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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Antriebsaggregat sowie einen Abgasturbolader für das Antriebsaggregat aufweist, wobei Abgas des Antriebsaggregats einer Turbine des Abgasturboladers zugeführt wird und mittels eines mit der Turbine gekoppelten Verdichters verdichtete Luft für das Antriebsaggregat bereitgestellt wird, und wobei eine elektrische Maschine mit der Turbine und dem Verdichter mechanisch wirkverbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
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Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Die Antriebseinrichtung verfügt über das Antriebsaggregat sowie den Abgasturbolader. Der Abgasturbolader ist dem Antriebsaggregat zugeordnet. Von dem Antriebsaggregat erzeugtes Abgas wird also dem Abgasturbolader beziehungsweise dessen Turbine zugeführt. Das Abgas durchströmt die Turbine, wobei kinetische Energie und/oder Enthalpie des Abgases in mechanische Energie umgewandelt wird. Diese dient dem Antreiben des Verdichters des Abgasturboladers, welcher mit der Turbine gekoppelt beziehungsweise mit ihr mechanisch wirkverbunden ist.
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Mithilfe des Verdichters wird Luft, insbesondere Frischluft verdichtet und anschließend dem Antriebsaggregat bereitgestellt. Die mittels des Verdichters verdichtete Luft kann selbstverständlich auch in Form eines Abgas-Luft-Gemischs vorliegen, sofern eine externe Abgasrückführung vorgesehen ist. Das Antriebsaggregat ist beispielsweise als Brennkraftmaschine ausgebildet. Alternativ kann es auch als Brennstoffzelle vorliegen. Der Abgasturbolader ist elektrisch unterstützt beziehungsweise unterstützbar. Zu diesem Zweck ist die elektrische Maschine vorgesehen, welche mit der Turbine beziehungsweise dem Verdichter gekoppelt beziehungsweise mechanisch wirkverbunden ist. Mithilfe der elektrischen Maschine kann insoweit ein Drehmoment bereitgestellt werden, welches auf ein Laufzeug der Turbine beziehungsweise des Verdichters wirkt.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzustellen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine Effizienzsteigerung der Antriebseinrichtung ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Turbine permanent das gesamte Abgas des Antriebsaggregats über eine variable Turbinengeometrie zugeführt wird, und dass in wenigstens einer Betriebsart der Antriebseinrichtung in jedem Betriebspunkt des Antriebsaggregats die elektrische Maschine zum Bremsen der Turbine als Generator betrieben wird, wobei die Turbine mittels der elektrischen Maschine umso stärker gebremst wird, je weiter bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats eine strömungstechnisch zwischen dem Verdichter und dem Antriebsaggregat angeordnete Drosselklappe geöffnet wird.
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Der Abgasturbolader beziehungsweise dessen Turbine verfügt über die variable Turbinengeometrie und ist insoweit als VTG-Lader ausgestaltet. Das bedeutet, dass die Turbine neben dem Laufzeug beziehungsweise Laufrad über verstellbare Leitschaufeln verfügt, welche in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Turbine verstellt werden können. Die variable Turbinengeometrie arbeitet dabei allgemein ausgedrückt als Querschnittsverstellelement, welches stromaufwärts der Turbine angeordnet ist. Mithilfe der variablen Turbinengeometrie kann insoweit der Abgasgegendruck zwischen dem Antriebsaggregat und der Turbine beziehungsweise stromabwärts des Antriebsaggregats und stromaufwärts der Turbine eingestellt werden. Eine Verstellung der variablen Turbinengeometrie beziehungsweise ihrer Leitschaufeln erfolgt beispielsweise elektrisch oder pneumatisch. Aufgrund der variablen Turbinengeometrie kann auf ein Wastegate, mittels welchem das Abgas um die Turbine herumgeführt werden könnte, verzichtet werden. Der Abgasturbolader ist insoweit wastegatefrei ausgestaltet.
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Es ist vorgesehen, dass der Turbine permanent das gesamte Abgas des Antriebsaggregats über eine variable Turbinengeometrie zugeführt wird. Darunter ist zu verstehen, dass die Turbine abzweigsfrei mit dem Antriebsaggregat strömungsverbunden ist, also eine durchgehende Strömungsverbindung zwischen dem Antriebsaggregat und der Turbine vorliegt. Entlang dieser wird das gesamte von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas abgeführt und nachfolgend der Turbine zugeführt.
