DE102006053037A1

DE102006053037A1 - Antriebssteuersystem für ein (Neben-)Aggregat eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Turbolader einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006053037A1
Application number: DE102006053037A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rau
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssteuersystem für ein (Neben-)Aggregat in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Turbolader einer Brennkraftmaschine, mit zumindest zwei Antriebseinheiten für das (Neben-)Aggregat, wobei das Antriebssteuersystem in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen zwischen den verschiedenen Antriebseinheiten zum Antreiben des (Neben-)Aggregats umschaltet. Erfindungsgemäß ermittelt das Antriebssteuersystem kontinuierlich für jede Antriebseinheit des (Neben-)Aggregats ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs, der sich beim Antreiben des (Neben-)Aggregats mit dieser Antriebseinheit einstellt, und schaltet in Abhängigkeit von dem ermittelten Gesamtwirkungsgraden zwischen den Antriebseinheiten des (Neben-)Aggregats um.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssteuersystem für ein (Neben-) Aggregat eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Antriebsteuersystem für einen Turbolader einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Kraftfahrzeuge besitzen in der Regel mehrere (Neben-)Aggregate, beispielsweise Klimaanlagen und Turbolader, die mit einem oder mehreren Antriebseinheiten, bspw. einer elektrischen Maschine und/oder einem Riemenantrieb, angetrieben werden.
Insbesondere sind Brennkraftmaschinen mit Turboladern in der Kraftfahrzeugindustrie seit langem bekannt. Typische Turbolader nutzen die Abgasenergie, um die Brennkraftmaschine über den Turbolader mit Luft aufzuladen. Die Abgasenergie wird entweder durch Ausnutzen des Abgasdruckes oder der Abgaswärme für das Aufladen des Turboladers verwendet. Eine solche Vorverdichtung bzw. Aufladung führt zu einer erhöhten Motorleistung gegenüber herkömmlichen Brennkraftmaschinen. Allerdings besteht bei derart aufgeladenen Brennkraftmaschinen das Problem des sog. Turbolochs, das insbesondere beim Anfahren und Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen des Fahrzeugs, also wenn das Kraftfahrzeug schnell in Bereiche höherer Leistung beschleunigt werden soll, auftritt. Hierbei liegt zu wenig Abgasenergie im Ansaugtrakt vor.
Zur Vermeidung dieses Turbolochs sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, bspw. die Verwendung einer elektrischen Maschine. So offenbart die EP 0 217 537 A1 einen Turbolader, der an seiner rotierenden Welle eine elektrische Maschine aufweist. Wenn das Kraftfahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit fährt, während gleichzeitig hohe Last angefordert wird, treibt die elektrische Maschine die rotierende Welle an. Die Drehung der rotierenden Welle des Turboladers, die bei einem Abgasturbolader durch die Abgasenergie bewirkt wird, wird somit in Form einer Drehmomenterhöhung durch die elektrische Maschine unterstützt.
Des Weiteren ist bspw. aus der DE 103 32 043 A1 ein Antriebssystem für einen Abgasturbolader bekannt, das ebenfalls zusätzlich eine elektrische Maschine zum Aufladen der Brennkraftmaschine umfasst. Wird die elektrische Maschine nicht zum Aufladen des Turboladers benötigt, wird in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine die elektrische Maschine zum Abbremsen der rotierenden Welle des Turbolader, oder als Generator zum Aufnehmen von Energie, die von der rotierenden Welle abgegeben wird, verwendet. Mit der gespeicherten Energie können verschieden Aggregate des Kraftfahrzeugs angetrieben werden.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung anzugeben, die einen verbesserten Einsatz der verschiedenen Aufladeeinheiten für (Neben-)Aggregate in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Turbolader ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssteuersystem nach Anspruch 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, dass ein Nebenaggregat in einem Kraftfahrzeug durch mehrere Antriebseinheiten angetrieben werden kann. Der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein allgemeines Antriebssteuersystem für das durch mehrere Antriebseinheiten antreibbare (Neben-)Aggregat kontinuierlich für jede Antriebseinheit des (Neben-)Aggregats ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs ermittelt, der sich beim Antreiben des Nebenaggregats mit dieser Antriebseinheit einstellt, und in Abhängigkeit von den ermittelten Gesamtwirkungsgraden zwischen den Antriebseinheiten des Nebenaggregats umschaltet.
