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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer gesteuerten Schaltung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine, mit einem Motor, einer Abgas-Turboaufladegruppe, die einen Basis-Abgasturbolader und einen Schalt-Abgasturbolader für den Motor aufweist, und mit einem Getriebe mit einer Anzahl von Gangstufen, wobei der Basis-Abgasturbolader einen Basis-Verdichter für Ladeluft und eine Basis-Turbine für Abgas aufweist, wobei die Basis-Turbine ausgebildet ist, den Basis-Verdichter anzutreiben, und der Schalt-Abgasturbolader einen Schalt-Verdichter für Ladeluft und eine Schalt-Turbine für Abgas aufweist, wobei die Schalt-Turbine ausgebildet ist, den Schalt-Verdichter anzutreiben, und wobei der Schalt-Abgasturbolader ausgebildet ist, zusätzlich zum Basis-Abgasturbolader betrieben zu werden. Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinrichtung und eine Brennkraftmaschine.
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Bei Verbrennungsmotoren wird im Idealfall eine möglichst gleichförmige und hohe Drehmomentkennlinie ausgehend von der Leerlaufdrehzahl bis hin zu hohen Drehzahlen angestrebt. Ein Mittel zur Erhöhung des Drehmoments, insbesondere im Drehzahlbereich unterhalb einer Nenndrehzahl, besteht darin, mit Abgasturboladern oder mechanischen Ladern mehr Luft in den Brennraum zu fördern. Diese Systeme weisen allerdings im niedrigen Drehzahlbereich, z. B. im Bereich von etwa 1500 min-1 bis 2000 min-1, eine ausgeprägte Drehmomentschwäche auf. Hinzu kommen im transienten Fahrbetrieb Einschränkungen bei der Dynamik des Motors, da bei Beschleunigungsvorgängen zunächst der Rotor des Turboladers beschleunigt werden muss, um einen dem Sollwert entsprechenden Luftmassenstrom bereitzustellen. Die Drehmomentschwäche kann insbesondere beim Schalten eines Schaltturboladers auch nach dem eingangs genannten Verfahren noch spürbar sein.
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Zur Steuerung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik verschiedenste Verfahren bekannt. Beispielsweise offenbart
EP 1 640 597 A1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, deren Turbinen parallel geschaltet sind und deren Verdichter in Reihe geschaltet sind, wobei ein gesamter Abgasstrom sowohl vollständig durch die erste Turbine als auch vollständig durch die zweite Turbine hindurch führbar ist.
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DE 40 24 572 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, deren Abgasleitungen vor den Abgasturboladern miteinander verbunden sind und wobei die Ladeluftleitungen beider Abgasturbolader gegebenenfalls über einen Ladeluftkühler in Verbindung stehen. Ein Abgasturbolader ist über Absperrorgane in der Ladeluft und Abgasleitung absperrbar, wobei die Absperrorgane über eine Steuereinheit unabhängig voneinander betätigbar sind.
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DE 198 16 840 C2 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden Abgasturboladern, die jeweils durch eine steuerbare Abgasabsperreinrichtung und Ladeluftabsperreinrichtung zu- und abschaltbar sind, nämlich durch einen Klappenschaltmechanismus. Der Klappenschaltmechanismus weist eine bistabile Betätigungseinrichtung auf, welche die zum selbsttätigen Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung notwendige Druckdifferenz zwischen der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite der Ladeluftabsperreinrichtung vorgibt. Dazu ist eine Ladeluftabsperreinrichtung in Form eines Rückschlagventils vorgesehen, welches dazu dient, das Abströmen von komprimierter Ladeluft aus der Ladeluftsammelleitung rückwärts durch den Ladeluftverdichter zu verhindern, wenn dieser nicht fördert. Eine Zugfeder bildet zusammen mit dem Klappenhebel die bistabile Betätigungseinrichtung für die Luftschaltklappe der Ladeluftabsperreinrichtung, welche in der Lage ist, die Ladeluftabsperreinrichtung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite der Ladeluftabsperreinrichtung geschlossen zu halten und diese nach Überschreiten der vorgegebenen Druckdifferenz aufgrund der zunehmenden Förderleistung des Ladeluftverdichters des schaltbaren Abgasturboladers bis zur Öffnungsendlage zu öffnen und dort zu halten bis die Ladeluftabsperreinrichtung wieder geschlossen wird.
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DE 10 2006 057 204 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein erster Abgasturbolader und zumindest ein zweiter über eine Stelleinrichtung in dem Abgasstrang schaltbarer Abgasturbolader angeordnet ist, wobei die Stelleinrichtung eine von einem schnellen Steller in beliebige Stellungen zwischen zwei Einstellungen verfahrbare Klappe ist, die derart geregelt wird, dass die Ladedrehzahl des zweiten Abgasturboladers auf einen Wert nahe der maximalen Ladedrehzahl eingestellt wird. Dabei ist der Verdichter von der weiterführenden Ladeluftleitung abgesperrt bzw. die Saugseite und die Druckseite sind zusätzlich über eine Bypassleitung zusammengeschaltet. Der Steller ist bevorzugt Kennlinien oder kennfeldgesteuert und die Endstellungen der Klappe lassen sich lastabhängig aus einem solchen Kennfeld oder einer Kennlinie ableiten.
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Aus
DE 40 07 584 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung bekannt, bei dem vor Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers ein zweites Wastegate aktiviert wird, wodurch der zweite Abgasturbolader zunächst in einen Leerlaufbetrieb versetzt ist. Zugeschaltet wird der zweite Abgasturbolader, indem eine Schalteinrichtung den Abgasstrom zum zweiten Abgasturbolader freigibt und danach eine weitere Schalteinrichtung die Ladeluftleitung stromab des zweiten Abgasturboladers freigibt. Die einzelnen Betriebszustände werden in Abhängigkeit der Motordrehzahl und der Drosselklappe gesteuert, und beispielsweise mit Überschreiten einer Motordrehzahl-Drosselklappen-Kennlinie aktiviert.
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DE 103 08 075 B4 offenbart ein Verfahren zur Steuerung von Abgasturboladern einer Brennkraftmaschine, die versehen ist mit einem ersten permanent betriebenen Abgasturbolader und einem zweiten schaltbaren Abgasturbolader und mit einer Umgehungsleitung zum Vorbeiführen des Abgasstroms am ersten Abgasturbolader. Ein erstes und ein zweites Wastegate sind zur Steuerung eines Abgasstroms vorgesehen, wobei das erste Wastegate aktiviert wird, wenn die Drehzahl des ersten Abgasturboladers einen Grenzwert überschreitet. Danach wird geprüft, ob eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine -- beispielsweise der Ladeluftdruck oder der Abgasvolumenstrom-- einen Grenzwert übersteigt. Ist dies der Fall, wird das zweite Wastegate aktiviert. Hierdurch wird der zweite Abgasturbolader in einen Leerlaufbetrieb versetzt. Anschließend wird geprüft, ob die Drehzahl des zweiten Abgasturboladers einen Grenzwert übersteigt. Ist dies der Fall wird der zweite Abgasturbolader vollständig aktiviert. Danach werden beide Wastegates geschlossen.
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US 5 154 057 A zeigt ganz ähnlich eine Brennkraftmaschine mit einem Dual-Turbo-Auflade system, bei welchem ein Bypass-Ventil geöffnet wird bevor von einem Einfach-Turbolader-Betrieb auf einen Zweifach-Turbolader-Betrieb geschaltet wird.
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Solche Verfahren zur gesteuerten Schaltung einer Registeraufladung stellen bereits einen guten Ansatz zur Verbesserung eines Ansprechverhaltens einer Registeraufladung für eine Brennkraftmaschine dar, insbesondere für einen transienten Fahrbetrieb und bei niedrigen Motordrehzahlen. Dennoch muss auch hier bei Beschleunigungsvorgängen zunächst der Rotor des Schalt-Abgasturboladers beschleunigt werden, um einen für die weitere Aufladung der Brennkraftmaschine geeigneten Ladeluftmassenstrom bereitzustellen.