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In der wenigstens einen Betriebsart der Antriebseinrichtung ist es nun vorgesehen, die elektrische Maschine zum Bremsen der Turbine zu verwenden und insoweit als Generator zu betreiben. Die Betriebsart ist beispielsweise eine Effizienzbetriebsart. Das Bremsen der Turbine in der wenigstens einen Betriebsart ist in jedem Betriebspunkt des Antriebsaggregats vorgesehen, wobei der Betriebspunkt vorzugsweise durch die momentane Drehzahl und/oder das momentane Drehmoment des Antriebsaggregats gekennzeichnet ist. Selbstverständlich kann der Betriebspunkt auch durch eine von dem Antriebsaggregat bereitgestellte elektrische Leistung gekennzeichnet sein, falls es als Brennstoffzelle ausgebildet ist.
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Das Bremsen erfolgt bei jeder Drehzahl und/oder jedem Drehmoment des Antriebsaggregats, wenn die wenigstens eine Betriebsart vorliegt. Wird dagegen eine Hochleistungsbetriebsart durchgeführt, kann es vorgesehen sein, die elektrische Maschine zumindest zeitweise, insbesondere permanent, und/oder in wenigstens einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats, insbesondere in allen Betriebspunkten, zum Antreiben des Verdichters heranzuziehen, also als Elektromotor zu betreiben.
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Zum Bremsen der Turbine wird die elektrische Maschine als Generator betrieben. Entsprechend fällt elektrische Energie an, welche beliebig verwendet werden kann. Beispielsweise wird sie einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt und/oder in einem Energiespeicher zwischengespeichert. Grundsätzlich ist es vorgesehen, die Turbine umso stärker mithilfe der elektrischen Maschine zu bremsen, je weiter die Drosselklappe geöffnet ist. Diese ist strömungstechnisch zwischen dem Verdichter und dem Antriebsaggregat angeordnet und dient dem Einstellen des zu dem Antriebsaggregat strömenden Luftmassenstroms. Der Betriebspunkt des Antriebsaggregats wird dabei, unabhängig von dem Öffnungsgrad des Drosselklappe, konstant gehalten.
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Die Drosselklappe dient als „Druckminderer” stromaufwärts des Antriebsaggregats und drosselt den an dem Antriebsaggregat zugeführten Druck, also einen in der Außenumgebung vorliegenden Umgebungsdruck und/oder einen von dem Abgasturbolader bereitgestellten Ladedruck. Ein Luftmassenstrom in das Antriebsaggregat stellt sich in Abhängigkeit von dem dem Antriebsaggregat zugeführten beziehungsweise an diesem anliegenden Druck ein. Der Luftmassenstrom kann zusätzlich von wenigstens einer der folgenden Größen abhängig sein: Drehzahl des Antriebsaggregats, Zustand von Ladungswechselorganen, insbesondere einem Öffnungsgrad von Ladungswechselventilen und/oder einer Temperatur der Frischluft stromaufwärts des Antriebsaggregats, beispielsweise in einem Saugrohr.
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Um die Effizienz der Antriebseinrichtung zu verbessern, soll in der wenigstens einen Betriebsart der Umgebungsdruck der in der Außenumgebung der Antriebseinrichtung vorliegenden Luft beziehungsweise Frischluft besser ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck wird die Drosselklappe weiter geöffnet. Dies hat zur Folge, dass zwar mehr Luft in Richtung des Antriebsaggregats strömt, also der Luftmassenstrom vergrößert wird. Gleichzeitig nimmt jedoch auch der Abgasgegendruck vor, welcher strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Turbine ermittelt wird. Dies führt zu einem höheren Restgasanteil in dem Antriebsaggregat und gleichzeitig zu einer Zunahme der Turbinenleistung. Beispielsweise wird das Öffnen der Drosselklappe in Folge einer Veränderung eines Durchströmungsquerschnitts einer variablen Turbinengeometrie der Turbine des Abgasturboladers in Richtung kleinerer Durchströmungsquerschnitte vorgenommen, also in Folge einer Verkleinerung des Durchströmungsquerschnitts. Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen werden.
