kritisch bzw. wichtig für seine Fähigkeit, Energie aus den Abgasen wiederzugewinnen, die sonst verloren gehen würde, um das Ansprechen des Motors unter verschiedenen Bedingungen zu verbessern und/oder um andere Zwecke zu erfüllen, wie beispielsweise das Antreiben von zusätzlichen elektrischen Vorrichtungen. Gleichzeitig müssen diese Gelegenheiten sorgfältig gemanaget werden, so dass der Wirkungsgrad des Gesamtsystems erreicht bzw. verbessert wird.

Ein Beispiel eines Turboverbundsystems ist im US-Patent 5 678 407 zu sehen, das am 21 Oktober 1997 an Hara ausgegeben wurde. Das offenbarte System verwendet berechnete und tatsächliche Motorwerte, um zu bestimmen, ob der Motor und der am Turbolader montierte Motor/Generator unter gewissen Bedingungen arbeiten. Abhängig von den Bedingungen bzw. Zuständen kann der Generator/Motor aus dem Generatorbetriebszustand in den Motorbetriebszustand oder umgekehrt umgeschaltet werden. Das Steuersystem ist ausgelegt, um abrupte Veränderungen bzw. Umschaltungen des Betriebszustandes zu verhindern, was daraus folgende abrupte Lastveränderungen am Motor für einen sanften Betrieb vermeidet.

Während die Offenbarung des '407-Patentes die Steuerung des Motors beeinflusst, ist der Aspekt der Steuerung auf den Beschleunigungsbetriebszustand des Motors gerichtet. Andere Betrachtungen und Motorparameter sind wichtig, um den Gesamtwirkungsgrad des Systems zu verbessern, wodurch ein Steuersystem vorgesehen wird, welches die Gewinne beim Wirkungsgrad maximieren kann. Die offenbarte Erfindung ist darauf gerichtet, eine oder mehrere der oben besprochen Einschränkungen zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Turboverbundsystem für einen Motor hat einen Turbolader und erste und zweite elektrische Maschinen. Die erste elektrische Maschine kann als Generator ansprechend auf die Drehung des Turboladers wirken. Die zweite elektrische Maschine kann als Motor wirken und drehbar den Motor antreiben. Eine Anforderungssteuerung kann die elektrische Leistung steuern, die von der zweiten elektrischen Maschine verbraucht wird. Eine Versorgungssteuerung kann die elektrische Leistung steuern, die von der ersten elektrischen Maschine erzeugt wird. Ein Komparator bzw. eine Vergleichsvorrichtung nimmt mindestens zwei Signale auf, die die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Motors widerspiegeln, und bestimmt jeweilige erwünschte Betriebspunkte für den Motor ansprechend auf die Signale. Weiter ist eine Steuerung vorgesehen, um den Betriebszustand bzw. die Betriebsbedingungen des Motors einzustellen.

Es ist ein Verfahren vorgesehen, um einen Motor mit einem Turboverbundsystem zu steuern. Das Turboverbundsystem hat eine erste elektrische Maschine, die elektrische Leistung erzeugt, und eine zweite elektrische Maschine, die den Motor ansprechend auf den Verbrauch der elektrischen Leistung von der ersten elektrischen Maschine antreibt. Das Verfahren weist die Schritte auf, eine Steuervariable für den Motor zu haben oder auszuwählen, und optimale Betriebswerte für die Steuervariable bei den Betriebsbedingungen für den Motor zu identifizieren. Weitere Schritte weisen auf, eine Differenz der Steuervariable von einem vergleichbaren optimalen Wert für die Steuervariable zu identifizieren und die Anforderung nach elektrischer Leistung der zweiten elektrischen Maschine ansprechend auf die Differenz bei der Steuervariablen zu steuern. Zusätzliche Schritte weisen auf, die Werte des elektrischen Stroms und der Spannung zu identifizieren bzw. aufzunehmen, die auf dem elektrischen Bus vorhanden sind, die Versorgung mit elektrischer Leistung durch die erste Maschine basierend auf dem erwünschten Strom oder der Spannung des elektrischen Busses zu steuern, und die elektrische Leistung auf dem elektrischen Bus zu regeln, um die Nachfrage auf dem Bus zu erfüllen.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat ein Turboverbundsystem für einen Motor ein Versorgungsuntersystem mit einer ersten elektrischen Maschine, die als Generator arbeiten kann, und mit einer Generatorsteuervorrichtung, die die elektrische Leistung regeln kann, die von der ersten elektrischen Maschine erzeugt wird. Ein Anforderungsuntersystem hat eine zweite elektrische Maschine, die als ein Motor arbeiten kann, und eine Motorsteuervorrichtung, die eine wünschenswerte elektrische Anforderung für die zweite elektrische Maschine einstellen kann. Auch hat ein Steueruntersystem eine Steuervorrichtung, die einen erwünschten Betriebspunkt des Motors als eine Funktion von Betriebsbedingungen verwenden kann, um die Menge der elektrischen Leistung in dem System zu steuern. Eine elektrische Schaltung verbindet die Untersysteme.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Ansicht eines beispielhaften Systems für eine Turboverbundanordnung eines Motors;
2 ist eine Kurvendarstellung einer Simulationsdarstellung eines Betriebsbereiches für einen Turbolader, der mit einem Turboverbundsystem verwendet werden kann;
3 ist eine Kurvendarstellung einer Simulationsdarstellung für unterschiedliche Motorbetriebsbedingungen und damit in Beziehung stehende Veränderungen des spezifischen bzw. durchschnittlichen Brennstoffverbrauches (brake specific fuel consumption = BSFC), basierend auf der Wiedergewinnungsleistung durch einen Turbolader, der den Motor unterstützt;
4 veranschaulicht optimale Betriebspunkte für unterschiedliche Motorbelastungszustände und den Wert der ausgewählten Variablen an den erwähnten Punkten;
5 veranschaulicht das Zeitansprechen einer Schrittveränderung von 10% in der Motoranforderung;
6 veranschaulicht die simulierte Veränderung der Motorabgastemperaturen ansprechend auf die Veränderung der in 5 veranschaulichten Anforderung;
7 veranschaulicht die simulierte Veränderung des Kurbelwellendrehmomentes ansprechend auf die in 5 veranschaulichte Anforderung;
8 veranschaulicht das Ansprechen auf eine Stufenveränderung der Motorbelastung von fünfundzwanzig Prozent (25%) auf fünfzig Prozent (50%);
9 veranschaulicht die simulierte Veränderung der Turboladerdrehzahl durch eine Simulation ansprechend auf die Stufenveränderung der Motorbelastung, die in 8 veranschaulicht ist, und die erwartete Veränderung der Drehzahl, wie durch eine Einstellpunktspur bzw. Einstellpunktkurve dargestellt;
10 veranschaulicht eine simulierte Veränderung des Kurbelwellendrehmomentes ansprechend auf die Stufenveränderung der Motorbelastung, die in 8 veranschaulicht ist;
11 veranschaulicht die Stufenveränderungen der Motorbelastung entsprechend Veränderungen von zehn Prozent (10%) der Motorbelastung;
12 veranschaulicht die simulierte Veränderung des Einlassdruckes oder der Motoraufladung (Ladedruck) ansprechend auf die Stufenveränderung der in 11 veranschaulichten Motorbelastung;
13 veranschaulicht die simulierte Veränderung des Kurbelwellendrehmomentes ansprechend auf die Stufenveränderung der Motorbelastung, wie von 11 veranschaulicht;
14 veranschaulicht eine Karte bzw. ein Kennfeld für Motoraufladungseinstellpunkte, wo die Aufladungswerte gegenüber der Motordrehzahl und der Motorbelastung aufgezeichnet sind;
15 veranschaulicht das Zeitansprechen auf Stufenveränderungen der Motorbelastung oder der Motoranforderung;
16 veranschaulicht die simulierten Veränderungen des Einlassdruckes oder der Aufladung ansprechend auf die Veränderung der in 15 veranschaulichten Motorbelastung, und die erwartete Veränderung, die durch eine Einstellpunktspur veranschaulicht wird;
17 veranschaulicht die simulierten Veränderungen des Kurbelwellendrehmomentes ansprechend auf die Veränderung der in 15 veranschaulichten Motorbelastung;
18 veranschaulicht Merkmale von einem Ausführungsbeispiel eines Steuersystems, das mit einem Motor assoziiert ist; und
19 veranschaulicht Merkmale einer Motorsteuerung und einer Generatorsteuerung, die mit einem Steuersystem und eine Motor assoziiert sind.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf 1 ist ein (Verbrennungs-)Motor 10 gezeigt, der mit einem Last- oder Leistungsstrang 12 assoziiert ist, den der Motor 10 während seines Betriebs antreibt. Üblicherweise kann ein Leistungsstrang 12 ein Getriebe, eine Antriebswelle und Räder eines (nicht gezeigten) Fahrzeuges sein. Ein Generator, der verwendet wird, um elektrische Energie zu erzeugen, kann auch die Last 12 auf den Motor 10 während seines Betriebs darstellen.