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Das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip einer Schwellwertregelung, --d. h. zunächst eine Schalteinrichtung für Abgas zu öffnen und anschließend für Ladeluft zu öffnen, wenn der Schalt-Abgasturbolader eine fest vorgegebene Drehzahl erreicht hat-ist jedoch lediglich ein Kompromiss. Betriebszustände anderer Komponenten der Brennkraftmaschine --insbesondere des Motors und der Abgas- Turboaufladegruppe-- könnten in noch verbesserbarer Weise berücksichtigt werden. Beispielsweise kann bei einer Bergabfahrt und sehr hoher Motordrehzahl die Situation entstehen, dass trotz vergleichsweise geringem Motormoment dennoch ein Schalten des Schalt-Abgasturboladers erfolgt. Selbst wenn der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung erst oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl erfolgte, so müsste in dieser Situation dennoch mit einem Leistungseinbruch, d. h. einem Abfall der Drehzahl jedenfalls des Schalt-Abgasturboladers und einem Abfall des Ladedrucks gerechnet werden.
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In einem anderen Ansatz zeigt
US 5 205 191 A in
4 derselben ein Verfahren zu Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer primären Parameterkennlinie zur Schaltungssteuerung von zwei Turboladern, die nach Signalisierung einer Gangstufe und basierend auf der Gangstufe die Schaltungssteuerung während Gangwechselvorgängen aussetzt und dazu ein entsprechendes Flag setzt. Wie dies weiter anhand
4 und
5 derselben erläutert ist, wird abhängig vom Flag nach dem Aussetzen und abhängig von einem Hochschaltvorgang oder einem Runterschaltvorgang ggfs. eine andere dort in
2 und
3 gezeigte Motorkennlinie gewählt, die jedoch auch nur eine Motorgeschwindigkeit mit einer Drosselöffnung korreliert.
Im Allgemeinen ist die Steuerelektronik der Motorsteuerung ist mit weiteren Steuerungen vernetzt. Für den Antrieb des Fahrzeugs sind vor allem die Steuerungen von automatisierten Getrieben oder Automatikgetrieben, die Bremsanlage, die Fahrstabilitätskontrolle aber auch z.B. der Klimaanlage relevant. Die Schnittstellen für die antriebsstrangbezogene Kommunikation sind im Diesel-Motorsteuergerät in der Drehmomentstruktur integriert. Innerhalb der Drehmomentstruktur wird aus allen Drehmomentanforderungen und den aktiven Begrenzungen das erforderliche Motormoment berechnet. Am Ausgang der Drehmomentstruktur wird das einzustellende Motormoment des Dieselmotors in eine bzw. mehrere Einspritzmengen und den jeweils zugehörigen Einspritzbeginnen umgerechnet.
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Bereits bei Leerlaufdrehzahl erreicht das Drehmoment von Dieselmotoren mit etwa 50 % des Maximalwertes verhältnismäßig große Drehmomente. In einigen Straßenfahrzeugen wird die Drehmomentkurve durch eine Steuerelektronik, die in kritischen Betriebsfällen die eingespritzte Treibstoffmenge und damit das Drehmoment zurücknimmt, begrenzt, um den Antriebsstrang (Getriebe, Achsantrieb, Antriebswellen) vor Überlastung zu schützen bzw. um aus Kostengründen mit der vorhandenen Auslegung des Antriebsstranges eine größere Anzahl von Gleichteilen mit ähnlichen Fahrzeugmodellen zu behalten.
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US 5 351 486 A1 offenbart eine Steuerung, die in der Lage ist, die Anlaufzeit für einen Schalt-Abgasturbolader zu verkürzen, wenn die instantane Motorgeschwindigkeit gering ist, so dass die Drehmomentschwäche beim Umschalten von einem Einlader- auf einen Zweiladerbetrieb verringert ist. Während hoher Beschleunigungen bei hohen Motorgeschwindigkeiten öffnet ein Abgasschaltventil auf einmal. Zudem wird die Referenz der Motorgeschwindigkeit und der Ladeluftmasse zum Schalten des Schalt-Abgasturboladers variiert entsprechend einer Gangstufen-Schaltstellung des Getriebes, sodass ein verbesserter Zweiladerbetrieb erreicht wird.
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Wünschenswert ist es, ein noch weiter verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es wünschenswert, ein verbessertes Schaltverhalten der Abgas-Turboaufladegruppe zu erreichen unter Berücksichtigung des Getriebes. Insbesondere soll beim Schalten des Schalt-Abgasturboladers in den Leerlaufbetrieb und/oder beim Lastbetrieb (d. h. unter Luftverdichtung) ein verbessertes Schaltverhalten des Schalt-Abgasturboladers erreicht werden.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels der eine verbesserte gesteuerte Schaltung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe ermöglicht ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben mittels welcher der Betrieb der Abgas-Turboaufladegruppe unter Berücksichtigung des Getriebes möglich ist, wobei vorteilhaft beim Schalten des Schalt-Abgasturboladers in den Leerlaufbetrieb und/oder beim Lastbetrieb (d. h. unter Luftverdichtung) ein verbessertes Schaltverhalten des Schalt-Abgasturboladers erreicht werden soll.
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Betreffend das Verfahren wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind.
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Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einer Steuereinrichtung des Anspruchs 17 gelöst.
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Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung auch mit einer Brennkraftmaschine des Anspruchs 18 gelöst.
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Der Begriff „schalten“ umfasst vorliegend „aktivieren“ und --für umgekehrte Regelrichtung-- auch „deaktivieren“.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bislang bekannte Ansätze der Schwellwertregelung --beispielsweise zur Erreichung einer maximalen Laderdrehzahl oder einer Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers erst oberhalb einer Grenzwertdrehzahl des Schalt-Abgasturboladers-- grundsätzlich positive Effekte zur Vermeidung von Leistungseinbrüchen und/oder Drehmomentschwächen im Schaltvorgang vom Basis-Abgasturbolader auf den Schalt-Abgasturbolader zeigen. Gleichwohl hat die Erfindung erkannt, dass derartige und andere Ansätze natürlicherweise --selbst wenn diese mit Kennlinien oder Kennfeldern arbeiten-- starre oder einschränkende Vorgaben machen; so z. B. wenn lediglich der Betriebszustand des zuzuschaltenden Abgasturboladers berücksichtigt ist, um das Schaltverhalten zu regeln. Damit bleiben, wie von der Erfindung erkannt, aktuelle Lastzustände und Drehzahlzustände anderer Komponenten der Brennkraftmaschine wie des Getriebes, insbesondere auch des Motors und/oder der Abgas-Turboaufladegruppe, unberücksichtigt, obwohl diese gegebenenfalls entscheidend für einen Schaltvorgang ohne Leistungseinbruch sein können.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bislang der Schaltvorgang der Aufladegruppe, insbesondere beim Leerlaufbetrieb und/oder beim Lastbetrieb (d. h. unter Luftverdichtung) des Schaltladers ohne ausreichende Berücksichtigung einer gewählten Gangstufe des Getriebes erfolgt. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in den unteren Gangstufen andere Leistungsanforderungen an den Motor auftreten als in höheren Gangstufen. Die Erfindung geht auch von der Überlegung aus, dass dies zu einem Zielkonflikt bezüglich der Abstimmung des Laderschaltens, insbesondere des Schalt-Abgasturboladers, führen kann.
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Das Konzept der Erfindung sieht vor, dass eine Gangstufe des Getriebes signalisiert wird. Eine Signalisierung kann beispielsweise über Steuerdaten auf einem Datenbus erfolgen oder direkt an die Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, insbesondere auch von/an einem elektronischen Getriebesteuergerät und/oder von/an ein elektronisches Steuergerät der Abgas-Turboaufladegruppe.