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Die beschriebene Erhöhung der Turbinenleistung würde üblicherweise zu einer analogen Zunahme der Verdichterleistung führen, sodass der dem Antriebsaggregat zugeführte Luftmassenstrom weiter vergrößert wird und sich der Betriebspunkt des Antriebsaggregats verschiebt. Um dies zu vermeiden, wird die elektrische Maschine generatorisch betrieben, sodass die Turbine beziehungsweise der Verdichter gebremst wird. Die erhöhte Turbinenleistung wird also nicht dem Verdichter zugeführt, sondern vielmehr mithilfe der elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt und dem Abgasturbolader entnommen. Je weiter bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats die Drosselklappe geöffnet wird, umso stärker muss die Turbine unter Verwendung der elektrischen Maschine gebremst werden, um der unerwünschten Zunahme des Luftmassenstroms entgegenzuwirken.
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Besonders bevorzugt wird die Drosselklappe vollständig geöffnet und gleichzeitig die elektrische Maschine derart betrieben beziehungsweise eingestellt, dass der Betriebspunkt des Antriebsaggregats konstant bleibt. Die beschriebene Vorgehensweise hat zum Ergebnis, dass das Antriebsaggregat durch das Öffnen der Drosselklappe entdrosselt wird und mithin der Umgebungsdruck besser ausgenutzt werden kann. Entsprechend steigt der Wirkungsgrad des Antriebsaggregats an. Gleichzeitig stellt die elektrische Maschine elektrische Energie bereit, welche anderweitig verwendet werden kann.
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Gemäß den vorstehenden Ausführungen kann elektrische Energie, insbesondere im Volllastbetrieb und/oder im aufgeladenen Bereich, ohne Verschlechterung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs durch Betriebspunktverlagerung des Abgasturboladers, insbesondere der Abgasturbine, mittels der variablen Turbinengeometrie entnommen beziehungsweise rekuperiert werden. Es findet dabei vorzugsweise eine Verschiebung des Betriebspunkts des Abgasturboladers auf einer Laufzahlhyperbel in Richtung des Optimums, also des Wirkungsgradmaximums, statt. Die Laufzahl des Abgasturboladers wird insoweit verändert, um die Effizient der Antriebseinrichtung zu verbessern.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die variable Turbinengeometrie umso weiter geschlossen wird, je weiter die Drosselklappe geöffnet wird. Auch dies ist vorzugsweise bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats vorgesehen. Das Schließen der variablen Turbinengeometrie hat zur Folge, dass der Abgasgegendruck und gleichzeitig das Enthalpiegefälle über der Turbine ansteigt. Je weiter die variable Turbinengeometrie geschlossen wird, umso mehr Leistung stellt die Turbine bereit und umso stärker muss die Turbine mithilfe der elektrischen Maschine gebremst werden.
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Es kann vorgesehen sein, zunächst die variable Turbinengeometrie teilweise zu schließen beziehungsweise weiter zu schließen. Hierdurch erhöht sich der Abgasgegendruck. Dies bewirkt eine Zunahme des Restgasanteils; bei gleichbleibendem Volumen ist also bereits ein größerer Teil mit Restgas befüllt. Um dem Antriebsaggregat die gleiche Frischluftmasse zuzuführen, ist es insoweit notwendig, die Frischluft bei einem höheren Druck bereitzustellen. Hierzu wird die Drosselklappe weiter geöffnet. Beispielsweise ist es also vorgesehen, einen gewünschten Öffnungsgrad der Drosselklappe vorzugeben und anschließend die variable Turbinengeometrie zu schließen beziehungsweise weiter zu schließen.