Ebenfalls ist ein Steuersystem 14 gezeigt, das mit dem Motor 10 assoziiert ist. Das Steuersystem 14 hat den weiten Zweck, Betriebsvorgänge des Motors 10 zu steuern, um die Zwecke zu erreichen, die dem Motor 10 für spezielle Anwendungen zugeordnet sind. Beispielsweise kann das Steuersystem 14 in einem Straßenfahrzeug ausgelegt und/oder programmiert sein, um sicher zu stellen, dass unterschiedliche Parameter für einen wirkungsvollen Betrieb verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel wird das Steuersystem 14 nicht insbesondere für eine Anwendung oder für eine andere besprochen. Vielmehr wird sein Betrieb mit Bezug auf Motorbetriebsbedingungen und wünschenswerte Leistungscharakteristiken des Motors besprochen. Es ist innerhalb der Kenntnisse des Fachmanns, die Prinzipien auf spezielle Anwendungen anzuwenden.
Der (Verbrennungs-)Motor 10 hat einen Turbolader 16, eine Einlasssammelleitung 18 und eine Auslasssammelleitung 20. Wie es wohl bekannt ist, wird Abgas vom Motor 10 durch die Auslasssammelleitung 20 und über eine Turbine 22 des Turboladers 16 beim Austreten aus dem Motor 10 laufen. Die Turbine 22 wird von den Abgasen angetrieben und dreht eine Welle 24, auf der ein Kompressor 26 montiert ist. Der Kompressor 26 wird durch die Welle 24 angetrieben und komprimiert die Einlassluft, die an den Motor 10 durch die Einlasssammelleitung 18 geliefert wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Einlassluft derart gezeigt, dass sie weiter durch einen Wärmetauscher oder Kühler 28 läuft, um die herankommende Luft dichter zu machen. Die Turbine kann feste oder variable Flügel haben, wobei die letzteren einen zusätzlichen Grad an Flexibilität in dem System bieten.
Der Motor 10 hat ein Turboverbundsystem oder TC-System 30 (TC = turbo compound). Das Turboverbundsystem 30 weist eine erste elektrische Maschine oder Vorrichtung 32 auf, die mit dem Turbolader 16 assoziiert ist, und eine zweite elektrische Maschine oder Vorrichtung 34, die mit der Kurbelwelle des Motors 10 assoziiert ist. Beide elektrischen Maschinen 32, 34 können vorzugsweise in einem Betriebszustand arbeiten, um elektrische Leistung zu erzeugen (d. h. als Generator oder Wechselrichter), oder in einem Betriebszustand, um elektrische Leistung zu verbrauchen und sie in (mechanische) Drehleistung umzuwandeln (d. h. als Motor). Zur Vereinfachung werden bei der Beschreibung der ersten elektrischen Vorrichtung 32, wenn sie als Generator oder alternativ als Motor arbeitet, jene Ausdrücke verwendet, die von dem Bezugszeichen 32 begleitet werden. Das Gleiche wird der Fall für die zweite elektrische Maschine 34 sein. Solche elektrischen Vorrichtungen 32, 34 werden auch manchmal als Motor/Generatoren bezeichnet, um ihre doppelte Funktion anzuzeigen.
Die erste elektrische Maschine 32 ist mit der Turboladerwelle 24 vorgesehen bzw. integriert. Dies wird dadurch erreicht, dass der (nicht gezeigte) Rotor ein Teil der Welle 24 ist, wobei der (nicht gezeigte) Stator in einer festen Position um die Welle 24 herum ist. Die zweite elektrische Maschine 34 ist durch ihren (nicht gezeigten) Rotor mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle des Motors 10 verbunden. Der Aufbau und die Verbindung bzw. der Anschluss von solchen elektrischen Maschinen ist wohl bekannt und wird im Detail nicht beschrieben.
Im Zusammenhang mit dem Steuersystem 14 und seinem Turboverbundsystem 30 gibt es verschiedene Elemente, die nun in einer Übersicht und später im Detail offenbart werden. Es ist eine gesamte Systemsteuervorrichtung 36 vorgesehen, die ein verständliches Management und Schnittstellen mit einer Motorsteuerung 38 und elektrischen Lasten 40 und Energiespeichermöglichkeiten 42 vorsieht. Das System 14 stellt weiter eine Schnittstelle mit Leistungswandlern oder Steuervorrichtungen 44, 46 her, die mit den ersten bzw. zweiten elektrischen Maschinen 32 bzw. 34 assoziiert sind. Wie erklärt wird, kann die Steuervorrichtung 44 der ersten elektrischen Maschine die elektrische Leistung regeln, die von der ersten elektrischen Maschinen 32 erzeugt wird. Die Steuervorrichtung 46 der zweiten elektrischen Maschine kann eine wünschenswerte elektrische Anforderung der zweiten elektrischen Maschine 34 einstellen oder regeln. Somit kann in Betracht gezogen werden, dass die erste elektrische Maschine 32 und die Steuervorrichtung 46 ein elektrisches Leistungsversorgungsuntersystem 47 bilden, während die zweite elektrische Maschine 34 und die Steuervorrichtung 44 ein zweites elektrisches Anforderungsuntersystem 48 bilden. Die Untersysteme 47, 48, die elektrischen Lasten 40 und der Energiespeicher 42 sind durch einen elektrischen Bus oder eine Schaltung 50 verbunden. Das Steuersystem 14, der Motor 10, die elektrischen Lasten 40, der Energiespeicher 42 und der Last- oder Leistungsstrang 12 können beispielsweise ein größeres System 52 darstellen, welches ein Teil eines Fahrzeugs oder eines Generatorsatzes ist, wie zuvor erwähnt.
Der primäre Betriebszustand für das Turboverbundsystem 30 ist, wenn die erste elektrische Maschine 32 als ein Generator arbeitet. Der erste Leis tungswandler 44 regelt die elektrische Leistung, die von dem Generator 32 erzeugt wird. Die zweite elektrische Maschine 34, die als ein Motor arbeitet, zieht Leistung und hilft dem Motor 10 dabei, mechanische Leistung in die Kurbelwelle einzuleiten. Übermäßige elektrische Leistung kann in den elektrischen Speicher 42 gebracht werden oder verwendet werden, um die elektrischen Lasten 40 anzutreiben. Wenn jedoch der Generator 32 nicht ausreichend elektrische Energie für eine spezielle Situation liefern könnte, könnte der Motor 34 aus dem elektrischen Speicher 42 Leistung abziehen. Während die elektrische Speichermöglichkeit 42 in dieser Hinsicht Flexibilität mit sich bringt, ist sie für das Turboverbundsystem 30 nicht erforderlich.
Der darüber stehende Zweck ist, Effizienz im System zu erreichen. 2, genauso wie die folgenden 3-17, wird verwendet, um die grundlegenden Prinzipien des Motor- oder Systemansprechens zu veranschaulichen, und wie der Wirkungsgrad des Systems gesteuert werden kann. Die Daten in diesen Figuren werden von einer Computersimulation abgeleitet. Es sei bemerkt, dass ähnliche Ergebnisse zur Veranschaulichung der besprochen Prinzipien von tatsächlichen Motortests oder von anderen Computersimulationen abgeleitet werden können. Somit kann man die veranschaulichten Prinzipien verwenden, um zu verstehen, wie die beschriebenen Systeme, Schritte, Verfahren oder Prozesse für eine spezielle Anwendung anzuwenden sind.
Abgesehen davon, dass die Ausgeglichenheit der erzeugten und verbrauchten elektrischen Energie wichtig ist, sollte der Motor 10 bei einem erwünschten Spitzen Wirkungsgrad arbeiten. Dieser Spitzenwirkungsgrad wird typischerweise als Spitzenwirkungsgrad oder Spitzenbetriebspunkt(e) für gegebene Motordrehzahlen und Motorbelastungen bestimmt. Eine der Grenzen für die Fähigkeit, bei solchen Spitzenpunkten zu arbeiten, ist die Leistungsfähigkeit bzw. -möglichkeit des Turboladers. Wie in 2 veranschaulicht, kann der Betriebsbereich in einem relativen Sinne für die Fähigkeiten des Systems bereit sein, auch wenn solche Betrachtungspunkte wie beispielsweise mechanische Einschränkungen, thermische Einschränkungen und Emissionseinschränkungen einen Effekt haben.