Im speziellen wird bei einem Turbolader als Nebenaggregat davon ausgegangen, dass der Turbolader von zumindest zwei verschiedenen Antriebseinheiten aufgeladen werden kann und das Antriebssteuersystem zwischen den verschiedenen Antriebseinheiten umschalten kann. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebssteuersystem kontinuierlich, also bei jedem Betriebspunkt, für jede Antriebseinheit des Turboladers ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs, der sich beim Aufladen des Turboladers mit dieser Antriebseinheit einstellt bzw. einstellen würde, ermittelt. In Abhängigkeit von den jeweiligen Gesamtwirkungsgraden schaltet das Antriebssteuersystem dann zwischen den verschiedenen Antriebseinheiten um bzw. aktiviert oder deaktiviert die entsprechenden Antriebseinheiten. Somit werden die Antriebseinheiten in Abhängigkeit vom ermittelten Gesamtwirkungsgrad angesteuert.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Antriebssteuersystem nicht nur im Hinblick auf die Brennkraftmaschine bzw. deren Wirkungsgrad die Antriebseinheiten auswählt, sondern dass der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs bei der Auswahl berücksichtigt wird.
Vorteilhafterweise schaltet die Antriebssteuereinheit zu der Antriebseinheit zum Antreiben des Nebenaggregats, insbesondere zum Aufladen des Turboladers um bzw. aktiviert diejenige, bei der der Gesamtwirkungsgrad am größten ist.
Das Maß für den Gesamtwirkungsgrad wird vorteilhafterweise aus einem Maß für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und einem Maß für den Wirkungsgrad aller im Kraftfahrzeug vorhandenen Aggregate ermittelt. Da die vorhandenen Aggregate alle über ein gemeinsames Bordnetz angesteuert werden, kann somit mit als Maß für den Wirkungsgrad aller im Kraftfahrzeug vorhandenen Aggregate ein Maß für den Wirkungsgrad des Bordnetzes ermittelt werden. Die Ermittlung des Gesamtwirkungsgrades oder der einzelnen Wirkungsgrade kann mittels eines oder mehrerer hinterlegter Kennfelder erfolgen.
Vorteilhafterweise sind die Antriebseinheiten für den Turbolader eine elektrische Maschine zum Abgeben und ggf. zum Aufnehmen von Energie und/oder eine Abgasdruckeinheit zum Antreiben des Turboladers durch den Abgasdruck und/oder eine Abgaswärmeeinheit zum Antreiben des Turboladers durch die Abgaswärme. Die zum aufnehmen von Energie ausgebildete elektrische Maschine kann die von einer rotierenden Welle des Turboladers abgegebene mechanische Energie in Form elektrischer Energie aufnehmen und speichern oder direkt an das Bordnetz abgeben. Zusätzlich kann sie auch auf andere Weise gewonnene Energie, bspw. durch die Schubkraft erzeugte Energie aufnehmen und speichern bzw. speichern lassen oder an das Bordnetz zum Betreiben verschiedener Aggregate des Kraftfahrzeugs, bspw. der Klimaanlage abgeben. Die elektrische Maschine arbeitet somit entweder als Elektromotor zum Antreiben des Turboladers oder anderer (Neben-)Aggregate, oder als Generator zum Aufnehmen von Energie durch Rekuperation.
Vorteilhafterweise kann die Antriebssteuereinheit kontinuierlich ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs für jede Antriebseinheit separat, und auch für jede mögliche Kombination der Antriebseinheiten ermitteln und in Abhängigkeit von diesen ermittelten Gesamtwirkungsgraden eine oder mehrere Antriebseinheiten zum Antreiben der (Neben-)Aggregate bzw. zum Aufladen des Turboladers aktivieren bzw. ansteuert. Der Turbolader bzw. die (Neben-)Aggregate werden dann durch diejenige Antriebseinheit bzw. durch diejenigen Antriebseinheiten aufgeladen, bei deren Ansteuerung der Gesamtwirkungsgrad am größten ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung des Wirkungsprinzips des erfindungsgemäßen Antriebssteuerungssystems für einen Turbolader.
Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine BK mit einem Turbolader T, der die der Brennkraftmaschine BK zugeführte Luft I verdichtet. Der Turbolader T wird über eine rotierende Welle rW angetrieben. Die rotierende. Welle rW wird wiederum von verschiedenen Antriebseinheiten eM, A_p oder A_T angetrieben, wobei die elektrische Maschine eM die rotierende Welle rW bzw. den Turbolader T mittels elektrischer Energie antreibt, die Abgasdruck-Einheit A_p die rotierende Welle rW mittels eines Schaufelrads antreibt, das wiederum durch den Abgasdruck angetrieben wird, und die Abgaswärme-Einheit A_E die rotierende Welle rW ebenfalls mittels eine Schaufelrads antreibt, das wiederum durch die Abgaswärme angetrieben wird. Somit basiert der Turboladerantrieb über die Abgasdruck-Einheit A_p und über die Abgaswärme-Einheit A_T auf der Grundlage der erzeugten Abgasenergie AE. Bei derart aufgeladenen Brennkraftmaschinen besteht das Problem des sog. Turbolochs, das insbesondere beim Anfahren und Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen des Fahrzeugs auftritt, da bei derartigen Betriebspunkten zu wenig Abgasenergie AE im Ansaugtrakt vorliegt.