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Das Antriebsaggregat wird nun bevorzugt derart betrieben, dass der Betriebspunkt konstant bleibt; entsprechend wird die Drosselklappe umso weiter geöffnet, je weiter die variable Turbinengeometrie geschlossen wird. Das Schließen der variablen Turbinengeometrie und das entsprechende Öffnen der Drosselklappe erfolgt, bis die Drosselklappe bei dem gewünschten Öffnungsgrad vorliegt. Beispielsweise ist der gewünschte Öffnungsgrad derart gewählt, dass der Wirkungsgrad des Abgasturboladers optimal ist, also vorzugsweise seinem Maximum entspricht. Um die beschriebene Vorgehensweise umzusetzen, muss die Turbine des Abgasturboladers mittels der elektrischen Maschine gebremst werden, insbesondere umso stärker, je weiter die Drosselklappe geöffnet und/oder die variable Turbinengeometrie geschlossen wird.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Turbine umso stärker mittels der elektrischen Maschine gebremst wird, je weiter die variable Turbinengeometrie geschlossen wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Durch das Schließen der variablen Turbinengeometrie, insbesondere bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats, steigt das Enthalpiegefälle über die Turbine an, sodass sich die Leistung der Turbine erhöht. Daher soll die Turbine beziehungsweise der Verdichter stärker gebremst werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Bremsleistung der elektrischen Maschine, eine Stellung der variablen Turbinengeometrie sowie ein Öffnungsgrad der Drosselklappe in Abhängigkeit von dem momentanen Betriebspunkt des Antriebsaggregats gewählt werden. Die genannten Größen sind voneinander abhängig, sodass jede der Größen entsprechend als Funktion der jeweils anderen Größen sowie des Betriebspunkts des Antriebsaggregats vorliegt. Beispielsweise ist es vorgesehen, zunächst anhand des Betriebspunkts des Antriebsaggregats die Stellung der variablen Turbinengeometrie sowie den Öffnungsgrad der Drosselklappe zu bestimmen, falls die elektrische Maschine nicht zum Bremsen verwendet wird, die Bremsleistung also gleich null ist. Ausgehend hiervon wird nachfolgend der Öffnungsgrad der Drosselklappe. bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats vergrößert, die Drosselklappe also weiter geöffnet.
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Um den Betriebspunkt konstant zu halten, wird gleichzeitig die Stellung der variablen Turbinengeometrie verändert, insbesondere die variable Turbinengeometrie weiter geschlossen. Daraus ergibt sich der vorstehend beschriebene Anstieg der Turbinenleistung, welche durch eine entsprechende Wahl der Bremsleistung der elektrischen Maschine aus dem Abgasturbolader entnommen wird, sodass es zu keiner Veränderung des Betriebspunkts des Antriebsaggregats kommt. Wie bereits erläutert, wird vorzugsweise die Drosselklappe vollständig geöffnet oder zumindest soweit, wie es durch das Bremsen mittels der elektrischen Maschine ausgeglichen werden kann. Es ist also das Ziel, die elektrische Maschine derart einzustellen, dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe maximiert werden kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bremsleistung, die Stellung sowie der Öffnungsgrad mittels eines Kennfelds und/oder einer Regelung ermittelt werden. Wie bereits vorstehend erläutert, können die drei genannten Größen in Abhängigkeit von dem momentanen Betriebspunkt des Antriebsaggregats ermittelt werden. Weil sie zudem miteinander in Wechselwirkung stehen, ist es vorteilhaft, sie in dem Kennfeld beziehungsweise in mehreren Kennfeldern zu hinterlegen und in Abhängigkeit von dem momentanen Betriebspunkt des Antriebsaggregats aus diesem auszulesen und einzustellen. Zusätzlich oder alternativ können die genannten Größen jedoch im Rahmen der Regelung ermittelt werden.
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Beispielsweise kann es hierbei vorgesehen sein, dass die Regelung den Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung, insbesondere des Antriebsaggregats, als Eingangsgröße aufweist. Mithilfe der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise soll der Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats verbessert werden. Entsprechend kann es vorgesehen sein, den momentan vorliegenden Wirkungsgrad zu ermitteln und als Eingangsgröße für die Regelung zu verwenden. Mithilfe der Regelung soll die Bremsleistung, die Stellung der variablen Turbinengeometrie sowie der Öffnungsgrad geregelt verändert werden, sodass sich eine Erhöhung des Wirkungsgrads ergibt, vorzugsweise ausgehend von einem Betrieb der Antriebseinrichtung mit einer Bremsleistung von null.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei vollständig geöffneter Drosselklappe die Bremsleistung und die Stellung derart gewählt werden, dass das Antriebsaggregat bei größtmöglichem Wirkungsgrad betrieben wird. Ziel des Verfahrens ist es, den Umgebungsdruck bestmöglich auszunutzen. Entsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drosselklappe möglichst weit, insbesondere vollständig geöffnet wird. Daher muss die Stellung der variablen Turbinengeometrie und dementsprechend die Bremsleistung derart eingestellt werden, dass der gewünschte Betriebspunkt des Antriebsaggregats vorliegt. Gleichzeitig sollen die Bremsleistung und die Stellung der variablen Turbinengeometrie derart gewählt werden, dass der bestmögliche Wirkungsgrad vorliegt.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebsaggregat mit einem bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben wird, das bei dem Öffnen der Drosselklappe durch Schließen der variablen Turbinengeometrie konstant gehalten wird. Zum Betreiben der Antriebseinrichtung wird dem Antriebsaggregat das Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entspricht vorzugsweise einem stöchiometrischen Verhältnis zwischen dem Kraftstoff und der Luft. Durch das Öffnen der Drosselklappe bei ansonsten gleichbleibendem Betriebspunkt, also auch bei gleichbleibendem Kraftstoffmassenstrom in das Antriebsaggregat, kann es durch die Vergrößerung des Abgasgegendrucks zu einer Veränderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses kommen.