Insbesondere veranschaulicht 2 den Betrieb des Turboladers für gewisse Bedingungen. Die vertikale gestrichelte Linie 54 auf der rechten Seite stellt die maximal zulässige Drehzahl für den Turbolader 16 dar. Die diagonal laufende gestrichelte Linie 56 auf der linken Seite stellt die maximal zulässige Turbineneinlasstemperatur dar (in diesem Falle neunhundertzwanzig (920) Grad Kelvin). Die parallelen bogenförmigen Linien 58 stellen Linien mit konstanter Brennstoffversorgungsrate dar (mit Bezug auf die nominelle Brennstoffrate bei dem Nenn-Leistungspunkt bzw. Betriebsleistungspunkt normiert (d. h. 100%)). Andere Bedingungen (alle bei einhundert (100) Prozent der Nenn-Drehzahl des Motors) sind ein Druckverhältnis des Kompressors in Atmosphären oder PR_comp von 3,0 bei einem Gesamtturbinenwirkungsgrad von achtzig (80) Prozent Wirkungsgrad und einem BP/Aufladung-Verhältnis von 1,24. "PR_comp" ist definiert als das Verhältnis zwischen dem Druck am Auslass des Kompressors gegenüber dem Druck am Einlass des Kompressors. "BP" ist der Abgasdruck vor der Turbine. "Aufladung" ist der Ladeluftdruck am Kompressorausgang.
Es wird aus 2 zu sehen sein, dass durch Steuerung der Menge einer elektrischer Leistung, die für einen gegebenen Brennstoffversorgungszustand erzeugt wird, das Turboverbundsystem 30 zwischen den Linien 54, 56 laufen gelassen werden kann, die die maximal zulässige Turboladerdrehzahl und die maximal zulässige Turboladereinlasstemperatur darstellen. Während spezielle Parameter in der Kurvendarstellung der 2 gezeigt sind, sind diese Parameter nicht so wichtig wie das, was die Kurvendarstellung veranschaulicht. Es wird offensichtlich sein, dass 2 im Grunde genommen einen Betriebsbereich für den Turbolader 16 veranschaulicht (zwischen den Linien 54 und 56), wo der Turbolader flexibel verwendet werden kann. Somit können voreingestellte Parameter verwendet werden, um den Turbolader 16 zu schützen. Wenn man diese Flexibilität gegeben hat, können das Steuersystem 14 und insbesondere das Turboverbundsystem 30 für Steuerstrategien ausgelegt und/oder programmiert werden, um wünschenswerte Wir kungsgrade für gegebene Situationen zu erreichen. Beispielsweise kann die Steuerstrategie dargestellt bzw. vorgesehen werden, um einen maximalen Wirkungsgrad der Lufthandhabung, ein maximales Ansprechen des Turboladers, niedrigere Emissionen (wie beispielsweise NOx) oder maximale Brennstoffausnutzung vorzusehen.
Zur Veranschaulichung ist der Ansatz der Maximierung der Brennstoffausnutzung in 3 veranschaulicht. 3 veranschaulicht die Verbesserung des spezifischen Brennstoffverbrauches (BSFC = brake specific fuel consumption) für eine Motorsimulation, die durch Wiedergewinnung von Energie aus den Motorabgasen erreicht werden kann. Wiederum sind die speziellen (angenommenen) Parameter der Motorsimulation nicht so wichtig wie die Anweisungen, die sie liefern. Für einen gegebenen Motor oder ein gegebenes Steuersystem können ähnliche Ergebnisse erreicht und angewandt werden. Für diese Darstellung wird angenommen, dass die gesamte Generatorausgabe verwendet wird, um den Motor 34 und somit den Motor 10 anzutreiben. Der Motorwirkungsgrad wird für den Motor 34 als zweiundneunzig Prozent (92%) angenommen, und die Motordrehzahl ist eintausendfünfhundert (1500) U/min. Die vier Kurven in der Kurvendarstellung stellen unterschiedliche Motorbelastungszustände oder Anforderungen dar. Von links nach rechts stellen die Kurven fünfundzwanzig Prozent (25%), fünfzig Prozent (50%), fünfundsiebzig Prozent (75%) und einhundert Prozent (100%) des maximalen Drehmomentes bei der Motordrehzahl dar.
Aus 3 ist zu sehen, dass der spezifische Brennstoffverbrauch als Prozentwert sich verbessert, wenn mehr Abgasenergie aus dem Motor wiedergewonnen wird (entlang der x-Achse dargestellt) und vom Generator 32 verwendet wird, um elektrische Leistung zu erzeugen, die den Motor 34 antreibt. Für jeden Belastungszustand (beispielsweise fünfundzwanzig Prozent (25%) der Nenn-Last) gibt es einen Punkt, über den hinaus sich der spezifische Brennstoffverbrauch durch zusätzliche Wiedergewinnung von Energie aus den Abgasen verschlechtert. Dies veranschaulicht, dass zur Maximierung der Brennstoffausnutzung der Motor 10 auf einem optimalen Betriebspunkt für jeden Motorbelastungszustand gehalten werden sollte. In ähnlicher Weise kann die Wichtigkeit von optimalen Betriebspunkten für zusätzliche vorteilhafte Effekte gezeigt werden, wie beispielsweise niedrigere Emissionen und andere oben erwähnte Dinge.
Während man weiter das Ziel untersucht, die Brennstoffausnutzung durch das Turboverbundsystem 30 zu maximieren, veranschaulicht 4 Werte für gewisse Variablen 60 bei jedem optimalen Betriebspunkt für die maximale Brennstoffausnutzung für unterschiedliche Motorbelastungszustände. Diese Werte wurden durch eine Computersimulation für einen Motor erhalten (wie in 3), und zwar bei den Belastungszuständen von fünfundzwanzig Prozent (25%), fünfzig Prozent (50%), fünfundsiebzig Prozent (75%) und einhundert Prozent (100%) des maximalen Drehmomentes bei einer gegebenen Motordrehzahl. Die Variablen 60 sind für neun unterschiedliche Betriebspunkte gezeigt und weisen die wiedergewonnene Abgasleistung 60' auf, weiter den Einlasssammelleitungsdruck 60'', die Motorabgastemperatur 60''' und die Turboladerdrehzahl 60''''. Eine assoziierte Verbesserung des Prozentsatzes des spezifischen Brennstoffverbrauches ist auch für jeden Betriebspunkt gezeigt. Wie bemerkt werden wird, hat 4 die Daten aus 3 für die Variable, die durch die Wiedergewinnung der Motorabgasleistung dargestellt wird.
4 veranschaulicht weiter durch eine Computersimulation, dass die gezeigten Variablen nicht unabhängig voneinander in einem stetigen Zustand sind. Tatsächlich gibt es für einen gegebenen stetigen Betriebszustand des Motors einen einzigartigen Satz von Werten für alle diese Variablen. Wenn somit eine der Variablen gesteuert wird, würden die anderen daraus resultieren. Das Ergebnis ist, dass Strategien, um erwünschte Betriebsbedingungen für den Motor 10 aufrecht zu erhalten, auf der Steuerung von irgendeiner der Variablen basieren können. Jedoch wird transient das Verhalten variieren, das mit jeder Strategie assoziiert ist. Dies wird bei der Besprechung der 5-13 veranschaulicht, wobei jede davon Ergebnisse veranschaulicht, die basierend auf der Steuerung einer anderen Variablen erhalten wurden.
Mit Bezug auf die 5-7 wird die Motorabgastemperatur als die gesteuerte Variable verwendet. In diesem Fall wird das Ziel sein, die Motorabgastemperatur auf einem festen Wert oder auf einem konstanten Einstellpunkt von 760 Grad K zu halten (in 6 veranschaulicht). Die Motordrehzahl wird zur Vereinfachung auf einer konstanten Rate von 1800 U/min gehalten (unter der Annahme sehr großer Trägheit). In 5 tritt ein Befehl für eine Stufenveränderung von zehn Prozent (10%) bei der Motoranforderung (y-Achse) bei fünf Sekunden (x-Achse) auf. Dieser Befehl wird durch die Motorsteuerung 38 als eine Anfrage zur Vergrößerung des Motordrehmomentes umgewandelt. Um auf die angeforderte Vergrößerung der Motorausgabe anzusprechen, wird zusätzlicher Brennstoff in den Motor 10 eingespritzt. Die zusätzliche Einspritzung von Brennstoff führt zu einem schnellen Anstieg der Abgastemperatur (6, y-Achse). Um die Abgastemperatur herunter auf den Einstellpunkt von 760 Grad K zu bringen, wird mehr Luft in den Motor 10 gepumpt werden müssen, was eine Steigerung der Drehzahl des Turboladers 16 erfordert.
Um die Drehzahl des Turboladers 16 zu steigern wird der Generator 32 weniger Abbremsungseffekt auf den Turbolader 16 haben müssen, als verursacht wird, wenn er elektrische Leistung erzeugt. Somit wird der Generator 32 weniger elektrische Leistung erzeugen müssen, wodurch das Abbremsungsdrehmoment auf den Turbolader 16 reduziert wird und gestattet wird, dass der Turbolader 16 beschleunigt. Es sei bemerkt, dass die elektrische Maschine 32 unter extremen Bedingungen als Motor wirken müssen kann, um dabei zu helfen, die Drehzahl des Turboladers 16 zu steigern (später besprochen).