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Erfindungsgemäß ist, für wenigstens eine Gangstufe des Getriebes, eine primäre Parameterkennlinie, deren Werte gangstufenabhängig sind, und eine sekundäre Parameterkennlinie, deren Werte gangstufenunabhängig sind, für die Steuerung vorgehalten. Das Konzept der Erfindung sieht also vor, dass eine primäre und gangstufenabhängige Parameterkennlinie zur Schaltungsteuerung vorgehalten wird und eine sekundäre und gangstufenunabhängige Parameterkennlinie zur Schaltungsteuerung vorgehalten wird. Die primäre und gangstufenabhängige Parameterkennlinie und die sekundäre und gangstufenunabhängige Parameterkennlinie können beispielsweise im gleichen Speicherbereich der Steuereinrichtung oder eines daran angeschlossenen Moduls für die Brennkraftmaschine hinterlegt werden, sodass auf diese in gleicher Weise zugegriffen werden kann.
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Das Vorsehen sowohl einer primären und gangstufenabhängigen Parameterkennlinie als auch einer sekundären und gangstufenunabhängigen Parameterkennlinie löst den Zielkonflikt, da auf beide zugegriffen werden kann. Vorteilhaft ist eine Steuerung nicht auf eine der beiden festgelegt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Basis-Abgasturboladers und/oder Schalt-Abgasturboladers wahlweise gemäß der primären Parameterkennlinie betrieben wird, wobei eine Auswahl der primären oder der sekundären Parameterkennlinie gemäß einem aktuellen Betriebszustand festgelegt und mit einem Auswahlsignal signalisiert wird. Erfindungsgemäß kann der Basis-Abgasturbolader und/oder Schalt-Abgasturbolader voreingestellt gemäß der primären Parameterkennlinie betrieben werden, wobei der Basis-Abgasturbolader und/oder Schalt-Abgasturbolader ausnahmsweise gemäß der sekundären Parameterkennlinie betrieben wird, wenn ein Rückfallsignal einen vorbestimmten Betriebszustand signalisiert. Diese weitere erfindungsgemäße Abwandlung senkt den Steueraufwand vorteilhaft.
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Erfindungsgemäß wird der Basis-Abgasturboladers und/oder Schalt-Abgasturboladers entweder gemäß der primären oder gemäß der sekundären Parameterkennlinie betrieben. Es versteht sich, dass primäre und sekundäre Parameterkennlinie für wenigstens eine Gangstufe unterschiedlich sind, um in der Gangstufe spezifische Leistungsanforderungen an den Motor zu berücksichtigen. Dadurch können aufbauend auf dem Konzept der Erfindung vorteilhaft in den unteren Gangstufen andere Leistungsanforderungen an den Motor im Rahmen der Schaltung der Abgas-Turboaufladegruppe berücksichtigt werden als in den höheren Gangstufen.
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Die Erfindung ermöglicht es damit grundsätzlich wenigstens zwei unterschiedlichen Gangstufen auch unterschiedliche Laderschaltkriterien zuzuordnen. Dadurch kann eine Optimierung der Laderschaltstrategie für jede Gangstufe oder jedenfalls für einen Teil der Gangstufen einzeln oder gruppenweise erreicht werden. Insgesamt ergibt sich eine wesentlich verbesserte Turboladerdynamik und damit ein verbessertes Fahrverhalten; dies gilt insbesondere für Schwerstfahrzeuge und schwere Nutzfahrzeuge oder Militärfahrzeuge. Die Vorteile ergeben sich insbesondere im Rangierbetrieb. Bislang war es aufgrund einer fehlenden Kopplung zwischen Laderschalt-Steuerung und Gangstufenschalt-Steuerung erforderlich, einen Kompromiss der Laderschaltkriterien zwischen Rangierfahrt und Normalfahrt als Fahrprofile vorzusehen. Dieser Kompromiss wird nunmehr entschärft bzw. entbehrlich, da mittels des Konzepts der Erfindung bereits aufgrund einer gangstufenabhängigen Parameterkennlinie für wenigstens eine Gangstufe eine verbesserte Laderschaltstrategie zur Verfügung gestellt ist. Zur Umsetzung des Konzepts der Erfindung ist es insbesondere vorgesehen, getriebeseitig eine Gangstufe des Getriebes an einen Datenbus und/oder direkt an eine Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zu signalisieren. Steuereinrichtungsseitig besteht die Möglichkeit, je nach bevorzugter Einstellung, entweder eine primäre gangstufenabhängige Parameterkennlinie oder eine sekundäre gangstufenunabhängige Parameterkennlinie für die Steuerung der Abgas-Turboaufladegruppe zu nutzen.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Betrieb des Basis-Abgasturboladers und/oder Schalt-Abgasturboladers der Abgas-Turboaufladegruppe in Abhängigkeit der Werte wenigstens einer Parametergruppe von wenigstens zwei Betriebsparametern geschaltet wird, insbesondere aktiviert und/oder deaktiviert wird. Die zwei Betriebsparameter umfassen bevorzugt wenigstens eine Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers und eine Drehzahl (nMOT) des Motors. Das Konzept der Weiterbildung sieht vor, dass die primäre und gangstufenabhängige Parameterkennlinie zur Schaltungsteuerung vorgehalten wird, deren Wert abhängt von den Betriebsparametern der wenigstens einen Parametergruppe und zusätzlich einer Gangstufe, und die sekundäre und gangstufenunabhängige Parameterkennlinie zur Schaltungsteuerung vorgehalten wird, deren Wert abhängt nur von den Betriebsparametern der wenigstens einen Parametergruppe.
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Insbesondere ist zur Umsetzung des Konzepts vorgesehen, dass als primäre und gangstufenabhängige Parameterkennlinie jeweils ein primäres Kennlinienfeld für das Zu- und Abschalten des Schaltladers vorgesehen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem primäre Kennlinienfeld um wenigstens ein zweidimensionales Kennlinienfeld, vorzugsweise ein dreidimensionales Kennlinienfeld, d. h. ein Kennlinienfeld was von wenigstens zwei, bevorzugt drei Betriebsparameter einer Parametergruppe festgelegt ist. Ein Rückfall auf ein eben solches oder einfacheres Kennlinienfeld, das als sekundäres gangstufenunabhängiges Kennlinienfeld zur Verfügung steht, kann von der Steuerung bei Bedarf ebenfalls bevorzugt genutzt werden. Für das Konzept der Erfindung beispielsweise kann ein Rückfallsignal einen vorbestimmten Betriebszustand signalisieren, für den die sekundäre und gangstufenunabhängige Parameterkennlinie von der Steuerung zu nutzen ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein für eine Rückwärtsgangstufe oder eine Neutralstufe des Getriebes. Dies kann auch der Fall sein für eine Störung und/oder eine Sonderbetriebsanforderung. Im Falle einer Störung, --insbesondere einer Störung eines Datenbus, eines Sensors des Getriebes oder der Aufladegruppe-- kann man für die Steuereinrichtung nicht verlässlich annehmen, dass alle Betriebsparameter vorliegen. In dem Fall wird auf die dann als „sicher“ zu bezeichnende sekundäre Parameterkennlinie zurückgegriffen. Eine Sonderbetriebsanforderung kann beispielsweise signalisiert werden, wenn eine Sonderleistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, wie beispielsweise bei einem Kampfeinsatz eines Militärfahrzeugs oder einer besonders hohen Lastanforderung, die beispielsweise einen manuellen oder besonders flexiblen Betrieb des Getriebes erforderlich macht.
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Das Konzept hat sich besonders bewährt zum Aktivieren bzw. zum Schaltaktivieren und/oder Betrieb des Schalt-Abgasturboladers, insbesondere nur des Schalt-Abgasturboladers. Zur Umsetzung der vorliegenden Weiterbildung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein Betrieb des Schalt-Abgasturboladers zusätzlich zum Basis-Abgasturbolader der Steuereinrichtung und/oder einem Datenbus signalisiert wird. Die Signalisierung kann insbesondere bei Vorliegen eines entsprechenden Schaltsignals, beispielsweise Erkennen eines Grenzwertes einer zweiten Parameterkennlinie, erfolgen. Dann kann ein Satz primärer und gangstufenabhängiger Parameterkennlinien für die Steuerung frei gegeben werden, sodass das Zuschalten und der weitere Betrieb des Schalt-Abgasturbolader dann abhängig von den Betriebsparametern der wenigstens einen Parametergruppe und zusätzlich abhängig von einer Gangstufe erfolgen kann.