Um dieses Problem zu umgehen, kann der Turbolader T mittels der elektrischen Maschine eM angetrieben werden. Die elektrische Maschine eM erhält die dazu notwendige Energie e aus dem Bordnetz BN des Kraftfahrzeugs, oder direkt durch Rekuperation, also Rückgewinnung von Energie bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, z. B. im Schubbetrieb. Die elektrische Maschine eM kann als Generator auch Energie durch Abbremsen der rotierenden Welle rW gewinnen und ggf. speichern oder an das Bordnetz BN abgeben. Das Bordnetz BN kann die von der elektrischen Maschine eM zu Verfügung gestellt Energie e an verschiedene Aggregate A1 oder A2 abgegeben. Auch das Bordnetz BN kann derart ausgestaltet sein, dass es zurück gewonnene Energie aufnehmen kann.
Zur Ansteuerung des Turbolader T durch die verschiedenen Antriebseinheiten eM, A_p und A_T ist ein Antriebssteuersystem ASS vorgesehen. Dieses ermittelt kontinuierlich, also für jeden Betriebspunkt ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad wges des Kraftfahrzeugs für jede Antriebseinheit eM, A_p und A_T und jede mögliche Kombination der Antriebseinheiten. Es wird also ein Maß für den der Gesamtwirkungsgrad wges des Kraftfahrzeugs ermittelt, unter der Voraussetzung, dass der Turbolader T nur mit der elektrischen Maschine eM, oder nur mit der Abgasdruck-Einheit A_p, oder nur mit der Abgaswärme-Einheit A_T aufgeladen wird. Zusätzlich kann das Maß für den Gesamtwirkungsgrad wges des Kraftfahrzeugs für den Fall ermittelt werden, dass der Turbolader T mit der elektrischen Maschine eM und der Abgasdruck-Einheit A_p, der elektrischen Maschine eM und der Abgaswärme-Einheit A_T, der Abgasdruck-Einheit A_p und der Abgaswärme-Einheit A_T, oder mit allen drei Antriebseinheiten eM, A_p und A_T aufgeladen wird.
Das Maß für den Gesamtwirkungsgrad wges des Kraftfahrzeugs ermittelt das Antriebssteuersystem ASS aus einem Maß für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine BK bei Ansteuerung des Turboladers T durch die entsprechende Antriebseinheit eM, A_p und A_T bzw. die entsprechenden Antriebseinheiten und einem Maß für den Wirkungsgrad des Bordnetzes oder der Kombination der elektrischen Maschine eM und dem Bordnetz BN.
In die Ermittlung des Maßes für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine fließt bspw. die Drehzahl und angeforderte Last der Brennkraftmaschine BK ein. So ergibt sich beispielsweise bei niedriger Drehzahl und hoher Lastanforderung und bei einer Ansteuerung des Turboladers T lediglich durch die Abgasdruck-Einheit A_p und/oder Abgaswärme-Einheit A_T nur ein geringer Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine BK, da nur wenig Abgasenergie AE zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu ist ein Aufladen des Turboladers T mittels der elektrischen Maschine eM im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine BK wesentliche effizienter, vor allem wenn diese Energie durch Rekuperation zur Verfügung steht.
In die Ermittlung des Maßes für den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine eM mit dem Bordnetz BN fließt bspw. der Ladezustand der elektrischen Maschine eM, falls diese Energie e speichern kann, und der Ladezustand des Bordnetzes BN ein. Steht dem Bordnetz BN und der elektrischen Maschine eM ausreichend elektrische Energie e zum Betreiben des Turboladers T und der Aggregate A1 und A2 zur Verfügung, ist der Wirkungsgrad für diesen Systemverbund größer, als wenn nur geringe Energie e zu Verfügung steht. Steht nur geringe bzw. nicht ausreichend Energie e zur Verfügung, muss sich das Bordnetz BN oder die elektrische Maschine eM zur Aufrechterhaltung der Funktionsweise der Aggregate A1 und A2 die Energie e aus der Brennkraftmaschine BK holen, was wiederum den Gesamtwirkungsgrad reduziert. Können die elektrische Maschine eM und das Bordnetz BN zu bestimmten Betriebspunkten zurück gewonnene Energie aufnehmen und ggf. speichern, fließt auch dies in die Ermittlung des Maßes für den Wirkungsgrad dieses Systemverbunds aus elektrischer Maschine eM und Bordnetz BN ein.