Mit weniger verfügbarer elektrischer Leistung vom Generator 32 wird die Menge an Drehmoment absinken, die den Motor 10 durch den Motor 34 unterstützt. Dies ist offensichtlich aus dem plötzlichen Abfall des Kurbelwellendrehmomentes, der entlang der y-Achse in 7 gemessen wurde. Sobald die Abgastemperatur beginnt, durch den gesteigerten Luftfluss in den Motor 10 abzusinken (6) kann zusätzliche Leistung aus den Motorabgasen wiedergewonnen werden. Somit sei bemerkt, dass das Kurbelwellendrehmoment (7) ansteigen wird. Zusätzlich wird der Motor auf einem höheren Kurbelwellendrehmomentniveau arbeiten, und zwar wegen der Zunahme der Brennstoffzufuhr, die mit dem Befehl für die höhere Motorbelastung auftritt (gesteigerte Anforderung).
Die mit Bezug auf die 5-7 besprochene Strategie hat eine nicht wünschenswerte Charakteristik für solche Dinge wie die Fahrbarkeit des Fahrzeugs, in dem der Motor 10 verwendet werden kann. Dies ist aus 7 zu sehen, wo das anfängliche Ansprechen des Systems 14 eine Verringerung des Kurbelwellendrehmomentes ist, wenn eine höhere Anforderung auf den Motor 10 gebracht wird (5).
Ein zweiter Ansatz wird nun veranschaulicht, der die Turboladerdrehzahl als die gesteuerte Variable verwendet. 8 zeigt das Ansprechen auf eine Stufenveränderung der Motorbelastung von fünfundzwanzig Prozent (25%) auf fünfzig Prozent (50%). Wiederum wird eine konstante Motordrehzahl von 1800 U/min verwendet. Die erwünschte Steigerung der Turboladerdrehzahl wird durch eine Einstellpunktspur bzw. Einstellpunktkurve 62 in 9 gezeigt. Die Spur bzw. Kurve 62 zeigt, dass die Turboladerdrehzahl wünschenswerter Weise von 41500 U/min auf 51000 U/min ansteigen würde, um einen neuen Gleichgewichtspunkt zu erreichen. Wie durch das Simulationsergebnis gezeigt (durch die Linie 64 in 9 dargestellt) steigt die tatsächliche Turboladerdrehzahl nahe an die erwünschte Kurve. Somit führt die Zunahme der Brennstofflieferung, die eine Zunahme der Motoranforderung begleitet (8) zu einer höheren Energie in den Abgasen des Motors 10 und einer höheren Turboladerdrehzahl. Es ist auch in 10 zu sehen, dass eine Steigerung des Kurbelwellendrehmomentes ebenfalls auftritt. Somit ist die Richtung der Steuerungshandlung oder die Steigerung der Motoranforderung in Übereinstimmung mit dem natürlichen Ansprechen des Systems 14. Die Verwendung dieses Steuerungsansatzes minimiert daher den Einfluss auf das Kurbelwellendrehmoment, weil das tatsächliche Drehmomentan sprechen der 10 in der Richtung korrekt mit Bezug auf die Veränderung des angewiesenen Drehmomentes zu jedem Zeitpunkt ist.
11-13 werden verwendet, um zu veranschaulichen, dass der Motoreinlassdruck (Ladedruck) als Variable gesteuert wird. In 11 ist eine Reihe von Stufenansprechen gezeigt, die zehn Prozent (10%) Veränderung der Motorbelastung entsprechen. Das Ziel ist, einen Motorladedruck bei ungefähr 170 kPa zu halten (als Einstellpunktlinie 66 in 12 gezeigt). Wenn man auf die erste Stufenveränderung der Motorbelastung von fünfzig Prozent (50%) auf 60 Prozent (60%) bei ungefähr fünf (5) Sekunden trifft, steigt der in 12 gezeigte Einlassdruck plötzlich an. Der Einlassdruck wird dagegen schnell auf sein erwünschtes Niveau durch das Turboverbundsystem 14 zurückgebracht, was bewirkt, dass der Generator 32 mehr Leistung erzeugt. Dies kommt wegen der zusätzlichen Belastung auf dem Generator 32, die bewirkt, dass er mehr elektrische Leistung erzeugt, was den Turbolader 16 verlangsamen wird. Die Verlangsamung des Turboladers 16 wird die Menge der Einlassluft reduzieren, die in den Motor 10 geht, was die Motoraufladung (Ladedruck) verringert. Die gesteigerte elektrische Leistung, die vom Generator 32 erzeugt wird, ist jedoch verfügbar, um dem Motor 10 zu helfen. Deswegen wird zusätzliches Drehmoment (13) in die Kurbelwelle durch den Motor 34 eingeleitet, was bei der Erzeugung des gesamten Drehmomentes des Motors 10 hilft. Es ist weiter bei ungefähr 10 Sekunden (12) zu sehen, dass wenn die Motorbelastung stufenförmig abfällt, die Motoraufladung zusammen mit der Menge des zusätzlichen Drehmomentes abnehmen wird, das in die Kurbelwelle durch den Motor 34 eingeleitet wird (13). Eine ähnliche Situation tritt bei ungefähr 15 Sekunden auf der x-Achse auf.
11-13 veranschaulichen, dass die Steuerung des Ladendruckes sehr wünschenswert ist. Dies kommt daher, dass wenn die Motoranforderungen sich verändern, die Motoraufladung und zusätzliches Drehmoment zum Motor 10 vom Motor 34 sich in einer direkt konsistenten Weise verändern. Weiterhin ist die Motoraufladung (Ladedruck) in ziemlich konsistenter Weise auf recht zu erhalten, wenn man sie mit dem Einstellpunkt vergleicht. Dies ist im Betrieb des Motors 10 in einer Fahrzeuganwendung oder einer anderen Anwendung zu bevorzugen.
Die früheren drei Beispiele veranschaulichen die Steuerung von unterschiedlichen Variablen (d. h. Steuervariablen), um das Steuersystem 14 und das Turboverbundsystem 30 zu regeln. Die Steuerung der Motoraufladung wird insbesondere als effektiv aus den Gründen angesehen, die in dem vorherigen Absatz dargelegt wurden. Um jedoch den spezifischen Brennstoffverbrauch zu maximieren muss beispielsweise die Motoraufladung (genauso wie andere Variablen) als eine Funktion der Motordrehzahl und der Motorbelastung oder als eine Funktion von anderen Betriebsbedingungen während der Betriebszyklen des Motors eingestellt werden.
Um die Motoraufladung oder eine andere Variable als eine Funktion der Motordrehzahl und der Motorbelastung einzustellen, müssen das Steuersystem 14 oder das Turboverbundsystem 30 auf die erwünschten oder optimalen Betriebswerte (Einstellpunkte) für die Steuervariablen für ein System zugreifen, dass eingestellt bzw. aufgebaut ist, um den spezifischen Brennstoffverbrauch (BSFC) zu maximieren. Dies wird gewöhnlicherweise durch eine Einstellpunktkarte 68 getan, wie in 14 gezeigt. In 14 sind die Ladedruckwerte aus 4 gegenüber der Motordrehzahl und der Motorbelastung aufgezeichnet worden. Diese Karte kann, wie später erklärt wird, dann als Nachschautabelle für das Turboverbundsystem 30 verwendet werden.
Um die Anwendung der Einstellpunktkarte 68 zu veranschaulichen, sind die 15-17 dargestellt, um das Zeitansprechen auf die Stufenveränderungen der Motorbelastung zu zeigen, wobei die Motordrehzahl konstant bei 1800 U/min gehalten wird. Jede Veränderung der Motorbelastung in 15 wird durch eine entsprechende Veränderung des Motorladedruckeinstellpunktes begleitet, wie durch die Kurve 70 in 16 gezeigt. Die tatsächlichen Simulationsergebnisse sind durch die durchgezogene Linie 72 gezeigt. Weiterhin wird eine (später besprochene) Kompensation in diesem Beispiel eingeführt, um das Ansprechen auf den Ladedruck durch Verlangsamung von Veränderungen des Ladendruckes weicher zu machen. Anders gesagt ist die Signalkompensation (in diesem Fall ein Verzögerungsfilter erster Ordnung) verwendet worden, um die Zeitkonstante des Einstellpunktfilters an die Ladedruckzeitkonstante anzupassen. Es ist in 16 gezeigt, dass das Aufladungsansprechen, welches von der durchgezogenen Linie 72 dargestellt wird, so gemacht werden kann, dass es zu den Stufenveränderungen der Motoranforderung (15) sehr genau passt. Im Vergleich zu 12 wird zu sehen sein, dass diese Kompensation dabei hilft, Übersteuerungszustände für besseres Motoransprechen zu vermeiden.
Es sei bemerkt, dass von einem Standpunkt des Antriebs und der Fahrbarkeit die am meisten interessante Variable das Gesamtdrehmoment (Leistung) ist, das durch die Kombination aus dem Motor 10 und dem Motor 34 erzeugt wird. Die Kurve 74 in 17 zeigt die Summe des Drehmomentes, die durch die Kurbelwelle des Motors 10 und den Motor 34 erzeugt wird. Das Drehmoment folgt den angeforderten Veränderungen der Motoranforderung, die in 15 veranschaulicht ist. Dies veranschaulicht weiter, dass das Turboverbundsystem 30 die Fähigkeit hat, sehr gute Fahrbarkeitscharakteristiken vorzusehen.