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Grundsätzlich kann die Zuordnung unterschiedlicher primärer und gangstufenabhängiger Parameterkennlinien zu den Gangstufen eines Getriebes und/oder motorabhängig erfolgen. Es haben sich jedoch gewisse Ansätze als besonders vorteilhaft erwiesen, die in den folgenden Weiterbildungen erläutert sind.
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Insbesondere kann der Wert der primären Parameterkennlinie als Funktion abhängen von einer Vorwärtsgangstufe des Getriebes ohne Berücksichtigung einer Rückwärtsgangstufe. Beispielsweise können nur unterschiedliche primäre Vorwärtsparameterkennlinien zur Verfügung gestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass eine Rückwärtsgangstufe entweder mit einem Satz sekundärer und gangstufenunabhängiger Parameterkennlinien bei der Steuerung einer Abgas-Turboaufladegruppe, insbesondere eines Schalt-Abgasturboladers, berücksichtigt werden kann. Dazu kann beispielsweise eine primäre Vorwärtsparameterkennlinie für eine niedrigste Vorwärtsgangstufe oder Gruppe niedriger Vorwärtsgangstufen herangezogen werden. Der Weiterbildung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der im Rahmen der Erfindung erkannte Zielkonflikt zwischen Gangstufenwahl und Leistungsanforderung an den Motor weniger bei den Rückwärtsgangstufen zum Tragen kommt als vielmehr bei den hohen und höchsten Gangstufen.
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Im Rahmen einer vergleichsweise einfachen und dennoch effektiven Weiterbildung hat es sich bewährt, das wenigstens eine, vorzugsweise wenigstens zwei unterschiedliche, primäre Vorwärtsparameterkennlinien zur Verfügung gestellt werden, wobei diese wenigstens fünf, vorzugsweise sechs, Vorwärtsgangstufen des Getriebes zugeordnet sind.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Vorwärtsgangstufen eines Getriebes in vorzugsweise zwei ggf. drei Gruppen einzuteilen und den zwei, vorzugsweise drei, Gruppen entsprechend zwei unterschiedliche, vorzugsweise drei unterschiedliche, primäre Vorwärtsparameterkennlinien zu zuordnen. Konkret hat es sich bewährt, eine einzige untere von primären Vorwärtsparameterkennlinien einer Gruppe von unteren Gangstufen, nämlich insbesondere Gangstufen „eins“, „zwei“ und „drei“ eines Getriebes, zuzuordnen. Zusätzlich oder alternativ kann vorteilhaft einer oberen von primären Vorwärtsparameterkennlinien eine Gruppe von oberen Gangstufen, insbesondere Gangstufen „vier“ „fünf“ und „sechs“ des Getriebes, zugeordnet werden.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist es vorteilhaft, dass der Wert der primären Parameterkennlinie als Funktion abhängt von wenigstens fünf, vorzugsweise sechs Vorwärtsgangstufen des Betriebes und, insbesondere wenigstens fünf, vorzugsweise sechs unterschiedliche primäre Vorwärtsparameterkennlinien zur Verfügung gestellt werden. Diese zusätzliche oder alternative Weiterbildung hat zwar eine höheren Steuerungsaufwand zur Folge jedoch auch den Vorzug, dass jeder Gangstufe des Getriebes jeweils eine primäre Parameterkennlinie individuell zugeordnet und auf die Gangstufe und deren Leistungsanforderungen abgestimmt werden kann.
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Das Konzept der Erfindung und der vorgenannten Weiterbildung ist nicht beschränkt auf lediglich einen Satz sekundärer gangstufenunabhängiger Parameterkennlinien und einen Satz primärer und gangstufenabhängiger Parameterkennlinien. Vielmehr kann einer Gangstufe durchaus eine primäre, eine sekundäre und noch eine oder mehrere weitere Parameterkennlinien zugeordnet werden und zur Schaltungsteuerung des Basis-Abgasturboladers und/oder Schalt-Abgasturboladers vorgehalten werden. Beispielsweise kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, einer Gangstufe (a) eine sekundäre und gangstufenunabhängige Parameterkennlinie zu zuordnen sowie zusätzlich der Gangstufe (b) eine primäre und gangstufenabhängige Parameterkennlinie gemäß einer Gruppenzuordnung der Gangstufen mit anderen Gangstufen zuzuordnen als auch (c) eine primäre und gangstufenabhängige Parameterkennlinie zu zuordnen, die individuell für die separate Gangstufe ausgeführt und angepasst ist. Die unterschiedlichen Parameterkennlinien können dann zur Schaltungsteuerung je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine gewählt werden und der Basis-Abgasturbolader und/oder der Schalt-Abgasturbolader kann entweder (a) gemäß der sekundären Parameterkennlinie geschaltet werden oder (b) gemäß der primären Parameterkennlinie entsprechend der signalisierten Gangstufe geschaltet werden oder (c) gemäß einer der weiteren primären Parameterkennlinien entsprechend der signalisierten Gangstufe geschaltet werden.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Schritte vorgesehen:
- - Betreiben des Basis-Abgasturboladers mit sich ändernden Drehzahlen (nATL1);
- - Erkennen eines Grenzwerts einer ersten Parameterkennlinie, insbesondere einer Grenzwertdrehzahl (GW-nATL1) des Basis-Abgasturboladers und/oder einer Grenzwertdrehzahl (GW-nMOT) des Motors;
- - Betreiben des Schalt-Abgasturbolader im Leerlauf unter Führung von Abgas über die Schalt-Turbine ohne Führung von Ladeluft über den Schalt-Verdichter;
- - Erkennen eines Grenzwerts einer zweiten Parameterkennlinie
- - Betreiben des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung unter Führung von Abgas über die Schalt-Turbine und Führung von Ladeluft über den Schalt-Verdichter. Die Schaltung zunächst in den Leerlaufbetrieb und anschließend in den Lastbetrieb der Aufladegruppe hat sich bewährt zum Senken der Drehmomentschwäche.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers im Leerlauf in Abhängigkeit der Werte einer ersten Parametergruppe von Betriebsparametern aktiviert wird, welche besteht aus den Betriebsparametern: einer Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers, einer Drehzahl (nMOT) des Motors und einem lastbestimmendem Betriebsparameter des Motors. Mit anderen Worten schlägt die Weiterbildung in einer ersten Teilvariante vor, den Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers abhängig sowohl von der Drehzahl des Basis-Abgasturboladers als auch der Drehzahl des Motors und auch abhängig von einem lastbestimmendem Betriebsparameter des Motors zu schalten. Gemäß dem Konzept der ersten Teilvariante ist damit sichergestellt, dass bereits der Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers nur zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und/oder die Drehzahl des Motors ausreichend hoch ist und zudem der Motor eine ausreichende Lastreserve hat, um den Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers in verbesserter Weise aktivieren zu können. Ein nennenswerter Leistungseinbruch und /oder Drehmomentschwäche der Abgas-Turboaufladegruppe ist im Schaltvorgang verringert bzw. völlig vermieden. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der lastbestimmende Betriebsparameter des Motors eine Einspritzmenge. Mit Vorteil wurde erkannt, dass die Einspritzmenge eine besonders realistische Bestimmung der Last des Motors erlaubt, da grundsätzlich alle Regelungsbemühungen auf die Regelung der Einspritzmenge --neben Einspritzzeitpunkt und Raildruck-- hinauslaufen. Grundsätzlich kann als lastbestimmender Betriebsparameter ein Soll- oder Ist-Wert der Einspritzmenge verwendet werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist gemäß einer zweiten Teilvariante des Konzepts der Weiterbildung vorgesehen, dass der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung in Abhängigkeit der Werte einer zweiten Parametergruppe von Betriebsparametern aktiviert wird, welche besteht aus den Betriebsparametern: einer Drehzahl (nATL2) des Schalt-Abgasturboladers, einer Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers und einer Drehzahl (nMOT) des Motors. Anders ausgedrückt berücksichtigt die zweite Teilvariante des erfindungsgemäßen Konzepts zum Aktivieren eines luftverdichtenden Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers sowohl die Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers selbst als auch die Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und die Drehzahl des Motors. Damit ist sichergestellt, dass beim Aktivieren des Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers nicht nur die Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers im Leerlauf auf eine ausreichend hohe Drehzahl gestiegen ist, sondern darüber hinaus ist berücksichtigt, dass auch die den Schaltvorgang unterstützende Drehzahl des Basis-Abgasturboladers als auch die Drehzahl des Motors ausreichend hoch ist. Durch den Schaltbetrieb in Abhängigkeit aller Betriebsparameter der zweiten Parametergruppe wird der Lastbetrieb des Schalt-Abgasturboladers ohne nennenswerten Leistungseinbruch und/oder Drehmomentschwäche möglich gemacht. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der zweiten Teilvariante des erfindungsgemäßen Konzepts hat es sich bewährt, dass die zweite Parametergruppe von Betriebsparametern besteht aus den Betriebsparametern: Verhältnis (Q) einer Drehzahl (nATL2) des Schalt-Abgasturboladers zu einer Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers, einer Drehzahl (nATL1) des Abgasturboladers und einer Drehzahl (nMOT) des Motors. Da bei dieser Weiterbildung das Verhältnis der Drehzahlen des Schalt-Abgasturboladers und des Basis-Abgasturboladers als Betriebsparameter direkt in die das Schalten des Schalt-Abgasturboladers beeinflussende zweite Parametergruppe eingeht, ist unmittelbar berücksichtigt, dass die luftverdichtende Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers erst bei einem ausreichend großen Verhältnis der Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers zur Drehzahl des Basis-Abgasturboladers erfolgt. Die Abhängigkeit der Drehzahlen voneinander ist somit durch das Verhältnis derselben als Betriebsparameter für die Regelung unmittelbar implementiert. Vorteilhaft wird für das Regelverfahren selbst das Verhältnis zyklisch abgefragt und in einem Speicher, beispielsweise in Prozentwerten, abgelegt. Das Verhältnis kann mit ebenfalls abgefragten Werten der Drehzahl des Basis-Abgasturboladers multipliziert werden und das Ergebnis der Multiplikation kann zur Bestimmung der Auslösung des zweiten Zuschaltsignals herangezogen werden. Mit dieser Regelvorschrift lässt sich ein luftverdichtender Lastbetrieb des Schalt-Abgasturboladers praktisch ohne nennenswerte Drehmomentschwäche und/oder Leistungseinbruch zuschalten; dennoch lässt sich der Zuschaltvorgang vergleichsweise verlässlich und mit dennoch geringem Rechenaufwand und effizient einregeln.
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Die erste und zweite Teilvariante des Konzepts der Erfindung lassen sich allein unabhängig voneinander als auch bevorzugt in Kombination miteinander zur Realisierung einer verbesserten Steuerung einer Registeraufladung, insbesondere eines verbesserten Schaltverhaltens des Schalt-Abgasturboladers einsetzen. Im Ergebnis wird auch bei schweren Fahrzeugen mit hoch aufgeladenen Motoren und vergleichsweise geringem Hubraum eine wesentlich verbesserte Regelung für eine Registeraufladung erreicht. Das transiente dynamische Fahrverhalten selbst bei schweren Fahrzeugen, insbesondere schweren Nutzfahrzeugen oder Militärfahrzeugen, ist erheblich verbessert, da der Laderschaltzustand angepasst wird abhängig vom Lastzustand des Motors und zusätzlich abhängig von einer Drehzahl des Motors und/oder der Drehzahl des Basis- bzw. Schalt-Abgasturboladers. Insgesamt wird eine deutliche Verringerung eines Ladedruckeinbruchs beim Schalten des Schalt-Abgasturboladers festgestellt im Rahmen der Verwirklichung der Weiterbildung.
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Es hat sich als bevorzugt erwiesen, dass die Abgasschalteinrichtung als eine Abgasklappe gebildet ist, die durch das erste Zuschaltsignal aktuierbar ist und/oder die Ladeluftschalteinrichtung als eine Ladeluftklappe gebildet ist, die durch das zweite Zuschaltsignal aktuierbar ist. Grundsätzlich können als Schalteinrichtung auch Ventile oder dergleichen Aktuatoren zum Einsatz kommen; Klappen haben sich jedoch als vergleichsweise pflegeleicht und einfach regelbar erwiesen.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens die Basisturbine und/oder die Schaltturbine eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie. Eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie ist ausgebildet --geeignet insbesondere für niedrige Abgasströme-- der Strömung einen dichteren Querschnitt und höheren Strömungswiderstand (geschlossene Geometrie) entgegen zu stellen und ausgebildet --geeignet insbesondere für hohe Abgasströme-- der Strömung einen offeneren Querschnitt und geringeren Strömungswiderstand (offene Geometrie) entgegen zu stellen; dies wird beispielsweise über Anstellen der Turbinenblätter gegen die Strömung erreichbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in‘ der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
- 1: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe zur Darstellung einer Registeraufladung, bei der eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die ein Modul zur elektronischen Ladersteuerung und ein Modul einer elektronischen Getriebesteuerung aufweist, das einem Getriebe mit vorliegend sechs Gangstufen zugeordnet ist;
- 2A, 2B: eine schematische, symbolisch verdeutlichende Darstellung einer ersten dreidimensionalen ersten Parameterkennlinie, wobei zum Aktivieren eines Leerlaufbetriebs des Schalt-Abgasturboladers deren Wert abhängt von einer Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1, einer Drehzahl des Motors nMOT und einem Wert einer Einspritzmenge qV des Motors (2A) und eine schematische, symbolisch verdeutlichende Darstellung einer bevorzugten zweiten Parameterkennlinie mit einem Betriebsparameter in Form eines Verhältnisses einer Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers nATL2zu einer Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1 zum Aktivieren eines luftverdichtenden Betriebs des Schalt-Abgasturboladers (2B);
- 3: eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Registeraufladung der Brennkraftmaschine wie diese z. B. in 1 gezeigt ist, wobei für drei Gangstufengruppen von insgesamt sechs Gangstufen des Getriebes jeweils zwei primäre gangstufenabhängige Parameterkennlinien zur Steuerung vorgehalten werden, die gangstufenspezifisch nach dem Prinzip jeweils einer ersten und zweiten Parameterkennlinie gebildet sind; zusätzlich sind jeweils zwei sekundäre gangstufenunabhängige Parameterkennlinien zur Steuerung vorgehalten, wobei eine erste Parameterkennlinie zur Schaltung eines Leerlaufbetriebs des Schalt-Abgasturboladers und eine zweite Parameterkennlinie zur Schaltung eines Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers ausgebildet ist.
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1000 mit einer Abgas-Turboaufladegruppe 100, einem Motor 200 sowie mit einem zur Führung von Abgas AG und Ladeluft LL ausgebildeten Ladeführungssystem 300 und einem Getriebe 500 mit vorliegend sechs Vorwärts-Gangstufen und einer Rückwärts-Gangstufe. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine ist eine Fahrzeugsteuerung (genannt ECU oder ADEC) 400 und ein Bussystem mit einem Datenbus (CAN) 430 vorgesehen. Weiter zeigt 1 schematisch die Verfügbarkeit einer Signalisierung auf einem Datenbus 430 CAN. An den Datenbus 430 ist ein Motorsteuergerät 400 sowie auch ein elektronisches Ladersteuermodul (ELS) 410, ein elektronisches Getriebesteuermodul (EGS) 420 angebunden. Am Datenbus 430 liegen damit Daten betreffend den Laderbetriebszustand und den Getriebebetriebszustand an.