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Dem soll durch das Schließen der variablen Turbinengeometrie entgegengewirkt werden. Vorzugsweise wird die Stellung der variablen Turbinengeometrie derart gewählt, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei dem Öffnen der Drosselklappe und gleichzeitigem Konstanthalten des Kraftstoffmassenstroms gleich bleibt. Auf diese Art und Weise ist eine effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases der Antriebseinrichtung möglich, insbesondere stromabwärts des Abgasturboladers. Auch dient diese Vorgehensweise dazu, den Betriebspunkt des Antriebsaggregats konstant zu halten.
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Schließlich kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass mittels der elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Energie zum Antreiben einer weiteren elektrischen Maschine verwendet wird, die mit dem Antriebsaggregat mechanisch wirkverbunden ist. Die weitere elektrische Maschine ist beispielsweise unmittelbar oder mittelbar über ein Getriebe an das Antriebsaggregat angeschlossen. Die Wirkverbindung zwischen der weiteren elektrischen Maschine und dem Antriebsaggregat kann permanent vorliegen oder mittels einer Kupplung wahlweise herstellbar beziehungsweise unterbrechbar sein. Beispielsweise ist die weitere elektrische Maschine mit einer Kurbelwelle des Antriebsaggregats gekoppelt, falls das Antriebsaggregat in Form der Brennkraftmaschine vorliegt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Antriebseinrichtung ein Antriebsaggregat sowie einen Abgasturbolader für das Antriebsaggregat aufweist, wobei Abgas des Antriebsaggregats einer Turbine des Abgasturboladers zugeführt wird und mittels eines mit der Turbine gekoppelten Verdichters verdichtete Luft für das Antriebsaggregat bereitgestellt wird, und wobei eine elektrische Maschine mit der Turbine und dem Verdichter mechanisch wirkverbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, der Turbine permanent das gesamte Abgas des Antriebsaggregats über eine variable Turbinengeometrie zuzuführen, wobei in wenigstens einer Betriebsart der Antriebseinrichtung in jedem Betriebspunkt des Antriebsaggregats die elektrische Maschine zum Bremsen der Turbine als Generator betrieben wird, und wobei die Turbine mittels der elektrischen Maschine umso stärker gebremst wird, je weiter bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats eine strömungstechnisch zwischen dem Verdichter und dem Antriebsaggregat angeordnete Drosselklappe geöffnet wird.
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Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Verfahren als auch die Antriebseinrichtung können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung 1 weist ein Antriebsaggregat 2 auf, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Brennkraftmaschine. Weiterhin verfügt die Antriebseinrichtung 1 über einen Abgasturbolader 3 sowie optional über einen Ladeluftkühler 4. Der Abgasturbolader 3 weist einen Verdichter 5 und eine Turbine 6 auf. Diese sind über eine Welle 7 miteinander gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. An der Welle 7 greift ebenfalls eine elektrische Maschine 8 an, welche insoweit zum Antreiben beziehungsweise Unterstützen des Abgasturboladers 3 herangezogen werden kann.