Ein zusätzliches Detail für das gesamte Steuersystem 14 und insbesondere für das Turboverbundsystem 30 ist in 18 gezeigt. Die Darstellung zeigt das Steuersystem 14, wie es konfiguriert ist, um die Aufladungssteuerung bzw. Ladedrucksteuerung zu verwenden, um den Betrieb des Turboverbundsystems 30 zu regeln. Anders gesagt, ist die ausgewählte Steuervariable die Aufladung bzw. der Ladedruck. Dies ist ein Ansatz, der zuvor in den Beispielen beschrieben wurde, die in den 15-17 veranschaulicht wurden. Es sei bemerkt, dass der Motor 10 durch die Motorsteuerung 38 (manchmal ECM oder Motorsteuermodul genannt) gesteuert wird, die in 1 gezeigt ist.
Mit Bezug auf 18 nimmt ein Einstellpunktgenerator 77 beim Schritt 76 Eingangsgrößen der Motordrehzahl 78 und der Drehmomentanforderung oder der Belastung 80 auf dem Motor 10 von Sensoren oder auf andere wohl bekannte Art und Weise auf. Der Einstellpunktgenerator 77 ist eine Steuervorrichtung, die dahingehend wirkt, dass sie ein Signal im Schritt 82 liefert, das den erwünschten oder optimalen Sammelleitungsdruck oder den Ladedruck (Aufladung) für die beobachteten Motorbedingungen 78, 80 darstellt. Somit führt er einen Schritt der Identifikation von optimalen Betriebswerten für die Ladedrucksteuervariablen bei den Betriebsbedingungen für den Motor 10 aus. In diesem Beispiel verwendet der Einstellpunktgenerator 77 eine Karte bzw. Kurvendarstellung, wie in 14 gezeigt, jedoch sind andere Ansätze bekannt und können verwendet werden. Der Einstellpunktgenerator 77 wird den erwünschten Ladedruckeinstellpunkt aus der Karte (Kennfeld) "nachschauen" und sendet ein Signal an den Kompensator 84. Der Kompensator 84 richtet eine Verzögerungskompensation erster Ordnung ein, um die Aufladung bzw. den Ladedruck einzustellen, und um Übersteuerungsvorgänge im Ladedruck zu vermeiden, wie zuvor mit Bezug auf die 15-17 veranschaulicht. Somit wird an der Verbindung 86 ein gefilterter oder kompensierter Ladedruckeinstellpunkt vorgesehen, der für die Motordrehzahl- und Belastungsbedingungen erwünscht oder optimal ist. Der Kompensator wird in diesem Beispiel in Software bzw. Programmen des Steuersystems 14 verkörpert.
Ebenfalls ist in 18 ein Steueruntersystem 88 mit weiteren Steuermerkmalen für das Steuersystem 14 vorgesehen. In diesem Beispiel veranschaulicht das Untersystem 88 die Anwendung von drei Steuervariablen: Ladedruck, Abgastemperatur und Turboladerdrehzahl. Der primäre Steueraspekt des Untersystems 88, wie erwähnt, ist die Anwendung einer ersten Schleife oder Ladedruckrückkoppelungsschleife 90. Diese Steuerung oder Schleife 90 ist die primäre Steuerung zur Regulierung des Ladedruckes in Verbindung mit dem bei 86 gelieferten, gefilterten Ladedruckeinstellpunkt. Der tatsächliche Einlasssammelleitungsdruck wird im Kasten 92 durch einen geeigneten Sensor 94 abgefühlt. Ein Signal, welches den tatsächlichen Ladedruck des Motors 10 bei einem gegebenen Zeitpunkt darstellt, wird dann an die Verbindung 86 geliefert, wo es für Steuerzwecke wird verwendet wird, wie unten erklärt.
Im nächsten Schritt nimmt ein Komparator 95 das Ladedrucksignal auf, welches für die Motorbetriebsbedingungen gemessen wird (in diesem Beispiel simuliert) und den vergleichbaren erwünschten Ladedruckeinstellpunkt an der Verbindung 86. Der Komparator 95 wird in diesem Beispiel einfach durch den Einsatz eines "Subtraktionsvorgangs" in der Software dargestellt. Der Komparator (Vergleichsvorrichtung) 95 vergleicht die zwei Signale und stellt eine Differenz zwischen den zwei Signalen fest. Aus diesem Vergleich wird ein "Fehlersignal" erzeugt. Es wird dann ein Schritt ausgeführt, bei dem eine Anforderungssteuerung 96 ansprechend auf das Fehlersignal ein Befehlssignal für die Motorsteuerung 46 vorsieht (genauer unten beschrieben), um die Drehmomentausgabe des Motors 34 zu steuern. Dies kommt von der Regelung der Strommenge, die in den Motor läuft, wie später erklärt wird. Die Anforderungssteuerung 96 ist in diesem Beispiel eine Proportional-Integral-Steuerung 96. Dieser Schritt steuert somit die Anforderung nach elektrischer Leistung der zweiten elektrischen Maschine oder des Motors 34 ansprechend auf die Differenz der Steuervariablen von der gemessenen oder simulierten Steuervariablen bei gewissen Motorbetriebsbedingungen.
Zwei zusätzliche beispielhafte Rückkoppelungsschleifen sind in 18 basierend auf den zwei unterschiedlichen oben erwähnten Steuervariablen veranschaulicht. Die zweite Rückkoppelungsschleife 98 wirkt als ein Überdrehzahl- oder Unterdrehzahl-Steuermechanismus dadurch, dass sie die Drehzahl des Turboladers 16 innerhalb eines festgelegten Bereiches hält. Die tatsächliche Turboladerdrehzahl wird im Schritt 100 gemessen und im Schritt 102 durch den Komparator 95 mit Einstellpunkten 104, 106 der maximalen Drehzahl und der minimalen Drehzahl verglichen. Wenn der Turbolader 16 über oder unter einem Einstellbereich ist, kann eine Einstellung durch die PI-Steuerung 96 zur Steuerung des Motors 34 vorgenommen werden und um den Turbolader zurück in den Bereich bringen. Der zulässige Drehzahlbereich für den Turbolader 16 kann auch basierend auf Motorbe triebsbedingungen variiert werden. Der Bereich kann auch sehr eng gemacht werden, so dass die Turboladerdrehzahl im Wesentlichen einer eingestellten Drehzahl folgen würde (Drehzahleinstellpunkt).
Die dritte Rückkoppelungsschleife 108 ist eine Auslasssammelleitungstemperaturschleife, um die Auslass- bzw. Abgastemperaturen innerhalb festgelegter Grenzen zu halten. Sie wirkt in einer Weise ähnlich der zweiten Schleife 98 durch Messung der tatsächlichen Auslasssammelleitungstemperatur bei 110 und unter Verwendung des Komparators 95, um die Temperatur mit Einstellpunkten 112, 114 für die maximalen bzw. minimalen Sammelleitungstemperaturen zu vergleichen. Der Vergleich wird im Schritt 116 ausgeführt, und ein Fehlersignal wird darauf folgend durch die Verbindung 86 geliefert, um zur Steuerung des Motors 34 beizutragen. Die Einstellpunkte 112, 114 können alternativ variabel gemacht werden, um die Motorbetriebsbedingungen einzustellen, oder können sehr eng gemacht werden, um den Motor 10'' zu zwingen", mit einer erwünschten Auslasssammelleitungstemperatur zu arbeiten.
Während dies nicht veranschaulicht ist, können die zweiten und dritten Rückkoppelungsschleifen 98, 108 weiter Rückkoppelungskompensatoren haben, nachdem die Vergleichsvorgänge bei 102 bzw. 116 gemacht wurden. Wieder wird in Betracht gezogen, dass diese Kompensatoren in der Software des Steuersystems 14 verkörpert werden. Weiterhin kann der Komparator 95 einen getrennten Komparator für jede verwendete Steuervariable haben, und zwar abhängig von der Auswahl, die in dem System gemacht wurde.
Noch ein weiteres Beispiel einer Rückkoppelungsschleife kann sein, die Emissionen zu managen. Eine Schleife, die den NO_x-Wert des Motors misst und ihn mit Einstellpunkten vergleicht, kann verwendet werden, um den Motor 10 innerhalb erwünschte Emissionssteuerspezifikationen zu halten. Andere Schleifen können hinzugefügt werden oder statt jenen eingesetzt werden, die oben beschrieben wurden, und zwar abhängig von den erwünschten Steuermechanismen für gewisse Motoren oder Anwendungen. Natürlich können die Steuergrenzen oder verwendeten Einstellpunkte auch eingestellt werden, um eine Vielzahl von erwünschten Betriebscharakteristiken zu erreichen. Es sei bemerkt, dass Schleifen, die zusätzlich zu der primären Schleife verwendet werden (wie beispielsweise der ersten Rückkoppelungsschleife 90) auch eine Redundanz für das Steuersystem 14 und das Turboverbundsystem 30 vorsehen. Wenn beispielsweise der Ladedrucksensor der Schleife 90 versagt, wird somit der Motor 10 nicht gewisse Parameter überschreiten, um gegen ein mechanisches Versagen oder eine Überschreitung von vorgegebenen Parametern zu schützen.