Hat das Antriebssteuersystem ASS diejenige Antriebseinheit eM, A_p und A_T bzw. diejenige Kombination von Antriebseinheiten ermittelt, bei der der Gesamtwirkungsgrad wges am größten ist, schaltet sie die Antriebseinheiten eM, A_p und A_T derart, dass diese den Turbolader T mittels größtmöglicher Effizienz antreiben.
Weiter kann das Antriebssteuersystem ASS bei der Ermittlung des Gesamtwirkungsgrades wges auch die zum Umschalten zwischen den Antriebseinheiten eM, A_p und A_T erforderliche Energie einfließen lassen. Es können auch noch andere Kriterien, wie bspw. die Bauteilbelastung oder der Benzinpreis in die Ermittlung des Gesamtwirkungsgrad wges bzw. in die Ermittlung des Maßes für den Gasamtwirkungsgrad einfließen.
Analog diesem Konzept können sämtliche Nebenaggregate, sofern sie hybrid, also mit zwei verschiedenen Antrieben angetrieben ausgelegt sind, wirkungsgradoptimal geregelt werden. Als Beispiel für einen derartigen hybriden Antrieb ist beispielsweise die Kombination von Riemenantrieb und einem elektrischen Antrieb.

Claims

Antriebssteuersystem (ASS) für ein (Neben-)Aggregat (T) in einem Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) für das (Neben-)Aggregat, wobei das Antriebssteuersystem (ASS) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen zwischen den verschiedenen Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) zum Antreiben des Nebenaggregats umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssteuersystem (ASS) kontinuierlich für jede Antriebseinheit (eM, A_p, A_T) des Nebenaggregats (T) ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad (wges) des Kraftfahrzeugs ermittelt, der sich beim Antreiben des Nebenaggregats mit dieser Antriebseinheit (eM, A_p, A_T) einstellt, und in Abhängigkeit von den ermittelten Gesamtwirkungsgraden (wges) zwischen den Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) des Nebenaggregats (T) umschaltet.
Antriebssteuersystem (ASS) für einen Turbolader (T) einer Brennkraftmaschine (BK) in einem Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) für den Turbolader (T), wobei das Antriebssteuersystem (ASS) in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen zwischen den verschiedenen Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) zum Antreiben des Turboladers (T) umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssteuersystem (ASS) kontinuierlich für jede Antriebseinheit (eM, A_p, A_T) des Turboladers (T) ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad (wges) des Kraftfahrzeugs ermittelt, der sich beim Aufladen des Turboladers (T) mit dieser Antriebseinheit (eM, A_p, A_T) einstellt, und in Abhängigkeit von den ermittelten Gesamtwirkungsgraden (wges) zwischen den Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) des Turboladers (T) umschaltet.
Antriebssteuereinheit (ASS) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinheit (ASS) zu der Antriebseinheit (eM, A_p, A_T) zum Antreiben des (Neben-)Aggregats, insbesondere zum Aufladen des Turboladers (T) umschaltet, bei der der Gesamtwirkungsgrad (wges) am größten ist.
Antriebssteuereinheit (ASS) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinheit (ASS) das Maß für den Gesamtwirkungsgrad (wges) des Kraftfahrzeugs aus einem Maß für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (BK) und einem Maß für den Wirkungsgrad des Bordnetzes (BN) ermittelt.
Antriebssteuereinheit (ASS) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) eine elektrische Maschine (eM) zum Abgeben und vorteilhafterweise zum Aufnehmen von Energie (e) und/oder eine Abgasdruckeinheit (A_p) zum Antreiben des Turboladers (T) durch den Abgasdruck und/oder eine Abgaswärmeeinheit (A_T) zum Antreiben des Turboladers (T) durch die Abgaswärme sind.
Antriebssteuersystem (ASS) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme von Energie ausgebildete elektrische Maschine (eM) Energie (e) von einer rotierenden Welle (rW) des Turboladers (T) und/oder die bei bestimmten Betriebspunkten zurück gewonnene Energie aufnimmt.
Antriebsteuereinheit (ASS) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinheit (ASS) zusätzlich kontinuierlich ein Maß für den Gesamtwirkungsgrad (wges) des Kraftfahrzeugs für jedes Kombination der Antriebseinheiten (eM, A_p; eM, A_T; A_p, A_T; eM, A_p, A_T) zum Antreiben des (Neben-)Aggregats, insbesondere zum Aufladen des Turboladers (T) ermittelt, und in Abhängigkeit von allen ermittelten Gesamtwirkungsgraden (wges) eine oder mehrere Antriebseinheiten (eM, A_p, A_T) zum Antreiben des (Neben-)Aggregats, insbesondere zum Aufladen des Turboladers (T) aktiviert.