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Vorliegend ist der Motor 200 mit einem Motorblock 210 und einer V-Anordnung von zehn Zylindern gebildet, nämlich den Zylindern A1 bis A5 auf einer A-Seite A und Zylindern B1 bis B5 auf einer B-Seite B des Motorblocks 210. Über die Abgas-Turboaufladegruppe 100 und das Ladeführungssystem 300 kann Ladeluft LL den Zylindern über am Motorblock 210 angeschlossene Ladeluftkrümmer 220A, 220B zugeführt werden. Konkret wird Ladeluft LL in einer Ladeluftführung 310 den Ladeluftkrümmern 220A, 220B über nicht im Einzelnen dargestellte Zweigleitungen zugeleitet. Die Ladeluft LL wird zusammen mit eingespritztem Kraftstoff einer bestimmten Einspritzmenge qV bei jeder Verdichtungsphase der Kurbelwelle in den Zylindern verdichtet und dient zur Verbrennung des Kraftstoffs. Die Verbrennungsprodukte werden als Abgas AG über Abgaskrümmer 230A, 230B wieder in das Führungssystem 300 abgegeben. Das Abgas AG wird von den Abgaskrümmern 230A, 230B in einer Abgasführung 320 wieder in das Ladeführungssystem 300 aufgenommen und über die Abgas-Turboaufladegruppe 100 an die Umgebung abgeführt.
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Das vom Motor 200 erzeugte Drehmoment wird an dessen Kraftseite über die Kurbelwelle an das Getriebe 500 weitergegeben, das zur Umsetzung an den weiteren Antriebsstrang (Getriebe, Achsantrieb, Antriebswellen) sechs Vorwärts-Gangstufen aufweist.
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Zur Steuerung der Brennkraftmaschine ist eine Fahrzeugsteuerung (genannt ECU oder ADEC) 400 und ein Datenbus 430 in Form eines Bussystems (CAN) vorgesehen. Mit der Fahrzeugsteuerung 400 ist über den Datenbus 430 auch ein elektronisches Getriebesteuermodul 420 und ein elektronisches Ladersteuermodul 410 verbunden.
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Konkret ist die Abgas-Turboaufladegruppe 100 als eine Registeraufladung mit einem ersten Abgasturbolader in Form eines Basis-Abgasturboladers 110 und einem zweiten Abgasturbolader in Form eines Schalt-Abgasturboladers 120 gebildet. Der Basis-Abgasturbolader 110 weist einen Basisverdichter 111 für Ladeluft LL und eine Basisturbine 112 mit variabler Turbinengeometrie VTG1 für Abgas AG auf. Der Schalt-Abgasturbolader 120 weist einen Schaltverdichter 121 und eine Schaltturbine 122 mit variabler Turbinengeometrie VTG2 für Abgas AG auf. Der Schalt-Abgasturbolader 120 ist über eine Schalteinrichtung 130 zusätzlich zu dem, grundsätzlich permanent betriebenen, Basis-Abgasturbolader 110 zuschaltbar. Die Schalteinrichtung 130 weist eine mit einem ersten Regler R1 versehene Ladeluftschalteinrichtung 131 in einer Schaltteilleitung 312 der Ladeluftführung 310 auf, die von einer Basisladeluftführung 311 abzweigt. Darüber hinaus ist eine der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132 mit einem zweiten Regler R2 in einer Abgasschaltteilleitung 322 vorgesehen, die von einer Abgasbasisleitung 321 abzweigt.
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Der erste und zweite Regler R1, R2 sowie Stelleelemente für die variable Turbinengeometrie VTG1, VTG2 sind über entsprechende Steuerleitungen mit der Fahrzeugsteuerung 400 über elektronisches Ladersteuermodul 410 der elektronischen Ladersteuerung ELS verbunden. Dazu sind entsprechende Steuerleitungen 411, 412 des Datenbus 430 (z. B. CAN-Bus oder ADEC) zwischen dem Ladersteuermodul 410 und den Reglern R1, R2 bzw. den Stelleelementen für die variable Turbinengeometrie VTG1, VTG2 vorgesehen.
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Vorliegend wird Ladeluft LL über eine Basisladeluftführung 311, einem Basisverdichter 110 zugeführt, der über eine von Abgas AG in der Basisabgasführung 321 angetriebene Basisturbine 112 angetrieben wird. Die verdichtete Ladeluft LL wird in einem Wärmetauscher 330 gekühlt und weiter in der Ladeluftführung 310 --wie zuvor erläutert-- den Ladeluftkrümmem 220A, 220B und den Zylindern A1 bis A5 bzw. B1 bis B5 zugeführt. Der Basis-Abgasturbolader 110 wird lastabhängig mit sich ändernden Drehzahlen nATL1 betrieben.
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Im Zuschaltbetrieb der Abgas-Turboaufladegruppe 100 wird der Schalt-Abgasturbolader 120 zunächst im Leerlaufbetrieb unter Führung von Abgas AG über die Schaltturbine 122 ohne Führung von Ladeluft LL über den Schaltverdichter 121 betrieben sobald erkannt wird, dass ein Grenzwert einer ersten Parameterkennlinie erreicht ist; d. h. im Beschleunigungsvorgang mit zunehmender Drehzahl nATL2 bei Überwindung der Masseträgheit und ohne zusätzliche Last, da zunächst keine Ladeluft LL über den Schaltverdichter 121 verdichtet wird. Dazu öffnet die der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132. Der Schalt-Abgasturbolader 120 kann somit zunächst ohne Verdichterarbeit vergleichsweise schnell beschleunigt werden und dennoch kann --bei Bedarf-- Abgas AG effektiv abgeblasen werden. Bei weiter steigendem Abgasvolumenstrom wird auch die dem Schaltverdichter 121 zugeordnete Ladeluftschalteinrichtung 131 geöffnet und der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 wird unter Luftverdichtung, d. h. als Lastbetrieb, aktiviert sobald erkannt wird, dass ein Grenzwert einer zweiten Parameterkennlinie erreicht ist.
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Die Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers 120--d. h. vorliegend das Öffnen einer Ladeluftklappe zur Bildung der Ladeluftschalteinrichtung 131 und dann einer Abgasklappe zur Bildung der Abgasschalteinrichtung 132-- erfolgt sauber verblendet und nur unter von vergleichsweise geringem Ladedruckverlust. Dazu werden die erste und zweite Parameterkennlinie anhand der folgenden 2A, 2B im Einzelnen erläutert.
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2A zeigt ein geeignetes Kennlinienfeld für ein erstes Zuschaltsignal für eine der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132 und/oder in 2B ein geeignetes Kennlinienfeld für ein zweites Zuschaltsignal für eine dem Schaltverdichter zugeordnete Ladeluftschalteinrichtung 131.
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Bevorzugt ist eine erste, insbesondere dreidimensionale, Parameterkennlinie vorgesehen, deren Wert abhängt von einer Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1, einer Drehzahl des Motors nMOT und einem Wert eines lastbestimmenden Betriebsparameters des Motors; vorliegend einer Einspritzmenge qV. Eine solche dreidimensionale Parameterkennlinie berücksichtigt in nicht nur in eindimensionaler Weise den Betriebszustand einer einzelnen Komponente (beispielsweise nicht nur den Betriebszustand des Schalt-Abgasturboladers oder nicht nur den Betriebszustand des Motors); vielmehr ermöglicht die vorgeschlagene dreidimensionale Parameterkennlinie der 2A die komplexe Berücksichtigung der Drehzahlen des Basis-Abgasturboladers nATL1 und des Motors nMOT als auch den Wert einer Einspritzmenge qV des Motors in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander. Grundsätzlich kann der lastbestimmende Betriebsparameter des Motors auch ein IST-Wert eines lastbestimmende Betriebsparameters am Motorbetriebspunkt sein, wie eine IST-Motorlast od. dgl., oder ein SOLL-Wert eines lastbestimmende Betriebsparameters am Motorbetriebspunkt sein, wie eine Lastanforderung oder eine Mobilitätsanforderung. Diese Parameter erweisen sich jedoch als weniger genau als die Einspritzmenge, sind gleichwohl zusätzlich oder alternativ nutzbar.