Aus dem Obigen wird zu sehen sein, dass das Steueruntersystem 88 unter Verwendung der Rückkoppelungsschleifen in den veranschaulichten Beispielen eine Funktion vorsieht, um die Menge der Leistung zu steuern, die in dem Turboverbundsystem 30 wiedergewonnen wird. Es liefert Betriebsbedingungen für den Motor 10 aus den Rückkoppelungsschleifen 90, 98 oder 108. Erwünschte Betriebspunkte des Motors 10, wie sie bei der Verbindung 86 geliefert werden, werden verglichen, um die Steuerfunktion zu erfüllen.
In dem in 18 dargestellten Beispiel wurden die verschiedenen Systeme, Schleifen und Schritte darauf gerichtet, die Anforderung der zweiten elektrischen Maschine oder des Motors 34 zu regeln. Ein Signal basierend auf den Eingangsgrößen des Ladedruckeinstellpunktes und der Rückkoppelungsschleifen 90, 98, 108 war die Ausgangsgröße der PI-Steuerung 96, um die Anforderung für den Motor 34 einzustellen. Diese Anforderungen des Motors ist auf dem elektrischen Bus 50 vorhanden, genauso wie die Anforderungen für die elektrischen Lasten 40 und den Energiespeicher 42 vorhanden sein werden. Eine solche Anforderung kann entweder als Strom oder Spannung festgelegt werden und verwendet werden, um die Versorgung der elektrischen Leistung durch den Generator 32 zu steuern. Die Steuerung der elektrischen Leistung, die vom Motor 34 direkt verbraucht wird, steuert die Last auf der ersten elektrischen Maschine oder dem Generator 32. Somit wird die Belastung des Turboladers 16 direkt gesteuert. Es wird klar sein, dass je kleiner die elektrische Leistung (der Strom) ist, die bzw. der von dem Motor 34 verbraucht wird, desto weniger Strom auch der Generator 32 erzeugen müssen wird, um die Spannung des Busses 50 konstant zu halten. Weiterhin wird der Turbolader 16 auch eine höhere Aufladung auf Grund von weniger Zug bzw. Abbremsung vom Generator 32 bei der Erzeugung von weniger elektrischer Leistung vorsehen, um die Anforderungen des Motors 34 zu beliefern.
Insgesamt gesagt sorgt daher ein Schritt dafür, dass die Steuerung, wie beispielsweise die PI-Steuerung 96, die Betriebsbedingung des Motors 10 einstellt, und zwar durch Veränderung der Anforderung des Motors 34 an den Generator 32. Dieser Vorgang wird durch das betriebliche Ansprechen des Motors auf diese Veränderungen dazu tendieren, den tatsächlichen Betriebszustand des Motors enger an den erwünschten Betriebszustand anpassen zu lassen. Somit werden die Signale, die das erwünschte oder optimale Signal und das gemessene Signal darstellen, dazu tendieren, innerhalb der Fähigkeiten zur Steuerung des Motors zusammen zu laufen. Insgesamt wird die elektrische Leistung auf dem elektrischen Bus 50 reguliert, um die Anforderung des Busses nach dem gemessenen Strom oder der gemessenen Spannung zu erfüllen.
Mit Bezug auf 19 ist das Signal von der PI-Steuerung 96 als I_crank 118 gezeigt (was den "Kurbelwellenmotor" 34 (Kurbelwelle = crankshaft) bezeichnet). Dieses "Anforderungssignal" von der PI-Steuerung 96 wird an das Anforderungsuntersystem 46 geliefert, das als eine Motor- oder Anforderungssteuerung wirkt (ebenfalls mit 46 bezeichnet), um die Anforderung für den Motor 34 einzustellen. Das Anforderungsuntersystem 46 regelt die Spannung oder den Strom im Bus 50, um seine Zwecke zu erreichen. Typischerweise wird es bezüglich des Motorstroms regeln, und somit den Strom auf dem Bus 50 regeln. Ebenfalls in 19 gezeigt ist ein Versorgungsuntersystem 44, welches als eine Generator- oder Versorgungssteuerung 44 wirkt. Das Versorgungsuntersystem 44 regelt die andere Größe, das heißt die Spannung oder den Strom auf dem Bus 50, um seine Zwecke zu errei chen. Typischerweise wird es die Spannung regeln.
Die Motorsteuerung 46 und die Generatorsteuerung 44 (die auch in 1 gezeigt ist), sind miteinander durch einen Teil des elektrischen Busses 50 verbunden und tauschen ein Signal I_limit 120 aus. Das Signal I_limit 120 sieht einen Mechanismus zur Begrenzung (Limitierung) der Motorstromanforderung vor, um Herunterregelungsfaktoren und/oder Begrenzungsbedingungen zu berücksichtigen, die während des Betriebs des Steuersystems 14 angetroffen werden können. Anders gesagt, wenn beispielsweise die Wicklungen des Generators 32 zu heiß werden und die normalen Betriebsbedingungen überschreiten, wird das Signal I_limit wie oben beschrieben verwendet, um den Generator 32 zu schützen.
Die Motorsteuerung 46 verwendet eine Stromschleife 122 mit einem Leistungswandler 124, mit einem Stromsensor 126 und einem Stromregler 128. Diese Schleife 122 innerhalb der Motorsteuerung 46 wird verwendet, um den Motor 34 auf dem erwünschten Drehmoment- oder Lastniveau arbeitend zu halten. Zur Veranschaulichung wird das Signal I_crank 118 gewöhnlicherweise verwendet, um den Motor 34 zu steuern. Jedoch wie oben besprochen, wird die kleinere Größe, d. h. das Signal I_limit 120 oder das Signal I_crank 118 im Schritt 130 ausgewählt, um den Generator 32 zu schützen. Der Schritt 130 wird einfach durch den Betrieb eines "If-" bzw. "Falls-Ausdruckes" oder des Komparators 132 in der Software des gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt.
Das ausgewählte Signal oder I_sp 134 wird verwendet, um ein Fehlersignal oder eine Stromdifferenz zu entwickeln. Dies wird getan, in dem man I_sp 134 mit dem tatsächlichen Stromsignal (I_motor 136) des Motors 34 im Schritt 137 vergleicht. Ein Signal, das den Strom I_motor 136 darstellt, wird vom Sensor 126 erzeugt und für solche Vergleichszwecke geliefert. Die Differenz oder das Fehlersignal 138 (I_error) wird von den Stromregler 128 verwendet, um die Anforderung nach Motorstrom einzustellen. Der Stromregler 128 ist auch eine Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung). Der Befehl für den re gulierten Strom basierend auf dem Fehlersignal 138 wird darauf folgend an einen Leistungswandler 124 geliefert, um eine Einstellung für den Strom vorzusehen, der an den Kurbelwellenmotor 34 gesandt wird.
Die Generatorsteuerung 44 regelt den Betrieb des Generators 32. Somit spricht die Generatorsteuerung 44 typischerweise die Versorgungsseite der elektrischen Leistung für den Motor 34 an, während die Motorsteuerung 46 die Anforderungsseite anspricht. Die Steuerung 44 kann somit die elektrische Leistung regeln, die vom Generator 34 erzeugt wird. In dem gezeigten Beispiel steuert eine Spannungsschleife 140 die Größe der elektrischen Leistung, die vom Generator 32 erzeugt wird, um die elektrischen Belastungen auf dem elektrischen Bus 50 zu erreichen. Anders gesagt, wird der Generator 32 gesteuert, um die Spannung im Bus 50 auf einem erwünschten Wert zu halten. Das Ziel ist, genau die Busspannung zu regeln, so dass der Generator 32 die richtige Menge an elektrischer Leistung zur Belieferung des Motors 34 und irgendwelcher anderen Lasten erzeugt, die auf dem Bus 50 vorhanden sind.
Die geschlossene Spannungsschleife 140 weist einen Spannungsregler 142 und einen kombinierten Generator und Leistungswandler 144 auf, der den Generator 32 aufweist. Die tatsächliche Spannung oder V_gen 146 des Generators 32 wird mit der Spannungsanforderung oder V_sp 148 im Schritt 150 verglichen. Das daraus resultierende Fehlersignal oder V_error 152 fließt zum Spannungsregler 142, wo es für den Generator- und Leistungswandler 144 konditioniert wird. Schließlich wird V_error sich auf 0 bei stetigen Bedingungen für die Anforderung auf dem Bus 50 reduzieren, und der Generator 32 wird die elektrische Leistung erzeugen, die nötig ist, um eine solche Anforderung zu erfüllen. Die elektrische Schaltung oder der Bus 50 wird dadurch auf der erwünschten Spannung gehalten.