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Die Turbine 6 verfügt über eine variable Turbinengeometrie 9, welche ganz allgemein als Querschnittsverstellelement stromaufwärts der Turbine 6 angesehen werden kann. Besonders bevorzugt stellt die variable Turbinengeometrie 9 jedoch ein Leitrad der Turbine 6 dar, und weist insoweit mehrere verstellbare Leitschaufeln auf. Die Turbine 6 dient dem Antreiben des Verdichters 5 über die Welle 7. Zu diesem Zweck wird der Turbine 6 Abgas, welches von dem Antriebsaggregat 2 erzeugt wird, zugeführt.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der Turbine 6 das gesamte von dem Antriebsaggregat 2 erzeugte Abgas zugeführt wird, dass der Abgasturbolader 3 also wastegatefrei ausgestaltet ist. Vielmehr sind alle Zylinder 10 des Antriebsaggregats 2 strömungstechnisch an die Turbine 6 angeschlossen, insbesondere jeweils über wenigstens ein Auslassventil 11 und/oder einen Abgaskrümmer 12. Das von dem Antriebsaggregat 2 erzeugte Abgas durchströmt die Turbine 6, wobei ihm kinetische Strömungsenergie und/oder Enthalpie entnommen wird. Anschließend wird das Abgas in Richtung des Pfeils 13 in Richtung einer Außenumgebung 14 abgeführt.
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Die dem Abgas mithilfe der Turbine 6 entnommene Energie wird zum Antreiben des Verdichters 5 herangezogen. Dieser dient dem Verdichten von Luft, beispielsweise Frischluft, welche aus der Außenumgebung 14 entnommen wurde. Die Luft strömt insoweit in Richtung des Pfeils 15 in die Antriebseinrichtung 1 ein und gelangt durch den Verdichter 5 sowie optional den Ladeluftkühler 4 in Richtung des Antriebsaggregats 2. Strömungstechnisch zwischen dem Verdichter 5 und dem Antriebsaggregat 2, insbesondere stromabwärts des Ladeluftkühlers 4, ist eine Drosselklappe 16 des Antriebsaggregats 2 vorgesehen. Mithilfe der Drosselklappe 16 kann der dem Antriebsaggregat 2 zugeführte Luftmassenstrom eingestellt werden. Insbesondere wenn die Antriebseinrichtung 1 bei Teillast betrieben wird, ist die Drosselklappe 16 üblicherweise teilweise geschlossen. Entsprechend fallen Drosselverluste an, welche vermieden werden sollen. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats 2 die Drosselklappe 16 weiter zu öffnen, um den Umgebungsdruck der in der Außenumgebung 14 vorliegenden Luft besser auszunutzen. Hierdurch erhöht sich jedoch der Luftmassenstrom in Richtung des Antriebsaggregats 2, sodass gleichzeitig auch der Abgasgegendruck ansteigt, welcher strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat 2 und der Turbine 6 anfällt.
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Durch die Erhöhung des Abgasgegendrucks steigt die Leistung der Turbine 6 an, sodass zum Betreiben des Verdichters 5 eine höhere Leistung zur Verfügung steht. Entsprechend würde sich der Luftmassenstrom weiter vergrößern und der Abgasgegendruck weiter ansteigen. Weil jedoch gleichzeitig der Betriebspunkt konstant gehalten wird, also beispielsweise der Kraftstoffmassenstrom in das Antriebsaggregat 2 konstant bleibt, könnte es zu einer Veränderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, insbesondere einer Abweichung von einem stöchiometrischen Verhältnis, kommen. Um dies zu vermeiden, wird die variable Turbinengeometrie 9 weiter geschlossen, ebenfalls bei gleichbleibendem Betriebspunkt des Antriebsaggregats 2. Dies bewirkt jedoch eine weitere Leistungssteigerung der Turbine 6.
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Um zu verhindern, dass der Verdichter 5 mit dieser höheren Leistung beaufschlagt wird und entsprechend den Luftmassenstrom weiter vergrößert, wird die überschüssige Leistung mithilfe der elektrischen Maschine 8 entnommen. Zu diesem Zweck wird die elektrische Maschine 8 als Generator betrieben, sodass die Turbine 6 und mithin der Verdichter 5 mithilfe der elektrischen Maschine 8 gebremst werden. Die hierbei anfallende elektrische Energie kann beispielsweise einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt werden und/oder zum Antreiben einer weiteren elektrischen Maschine 17 herangezogen werden.
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Die weitere elektrische Maschine 17 ist beispielsweise mit dem Antriebsaggregat 2 mechanisch wirkverbunden, sodass mithilfe der Antriebseinrichtung 1 ein größeres Drehmoment bereitgestellt werden kann. Dieses kann jedoch wiederum den Betriebspunkt des Antriebsaggregats 2 beeinflussen, sodass unter Umständen eine weitere Anpassung der Stellung der variablen Turbinengeometrie 9 und/oder ein stärkeres Bremsen der Turbine 6 mithilfe der elektrischen Maschine 8 notwendig sind.