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Ein erstes Zuschaltsignal für eine der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132 wird ausgelöst bei Erreichen eines Grenzwerts GW1 in Abhängigkeit der ersten Parameterkennlinie, deren Wert abhängt von der Drehzahl des Basis-Abgasturboladers, der Drehzahl des Motors und einem Wert des lastbestimmenden Betriebsparameters des Motors, insbesondere der Einspritzmenge. Beispielsweise wird ein Betrieb des Schalt-Abgasturboladers im Leerlauf in Abhängigkeit der Werte der ersten Parametergruppe von Betriebsparametern erst aktiviert, wenn eine Grenzwertdrehzahl des Basis-Abgasturboladers erkannt wird, insbesondere überschritten wird und/oder eine Grenzwertdrehzahl des Motors erkannt wird, insbesondere überschritten wird und/oder ein Grenzwert eines lastbestimmenden Betriebsparameter des Motors erkannt wird, insbesondere überschritten wird.
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Ein zweites Zuschaltsignal für eine dem Schaltverdichter 121 zugeordnete Ladeluftschalteinrichtung 131 wird erst ausgelöst, bei Erreichen eines Grenzwerts GW2 in Abhängigkeit der in 2B dargestellten zweiten Parameterkennlinie, deren Wert abhängt von einer Drehzahl nATL2 des Schalt-Abgasturboladers, einer Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers und einer Drehzahl nMOT des Motors. Beispielsweise wird ein Betrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 unter Luftverdichtung in Abhängigkeit der Werte der zweiten Parametergruppe von Betriebsparametern erst aktiviert, wenn eine Grenzwertdrehzahl GW-nATL2 des Schalt-Abgasturboladers erkannt wird, insbesondere überschritten wird und/oder eine Grenzwertdrehzahl GW-nATL1 des Basis-Abgasturboladers erkannt wird, insbesondere überschritten wird und/oder eine Grenzwertdrehzahl GW-nMOT des Motors erkannt wird, insbesondere überschritten wird. Konkret erfolgt vorliegend ein Betrieb des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung in Abhängigkeit der Werte einer zweiten Parametergruppe von Betriebsparametern, wenn ein Grenzwertverhältnis GW-Q der Grenzwertdrehzahl GW-nATL2 des Schalt-Abgasturboladers zur Grenzwertdrehzahl GW-nATL1 des Basis-Abgasturboladers erkannt wird, insbesondere überschritten wird und/oder eine Grenzwertdrehzahl GW-nMOT des Motors erkannt wird, insbesondere überschritten wird und/oder eine Grenzwertdrehzahl GW-nATL2 des Basis-Abgasturboladers erkannt wird, insbesondere überschritten wird. Der konvexe Verlauf der zweiten Parameterkennlinie in 2B zeigt, dass der Schalt-Abgasturbolader 120 bei höheren Motordrehzahlen nMOT bereits bei einem niedrigeren Grenzwertverhältnis GW-Q der Grenzwertdrehzahl GW-nATL2 des Schalt-Abgasturboladers zur Grenzwertdrehzahl GW-nATL1 des Basis-Abgasturboladers im Lastbetrieb zugeschaltet werden kann. In 2B ist aus dem Vergleich der relevanten zweiten Parameterkennlinie (A) und der als Vergleich abgebildeten zweiten Parameterkennlinie (B) direkt ersichtlich, dass vorliegend mit zunehmender Motordrehzahl nMOT eine Zuschaltung des Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers 120 bei immer niedrigeren Werten der Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers 110 erfolgen kann.
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Das Abschaltsignal für eine der Schaltturbine 121 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132 und eine dem Schaltverdichter 122 zugeordnete Ladeluftschalteinrichtung 131 wird im Prinzip gemäß den gleichen Kriterien, insbesondere gleichzeitig, ausgelöst. Insbesondere kann dies in einer Abwandlung bei Erreichen eines Hysterese-Grenzwerts in Abhängigkeit einer weiteren zur ersten in 2A gezeigten Parameterkennlinie verschobenen Parameterkennlinie geschehen. Bevorzugt hängt der Wert der weiteren ersten Parameterkennlinie ab von einer Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1, einer Drehzahl des Motors nMOT und einem Wert eines lastbestimmenden Betriebsparameters des Motors. Vorteilhaft wird das Abschaltverhalten der Schaltturbine 122 grundsätzlich durch die gleichen Größen bestimmt wie das Zuschaltverhalten im Leerlaufbetrieb. Eine Hysterese ist vor allem beim lastbestimmenden Betriebsparameter des Motors berücksichtigt. Insbesondere liegt ein Hysteresegrenzwert für ein erstes Zuschaltsignal in einem zweidimensionalen Kennlinienfeld von Motordrehzahl nMOT und lastbestimmenden Betriebsparameter des Motors über dem eines zweidimensionalen Kennlinienfeldes zum Abschalten der Schaltturbine 122 und des Schaltverdichters 121.
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Die dreidimensionalen Kennlinien der in 2A und 2B gezeigten Art, insbesondere die dazu gehörigen Kennlinienfelder, lassen sich bevorzugt durch ein Schaltsignal oder durch eine geeignete Parameterisierung --d. h. einem Offsetsignal-- deaktivieren. Eine Deaktivierung kann sich als vorteilhaft für spezielle Betriebszustände der Brennkraftmaschine erweisen oder Fahrzustände des Fahrzeugs als vorteilhaft erweisen.
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Im Rahmen der variablen Turbinengeometrie VTG1, VTG2 wird in einem Anfahrmodus der Abgas-Turboaufladegruppe 100 der Basis-Abgasturbolader 110 mit Abgas- und/oder Ladeluft beaufschlagt und während der Schalt-Abgasturbolader 120 nicht beaufschlagt ist; dabei wird der Basis-Abgasturbolader 110 zunächst in einer geschlossenen Geometrie betrieben. In einem Grundfahrmodus, d. h. mit steigender Drehzahl der Abgas-Turboaufladegruppe 100, wird dann der Basis-Abgasturbolader 110 Abgas AG und/oder Ladeluft LL beaufschlagt während der Schalt-Abgasturbolader 120 zunächst noch nicht beaufschlagt ist; dabei wird der Basis-Abgasturbolader 110 dann in einer offenen Geometrie betrieben. Alsdann kann mit weiter steigender Drehzahl der Abgas-Turboaufladegruppe 100 in einem Zuschaltfahrmodus der Abgas-Turboaufladegruppe 100, insbesondere aktiviert über die erste Parameterkennlinie, der Basis-Abgasturbolader 110 und der Schalt-Abgasturbolader 120 abgas- und/oder ladeluftbeaufschlagt sein und der Basis-Abgasturbolader 110 und der Schalt-Abgasturbolader 120 werden in einer geschlossenen Geometrie betrieben. Schließlich kann mit weiter steigender Drehzahl der Abgas-Turboaufladegruppe 100 in einem Registerfahrmodus der Abgas-Turboaufladegruppe, insbesondere deutlich beabstandet jenseits der zweiten Parameterkennlinie, der Basis-Abgasturbolader110 und der Schalt-Abgasturbolader 120 abgas- und/oder ladeluftbeaufschlagt werden und der Basis-Abgasturbolader und der Schalt-Abgasturbolader werden in einer offenen Geometrie betrieben.