Außerhalb der Spannungsschleife 140 in 19 sind zusätzliche Steuermechanismen, um die Ausgabe des Generators 32 und des Motors 34 zu regeln. Der Motor 10, wie er zuvor besprochen wurde, wird Nenn-Leistungen, begrenzende Bedingungen oder andere Charakteristiken haben, die wünschenswerter Weise gesteuert werden sollten, und zwar über die Anforderung des Motors 34 oder die Anforderung von anderen Belastungen auf dem Bus 50 hinaus. Als ein Beispiel werden eine Einstellpunktkarte (Kennfeld) 154 und eine Herunterregelungssteuerung 156 verwendet, um die Grenze des Motorstroms (I_limit) zu bestimmen, die zugelassen werden kann. Wenn somit ein Hersteller wünscht, das Drehmoment zu begrenzen, dass der Motor 34 zum Motor 10 für einen gegebenen Einstellpunkt hinzufügen kann, der auf der Karte 154 zu finden ist, oder auch basierend auf Herunterregelungsfaktoren, die in der Steuerung 156 verkörpert sind, kann diese Funktionalität ausgeführt werden. Wie zuvor erwähnt, wird I_limit in der Motorsteuerung 46 verwendet. Die Begrenzung des Stroms für den Motor 34 schränkt die Anforderung nach elektrischer Leistung an den Generator 32 ein, und somit das Ausmaß der mechanischen Leistung, das aus der Turboladerwelle herausgezogen wird. Je mehr elektrische Leistung erzeugt wird, desto höher ist das Abbremsungsdrehmoment auf der Turboladerwelle. Somit kann die Einstellung der elektrischen Leistung, die vom Generator 32 erzeugt wird, eine Beschleunigung oder Verlangsamung des Turboladers 16 zur Folge. Dies beeinflusst den Ladedruck, den der Turbolader 16 an den Motor 10 liefert.
Wie früher erwähnt, können die elektrischen Maschinen 32, 34 auch alternativ als ein Motor 32 bzw. ein Generator 34 arbeiten. Eine solche Situation wird wünschenswert sein, wo beispielsweise der Motor 10 außerhalb des Bereiches arbeitet, wo eine Wiedergewinnung der Abgasenergie durchführbar ist, oder wenn er in anderer Weise außerhalb gewisser Betriebsparameter ist. Ein Beispiel dafür, dass man außerhalb der akzeptablen Parameter liegt, ist dort, wo eine Turboladerverzögerung (Turboloch) auftritt. Die Verzögerung ist ein Zustand, wo die Drehzahl des Kompressorabschnittes des Turboladers nicht ausreicht, um die Einlassluftanforderungen für eine gegebene Nachfrage beim Motor 10 zu erfüllen. Dies wird auftreten, wo der Turbinenabschnitt nicht ausreichend Energie aus den Motorabgasen herausziehen kann. Die Turboladerverzögerung kann auftreten, wenn ein Fahrzeug rollt und ein Bediener auf das Gaspedal bzw. Beschleunigungspedal des Fahrzeugs drückt, um zu beschleunigen. Wenn der Motor auf Abgasenergieniveaus vom Rollbetrieb ist, wird der Turbolader sich langsam drehen und nicht schnell genug reagieren können, um ausreichende Verbrennungsluft zu liefern, damit der Motor die nachgefragte Anforderung erfüllt.
Das vorliegende System 14 wird eine Umschaltung der elektrischen Vorrichtungen 32, 34 jeweils in eine Motor- und eine Generatorfunktion gestatten. Die Umschaltung wird ansprechend auf ein Signal von mindestens einem oder auch mehreren der Sensoren auftreten, die ein Signal liefern können, das den Zustand außerhalb der Parameter anzeigt. Signale können auch für andere Parameter zu Steuerzwecken ebenfalls eingegeben werden. In dem Beispiel oben hat eine Veränderung der Anforderung eine Nachfrage nach zusätzlichem Brennstoff für den Motor zur Folge, der als ein Signal zur Auslösung der Umschaltung für die Motor- und Generatorfunktionen verwendet werden kann, während man in einem Zustand außerhalb der Parameter ist. Brennstoffversorgungssensoren (die nicht gezeigt sind, aber typischerweise in der Motorsteuerung 38 zu anderen Zwecken verwendet werden) können verwendet werden, um diese Anforderung abzufühlen. Das von dem Sensor erzeugte Signal kann dann als eine Drehmomentanforderung 80 eingegeben werden (18). Zum gleichen Zeitpunkt wird die Drehzahl des Motors 10 abgefühlt und als Motordrehzahl 78 eingegeben.
Der Einstellpunktgenerator 77 (18) verwendet Signale 78, 80, um einen neuen Ladedruckeinstellpunkt für den Zustand außerhalb der Parameter zu erzeugen. Während die elektrische Vorrichtung 34 nun als Generator arbeitet, wenn der tatsächliche Ladedruck unterhalb des erwünschten Wertes ist, steigert das Steuerungsuntersystem 88 die Menge der erzeugten Elektrizität. Dies hat einen zusätzlichen Stromfluss aus der elektrischen Vorrichtung 34 zur Folge. Um die Busspannung 50 auf dem erwünschten Wert zu halten, wird der Strom für die elektrische Vorrichtung 32 gesteigert (die als Motor wirkt). Die Steigerung hat zur Folge, dass zusätzlich Drehmoment auf die Turboladerwelle gebracht wird, was die Drehzahl des Turboladers 16 steigert, wodurch mehr Luft in den Motor 10 geliefert wird.
Der Schritt 76 ist in diesem Beispiel fähig, die erwünschten Betriebspunkte für gegebene Betriebsbedingungen des Motors 10 zu bestimmen, was die Bedingungen außerhalb der Parameter mit einschließt. In einem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel wird der Generator 77 erste und zweite Karten bzw. Kennfeldern haben. Die erste Karte wird verwendet, um erwünschte Betriebspunkte für die Motorbedingungen zu bestimmen, die anders sind als jene, die mit den Bedingungen außerhalb der Parameter assoziiert sind. Anders gesagt wird die erste Karte verwendet, wenn man die Anforderung des Motors 34 und die Versorgung bzw. Belieferung des Generators 32 steuert (wie in früheren Beispielen besprochen). Die zweite Karte (Kennfeld) wird verwendet, um die erwünschten Betriebspunkte für die Motorbedingungen zu bestimmen, die mit den Zuständen außerhalb der Parameter assoziiert sind. Genauso können Steuerverstärkungen und Signalkompensatoren innerhalb des Steuerungsuntersystems 88 unterschiedliche Werte einnehmen, und zwar abhängig davon, ob der Motor 10 in Zuständen "innerhalb" oder "außerhalb" der Parameter arbeitet.
Zur weiteren Erklärung wird der relative Zustand, der die Turboladerverzögerung (Turboloch) anzeigt (basierend auf Bedingungen mit vorbestimmter hoher Nachfrage und niedriger Drehzahl) bewirken, dass die Logik des Einstellpunktgenerators 77 die zweite Einstellpunktkarte auswählt, die für solche Bedingungen vorgesehen ist. Ansprechend auf die angezeigten Bedingungen für die Turboladerverzögerung wird die zweite elektrische Maschine 34 darauf umschalten, als Generator zu funktionieren, und wird fähig sein, elektrische Leistung für die erste elektrische Maschine 32 zu erzeugen (und zwar dadurch, dass sie von der Kurbelwelle angetrieben wird). Die Einstellpunktkarte für die Turboladerwerzögerungsbedingungen wird ähnlich dem sein, was in 14 veranschaulicht ist, wird jedoch Turboladerdrehzahlwerte haben, die gegenüber der Motordrehzahl und der Motorbelastung aufgezeichnet sind. In dieser Karte bzw. in diesem Kennfeld wird die Motordrehzahl die angeforderte Nachfrage darstellen. Aus dieser "Verzögerungskarte" wird ein Einstellpunkt identifiziert, der die Turboladerdrehzahl darstellen wird, die für die angeforderten Motorbedingungen wünschenswert oder optimal ist.
Die Rückkoppelungsschleife 98 (18) liefert die gemessene Turboladerdrehzahl, so dass ein Fehlersignal an der Verbindung 86 aus einem Vergleich der angeforderten Turboladerdrehzahl und der tatsächlichen Turboladerdrehzahl erhalten werden kann. Ein Komparator, wie beispielsweise 95, vergleicht die erwünschte Turboladerdrehzahl aus der zweiten Karte mit der Betriebsdrehzahl des Turboladers 16. Ein Signal, welches den Vergleich anzeigt – ein "Fehlersignal" – das an eine Steuerung geliefert wird, regelt die zweite elektrische Maschine 34. Zu Veranschaulichungszwecken wird die Steuerung auch die Motorsteuerung 46 aus 18 sein. Diese Steuerung wird die weitere Fähigkeit haben, die zweite elektrische Maschine 34 derart zu regeln, dass sie als Generator 34 wirkt. Ansprechend auf den Vergleich und die Anwendung des Fehlersignals wird der Generator 34 eine erwünschte oder angeforderte Menge an elektrischer Leistung zu der ersten elektrische Maschine 32 liefern. Die erste elektrische Maschine 32 wirkt nun als ein Motor ansprechend auf die angelegte elektrische Energie und wird dahingehend wirken, dass sie die Drehzahl des Turboladers auf den angeforderten Einstellpunkt steigert. Diese Steigerung der Drehzahl wird mehr Luft in den Motor liefern, um die Anforderung zu erfüllen. Wenn der Motor 10 wieder ohne Turboverzögerung arbeitet, werden die ersten und zweiten elektrischen Maschinen 32, 34 zurück auf ihre Funktion als Generator bzw. als Motor umschalten.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Turboverbundsystem 30 und das allgemeine Steuersystem 14 bieten einen hohen Grad an Steuerung und viele Optionen für den Turboverbundmotor 10. Das System kann bildlich so dargestellt werden, dass es drei Steuerschleifen hat. Eine Schleife zur Steuerung der Menge der elektrischen Leistung, die von dem Generator 32 erzeugt wird, wird von der Spannungsschleife 140 veranschaulicht. Eine weitere Schleife, die durch die Stromschleife 122 dargestellt wird, steuert die Menge der elektrischen Leistung, die vom Motor 34 verbraucht wird. Eine dritte Schleife steuert die Menge der Leistung, die durch das Turboverbundsystem 30 wiedergewonnen wird. In der beispielhaften Beschreibung für 18 wird diese Schleife durch eine primäre oder erste Rückkoppelungsschleife 90 und die zusätzlichen beschriebenen Rückkoppelungsschleifen 98, 108 dargestellt. Es ist diese dritte Schleife, die den Motor 10 und das gesamte System 12 auf einen erwünschten Betriebspunkt regelt. Diese Steuersystemarchitektur ist auch anwendbar, wenn elektrische Vorrichtungen 32, 34 als ein Motor bzw. ein Generator wirken. Betriebliche Unterschiede zwischen den zwei Betriebszustände können erreicht werden durch den Betrieb von unterschiedlichen Abschnitten innerhalb der Software des Steuersystems.
Es sei bemerkt, dass bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Stromschleife 122 statt dessen verwendet werden kann, um die Spannung zu steuern. Die Spannungsschleife 140 würde dann verwendet werden, um den Strom zu steuern. Weiterhin ist es wünschenswert, Gegenwirkungen zwischen den Schleifen 122, 140 genauso wie zwischen den ersten 90 (und zweiten 98 und dritten 108) Rückkoppelungsschleifen zu vermeiden. In einem vorbestimmten Ausführungsbeispiel würde dies dadurch erreicht werden, dass die Generatorspannungsschleife die schnellste Zeitkonstante hat, und zwar gefolgt durch die Motorstromschleife 122 und dann durch die Rückkoppelungsschleifen 90, 98, 108.
Somit sei bemerkt, dass die offenbarten Systeme, Schritte und Vorrichtungen einen großen Grad an Flexibilität bieten, um einen Motor mit einem Turboverbund zu steuern. Diese Steuerung ermöglicht die Wiedergewinnung von Energie aus dem Betrieb des Motors mit der zusätzlichen Fähigkeit, den Motor innerhalb von Einstellungsgrenzen der Leistung oder anderen Anforderungen zu halten, falls erwünscht.
Die oben und in den Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele sind beispielhaft gezeigt worden. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die offenbarten beispielhaften Formen einzuschränken. Alle Modifikationen, äquivalenten Ausführungen und Alternativen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, sollen abgedeckt werden.

Claims

Turboverbundsteuersystem (14) für einen Motor (10) mit einem Turbolader (16), der von Abgasen angetrieben wird, mit einer ersten elektrischen Maschine (32), die drehbar mit dem Turbolader (16) gekoppelt ist und fähig ist, als Generator ansprechend auf die Drehung des Turboladers (16) zu wirken, und mit einer zweiten elektrischen Maschine (34), die drehbar mit den Motor (10) gekoppelt ist und als Motor wirken kann, um den Motor (10) anzutreiben, welches Folgendes aufweist: eine Anforderungssteuerung (96), um die elektrische Leistung zu steuern, die von der zweiten elektrischen Maschine (34) verbraucht wird; eine Versorgungssteuerung (44), um die elektrische Leistung zu steuern, die von der ersten elektrische Maschine (32) erzeugt wird; einen Komparator (95), der mindestens zwei Signale (118, 120) aufnimmt, die die Betriebsbedingungen des Motors (10) und erwünschte Betriebspunkte für den Motor (10) widerspiegeln, die mit diesen Betriebsbedingungen assoziiert sind; und eine Steuerung (88), um die Betriebsbedingungen des Motors (10) durch Veränderung der Anforderung der zweiten elektrische Maschine (34) an die erste elektrische Maschine (32) einzustellen, so dass das Signal (136, 146), welches die tatsächliche Betriebsbedingung widerspiegelt, sich näher an die erwünschte Betriebsbedingung annähert.
Turboverbundsteuersystem (14) nach Anspruch 1, wobei die Betriebssteuerung (88) die mindestens zwei Signale (118, 120) aufnimmt, die aus der Motorauslasstemperatur, der Turboladerdrehzahl und dem Motorladedruck ausgewählt werden.
Turboverbundsteuersystem (14) nach Anspruch 1, wobei ein elektrischer Bus (50) die ersten und zweiten elektrischen Maschinen (32, 34) verbindet, und wobei die Versorgungssteuerung (44) die Spannung oder den Strom auf dem Bus (50) regelt.
Turboverbundsystem (14) nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Maschine (32) weiter als ein Motor wirken kann, der den Turbolader (16) antreibt; wobei die zweite elektrische Maschine (34) weiter als ein Generator wirken kann; und wobei das System weiter eine Steuerung (46) aufweist, die die zweite elektrische Maschine (34) so regelt, dass sie ansprechend auf ein von dem Komparator (95) aufgenommenes Signal als ein Generator arbeitet.
Turboverbundsystem (14) nach Anspruch 4, wobei die Steuerung (46) die zweite elektrische Maschine (34) so regelt, dass sie als ein Generator arbeitet, wenn der Komparator (95) ein Signal aufnimmt, welches einen Verzögerungszustand des Turboladers (16) (Turboloch) anzeigt.
Verfahren zur Steuerung eines Motors (10) mit einem Turboverbundsystem (30) mit einer ersten elektrischen Maschine (32), die elektrische Leistung ansprechend auf einen Motorabgasfluss erzeugt, mit einer zweiten elektrischen Maschine (34), die den Motor (10) ansprechend auf elektrische Leistung von der ersten elektrischen Maschine (32) antreibt, und mit einem elektrischen Bus (50), der die ersten und zweiten elektrischen Maschinen (32, 34) verbindet, wobei das Verfahren aufweist, eine Steuervariable für den Motor (10) zu haben; optimale Betriebswerte für die Steuervariable bei den Betriebsbedingungen des Motors (10) darzustellen; eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert, der die Steuervariable darstellt, und einen vergleichbaren optimalen Wert für die Steuervariable bei gewissen Motorbetriebsbedingungen festzustellen; die Anforderung nach elektrischer Leistung der zweiten elektrischen Maschine ansprechend auf die festgestellte Differenz zu steuern; den elektrischen Stromwert oder den elektrischen Spannungswert festzustellen, der auf dem elektrischen Bus (50) vorhanden ist, wobei die Anforderung der zweiten elektrischen Maschine (34) berücksichtigt wird; die Versorgung mit elektrischer Leistung durch die erste elektrische Maschine (32) basierend auf dem erwünschten Strom und der erwünschten Spannung des elektrischen Busses (50) zu steuern; und die elektrische Leistung auf dem elektrischen Bus (50) zu regulieren, um die Anforderung auf dem Bus nach dem Strom oder der Spannung zu erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt der Steuerung der Versorgung mit elektrischer Leistung durch die erste elektrische Maschine (32) auf der Spannung und/oder auf dem Strom basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter den Schritt aufweist, die Menge der elektrischen Leistung zu steuern, die durch das Turboverbundsystem (30) wiedergewonnen wird, und zwar ansprechend auf die Bestimmung der Differenz zwischen dem erwünschten Wert der Steuervariablen und dem Wert der Steuervariablen bei gewissen Motorbetriebsbedingungen.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter den Schritt aufweist, die Drehzahl des Turboladers (16), den Ladedruck und die Abgastemperatur innerhalb eines Einstellungsbereiches zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter den Schritt aufweist, Steuervariable basierend auf optimalen Betriebsbedingungen für eine spezielle Steuerstrategie des Motors (10) einzurichten, wobei die Steuerstrategie darauf basiert, die Brennstoffausnutzung zu maximieren oder die Emissionen zu verringern oder das Ansprechen des Turboladers zu regulieren oder den Wirkungsgrad der Luftbehandlung zu regulieren.