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3 zeigt eine Steuereinrichtung 400 mit einem Motorsteuergerät 401 (ECU) wie es bereits in 1 gezeigt ist. Dem Motorsteuergerät 401 ist ein elektronisches Getriebesteuermodul 420 und ein elektronisches Ladersteuermodul 410 zugeordnet. Die elektronischen Module EGS 420 und ELS 410 müssen nicht notwendigerweise wie dargestellt separat von dem Motorsteuergerät 401 realisiert sein, sondern können als Hardware- und/oder Software-Bausteine innerhalb des Motorsteuergeräts 401 realisiert sein. Im vorliegenden Fall handelt es sich um Module, die separat vom Motorsteuergerät 401 an unterschiedlichen Stellen der Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die Module 410, 420 mit dem Motorsteuergerät 401 über einen als CAN-Bus ausgebildeten DatenBus 430 kommunizierend verbunden sind. Über das elektronische Getriebesteuermodul 420 liegt am Datenbus 430 ein Signal an, das eine aktuelle Gangstufe des Getriebes 500 signalisiert. Im vorliegenden Fall gibt es drei Gruppen von Gangstufen: (a) nämlich Gangstufen GS1, GS2, GS2, GS3, (b) nämlich Gangstufen GS4, GS5 und (c) nämlich Gangstufe GS6. Es wird außerdem signalisiert zu welcher Gruppe (a), (b), (c) von Gangstufen die aktuelle Gangstufe gehört. Dementsprechend sieht das Motorsteuergerät einen Speicherbaustein vor, in dem ein Satz primärer gangstufenabhängiger Parameterkennlinien (I) hinterlegt ist, die zur Schaltungsteuerung des Schalt-Abgasturboladers 120 vorgehalten werden und deren Wert außerdem abhängt von den Betriebsparametern der wenigstens einen Parametergruppe wie sie anhand der 2A und 2B erläutert sind. Im vorliegenden Fall wird ein Kennlinienfeld der 2A als erstes Kennlinienfeld mit (i) bezeichnet und ein Kennlinienfeld der 2B als zweites Kennlinienfeld mit (ii) bezeichnet. Die Parameterkennlinien (i) sind dazu ausgebildet in der oben erläuterten Weise den Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 zu aktivieren; außerdem gangstufenabhängig gemäß der Gruppe (a), (b), (c). Die Parameterkennlinien (ii) sind dazu ausgebildet, den Lastbetrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 zu schalten; außerdem gangstufenabhängig gemäß der Gruppe (a), (b), (c).
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Im Speicherbaustein des Motorsteuergeräts 401 ist auch ein zweiter Satz von sekundären und gangstufenunabhängigen Parameterkennlinien (II) hinterlegt. Die Parameterkennlinien (i) sind dazu ausgebildet in der oben erläuterten Weise den Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 zu aktivieren; gangstufenunabhängig, d.h. hier unabhängig von der Gruppe (a), (b), (c). Die Parameterkennlinien (ii) sind dazu ausgebildet, den Lastbetrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 zu schalten; gangstufenunabhängig, d.h. hier unabhängig von der Gruppe (a), (b), (c).
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Liegt ein mit RS bezeichnetes Rückfallsignal gemäß dem Konzept der Erfindung oder ein sonstiges mit TS bezeichnetes Triggersignal am Datenbus 430 an, kann davon ausgegangen werden, dass eine Steuerung nur aufgrund der sekundär und gangstufenunabhängigen Parameterkennlinie, wie sie im Kennliniensatz der Parameterkennlinien II vorgesehen sind, zu erfolgen hat; dies kann vom Motorsteuergerät 401 aufgrund einer Fahreranweisung gemäß dem Triggersignal TS oder einer vom Fahrer nicht beeinflussten Störung oder Sonderbetriebsanforderung gemäß dem Rückfallsignal RS vorgegeben werden. Liegt am Datenbus 430 ein getriebeseitig ausgelöstes Signal an, das eine Rückwärtsgangstufe RGS oder eine Neutralgangstufe NGS signalisiert, ist das Motorsteuergerät 401 ebenfalls veranlasst, am Speicherbaustein zur Steuerung lediglich auf die Parameterkennlinien (II) des Kennliniensatzes zuzugreifen.
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Liegt am Datenbus 430 beispielsweise die getriebeseitige Signalisierung einer Gangstufe GS1 an, als auch die vom elektronischen Getriebesteuermodul vorgenommene Gruppierung in die Gangstufengruppe (a), greift das Motorsteuergerät 401 auf die primären und gangstufenabhängigen Parameterkennlinien (I) des Satzes (a) zu. Liegt beispielsweise am Datenbus eine getriebeseitige Signalisierung für die Gangstufe GS5 und die Signalisierung einer Gangstufengruppe (b) an, greift das Motorsteuergerät 401 auf die primären gangstufenabhängigen Parameterkennlinien (I) der Gruppe (b) zurück. Liegt am Datenbus 430 die Signalisierung der Gangstufe GS6 und der Gangstufengruppe (c) an, so greift das Motorsteuergerät 401 auf die in der Speichereinheit hinterlegte Gruppe von primären und gangstufenabhängigen Parameterkennlinien (I) der Gangstufengruppe (c) zurück. Dabei ist die für die sechste Gangstufe GS6 vorgesehene primäre Parameterkennlinie ausgebildet, im Betrieb der Brennkraftmaschine 1000 eine maximale Geschwindigkeit zu erlauben. Damit ist gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine bei der höchsten Getriebegangstufe GS6 eine maximale Geschwindigkeit liefern kann. Dies erweist sich gegebenenfalls im Falle eines Sondersignals, beispielsweise bei einem Kampfeinsatz, als erforderlich; übliche Schutzanforderungen für Antriebsstränge oder Turbolader sind in solch einem Fall ggfs. von untergeordneter Bedeutung.
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In einer hier nicht näher gezeigten Abwandlung kann auch eine Übersetzungsbegrenzung signalisiert werden, beispielsweise eine Gangstufenbegrenzung. Eine Gangstufenbegrenzung kann beispielsweise mittels einer Getriebehochschaltsperre gebildet sein, wie sie oft bei einer manuellen Getriebebetätigung vorkommt. Für einen Fall einer Signalisierung einer Gangstufe des Getriebes kann wenigstens eine weitere primäre Parameterkennlinie vorgesehen sein, die ausgebildet ist, im Betrieb der Brennkraftmaschine 1000 eine Drehzahlbegrenzung des Motors und/oder eine Drehzahlbegrenzung der Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers 110 und/oder eine Drehzahlbegrenzung einer Drehzahl nATL2 des Schalt-Abgasturboladers zu erlauben. Dies führt zu einem erhöhten Bauteileschutz für die Abgas-Turboaufladegruppe 100 als auch des Motors und Getriebes aufgrund der Drehzahlbegrenzung derselben.
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Bezugszeichenliste
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- 1000
- Brennkraftmaschine
- 100
- Abgasaufladegruppe
- 110
- Basisabgasturbolader
- 111
- Basisverdichter
- 112
- Basisturbine
- 120
- Schaltabgasturbolader
- 121
- Schaltverdichter
- 122
- Schaltturbine
- 130
- Schalteinrichtung
- 131
- Ladeluftschalteinrichtung
- 132
- Abgasschalteinrichtung
- 200
- Motor
- 210
- Motorblock
- 220A, 220B
- Ladeluftkrümmer
- 230A, 230B
- Abgaskrümmer
- 300
- Ladeführungssystem, Führungssystem
- 310
- Ladeluftführung
- 311
- Basisladeluftführung
- 312
- Schaltteilleitung
- 320
- Abgasführung
- 321
- Basisabgasführung
- 322
- Abgasschaltteilleitung
- 330
- Wärmetauscher
- 400
- Fahrzeugsteuerung, Steuereinrichtung
- 410
- elektronisches Ladesteuermodul
- 401
- Motorsteuergerät
- 411, 412
- Steuerleitungen
- 420
- elektronisches Getriebesteuermodul
- 430
- Datenbus
- 500
- Getriebe
- (a), (b), (c)
- Gangstufengruppen
- AG
- Abgas
- A1 - A5
- Zylinder
- B1 - B5
- Zylinder
- GS1 bis GS6
- Gangstufen
- GW
- Grenzwert
- (i), (ii)
- erste, zweite Parameterkennlinien
- I
- Kennliniensatz primärer gangstufenabhängiger Parameterkennlinien (I)
- II
- Kennliniensatz sekundärer gangstufenunabhängiger Parameterkennlinien (II)
- LL
- Ladeluft
- nATL1, nATL2
- Drehzahl
- nMOT
- Drehzahl des Motors
- NGS
- Neutralgangstufen
- Q
- Verhältnis
- qV
- Einspritzmenge
- R1, R2
- Regler
- RS
- Rückfallsignal
- RGS
- Rückwärtsgangstufen
- SS
- Sondersignal
- TS
- Triggersignal
- VTG1, VTG2
- Turbinengeometrie
