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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 22 481 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem elektrisch betriebenen Verdichter bekannt, der während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine aktiviert wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 214 487 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder bekannt, wobei der Brennkraftmaschine ein Zusatzverdichter, insbesondere ein elektrischer Zusatzverdichter, zugeordnet ist, wobei der Zusatzverdichter in einer Ansaugstrecke der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei für einen Direktstart der Brennkraftmaschine eine Zusatzverdichtung mittels des elektrischen Zusatzverdichters während des Direktstartvorgangs vorgenommen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Ansprechverhalten einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter dadurch gelöst, dass der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter bereits vor einer Drehmomentforderung an die Brennkraftmaschine vorbereitend angetrieben wird. Der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter benötigt eine gewisse Zeit zum Drehzahlaufbau, bis der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter eine gewünschte Drehzahl erreicht hat. Der elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter ist vorzugsweise in einem Volumen, zum Beispiel in einem Saugrohr, vor der Brennkraftmaschine angeordnet. Beim Drehzahlaufbau wird mit dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter in dem Volumen zwischen der Brennkraftmaschine und dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter Druck aufgebaut. Dieser Druckaufbau erfolgt vorzugsweise in vorbereitenden Phasen eines Fahrzeug-Belastungsvorgangs, wie etwa bei einer Kupplungsbetätigung, einem Anfahrvorgang oder einer Gangwahl. Durch das vorbereitende Antreiben des Zusatzverdichters wird besonders vorteilhaft sichergestellt, dass bei einer Betätigung eines Gaspedals schon ein aktivierter Zusatzverdichter mit einer gewünschten Drehzahl zur Verfügung steht. Dadurch kann gegebenenfalls, in Abhängigkeit von der erreichten Drehzahl des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters, bereits der volle Ladedruck für die Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden. Dadurch werden unerwünschte Verzögerungen beim Drehmomentaufbau der Brennkraftmaschine vermieden. Der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter kann vorteilhaft unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine jederzeit aktiviert werden. Die Energieversorgung des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters stammt zum Beispiel aus einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs und kann zu hundert Prozent einer elektrischen Batterie des Kraftfahrzeugs entnommen werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem Bypass zu dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter angeordnetes Bypassventil beim vorbereitenden Antreiben des Zusatzverdichters ganz oder teilweise so weit offen gehalten wird, dass ein Luftmassenstrom durch den vorbereitend angetriebenen Zusatzverdichter im Kreis geführt wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein schnelles Anlaufen des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters ermöglicht. Diese Anlaufzeit beträgt zum Beispiel einige hundert Millisekunden und wird benötigt, um mit dem Zusatzverdichter eine gewünschte Drehzahl und einen gewünschten Druck aufzubauen. Je größer ein Verhältnis zwischen einem Trägheitsmoment und einem Elektromotor-Drehmoment des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters sowie das Volumen zwischen dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter und der Brennkraftmaschine sind, umso länger dauert die Bereitstellung der Ladeluft mit einem gewünschten Ladedruck.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselventil zwischen dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter und der Brennkraftmaschine beim vorbereitenden Antreiben des Zusatzverdichters ganz oder teilweise offen gehalten wird. Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine als Benzinmotor beziehungsweise Otto-Motor ist das Drosselventil vorzugsweise nur etwas offen. Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine als Dieselmotor ist das Drosselventil vorzugsweise stets ganz offen. Allerdings kann das Drosselventil bei der Ausführung der Brennkraftmaschine als Dieselmotor beim vorbereitenden Antreiben des Zusatzverdichters auch nur etwas offen sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter mit einer Startdrehzahl elektrisch angetrieben wird. Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Zusatzverdichter nicht komplett abgeschaltet. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Zusatzverdichter vorzugsweise ständig mindestens mit der Startdrehzahl elektrisch angetrieben. Dadurch kann die Zeit zur Erreichung eines maximalen Motormoments der Brennkraftmaschine minimiert werden. Durch die vorgehaltene Startdrehzahl kann eine zum Hochlaufen des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters benötigte Zeit minimiert werden. Je höher die Startdrehzahl ist, umso schneller kann ein gewünschter Ladedruck bei einem spontanen Motormoment-Wunsch bereitgestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter mit der Startdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wenn eine Drehmomentforderung an die Brennkraftmaschine zu erwarten ist. Dadurch kann der Energieverbrauch gesenkt werden. Wenn keine Drehmomentforderung an die Brennkraftmaschine zu erwarten ist, dann kann die Drehzahl des Zusatzverdichters gegebenenfalls auf Null reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter mit der Startdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wenn eines der folgenden Ereignisse im Betrieb eines mit der Brennkraftmaschine und dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter ausgestatteten Kraftfahrzeugs erkannt wird: Ampelumschaltung; Fahrt in einem Verkehrskreisel; Kurvenfahrt; Passfahrt; sportliche Fahrweise; Beschleunigung eines vorausfahrenden Fahrzeugs; Abbiegen eines vorausfahrenden Fahrzeugs; Überholvorgang; Spurwechsel; Auftreten, Wegfallen oder Veränderung einer Geschwindigkeitsbegrenzung; Steigungsveränderung einer Straße. Die Ereignisse können auf verschiedene Arten, gegebenenfalls mit Hilfe von zusätzlichen Informationen, erkannt werden. Dabei kann es sich um Kameraaufzeichnungen, GPS-Signale, Karteninformationen, Sensorinformationen, ESP-Signale und/oder Kommunikationsinformationen beziehungsweise Informationen aus dem Internet handeln.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe der Startdrehzahl des Zusatzverdichters an einen aktuellen und/oder einen zu erwartenden zukünftigen Betriebspunkt angepasst wird. So wird zum Beispiel bei einer sportlichen Fahrweise vorteilhaft eine größere Startdrehzahl gewählt als bei einer eher gemütlichen Fahrweise.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe der Startdrehzahl des Zusatzverdichters an einen Volllastzustand des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters bei einer aktuellen Motordrehzahl der Brennkraftmaschine angepasst wird. Dabei sind insbesondere energetische Aspekte, wie eine Überhitzung oder der Energieverbrauch, sowie ein Bauteilschutz zu beachten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anpassung der Startdrehzahl des Zusatzverdichters mindestens zwei oder jeder der folgenden Fälle unterschieden werden: Die Startdrehzahl ist so gering, dass ein aktueller Gas-Massenstrom nicht komplett durch den Zusatzverdichter gefördert wird, wobei ein Teil des aktuellen Gas-Massenstroms zum Beispiel über einen Bypass an dem Zusatzverdichter vorbeiströmt; die Startdrehzahl ist so groß, dass der aktuelle Gas-Massenstrom komplett durch den Zusatzverdichter gefördert wird, so dass über den Bypass kein Gasstrom an dem Zusatzverdichter vorbeiströmt; die Startdrehzahl ist so groß, dass ein überschüssiger Gas-Massenstrom im Kreis über den Bypass zu dem Zusatzverdichter gefördert wird, so dass durch einfaches Schließen eines Bypassventils schlagartig ein größerer Ladedruck bereitgestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein vorab beschriebenes Computerprogramm gespeichert ist.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte des vorab beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 ein System zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter und die
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Figuren jeweils einen Ausschnitt mit dem elektrischen Zusatzverdichter aus 2 bis 6 1 mit einem kartesischen Koordinatendiagramm, in welchem ein Momentenverlauf über einer Drehzahl aufgetragen ist, zur Veranschaulichung des beanspruchten Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein System mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 10 und einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter 30 vereinfacht dargestellt. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Verbrennungsmotor mit vier Zylindern 1, 2, 3, 4. Der Verbrennungsmotor ist zum Beispiel als Otto-Motor oder als Dieselmotor ausgeführt. Über eine Luftzufuhr 5 wird Brennräumen des Verbrennungsmotors über ein Drosselventil 6 und einen Ladeluftkühler 8 Luft oder Gas zugeführt. Über eine Abgasrückführleitung 11 mit einem Abgasrückführventil 12 kann der Frischluft, die der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, rückgeführtes Abgas beigemischt werden. Daher wird die Frischluft, die der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, auch als Frischgas, verkürzt als Gas, bezeichnet.
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In der Brennkraftmaschine 10 wird ein Frischgas- und zurückgeführtes Abgasgemisch beziehungsweise Luft-/Kraftstoffgemisch gezündet. Abgase des Verbrennungsprozesses werden von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßen und über eine Abgasabfuhr 14 abgeführt. Der Abgasstrom in der Abgasabfuhr 14 treibt eine Turbine 15 eines Abgasturboladers 16 an. Der Turbine 15 des Abgasturboladers 16 ist in Abgasströmungsrichtung eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 nachgeschaltet. Über eine Auspuffklappe 19 gelangt zumindest ein Teil des Abgastroms in den Auspuff 20.
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Der Abgasstrom aus der Abgasabfuhr 14 kann über einen Abgasrückführkühler 22 und ein Abgasrückführventil 23 mit Frischluft vermischt werden, die über einen Luftfilter 25 eintritt. Über eine Durchblasöffnung 26 kann gegebenenfalls Frischluft und/oder rückgeführtes Abgas abgeführt werden.
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Der Abgasturbolader 16 umfasst einen Verdichter 28, der über die Turbine 15 angetrieben wird. Der über den Verdichter 28 des Abgasturboladers 16 verdichtete Gasstrom kann durch den zusätzlichen Verdichter 30, der elektrisch angetrieben wird, weiter verdichtet werden. Der zusätzliche Verdichter 30 ist dabei in Reihe mit dem Verdichter 28 des Abgasturboladers 16 geschaltet. Die Gaszufuhr oder Luftzufuhr in den Brennraum der Brennkraftmaschine 10 wird über das Drosselventil 6 gesteuert, das auch als Drosselklappe bezeichnet wird.
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Dem zusätzlichen Verdichter 30 ist ein zusätzlicher Kühler 29, insbesondere Ladeluftkühler, vorgeschaltet. Ein Bypass 32 mit einem Bypassventil 33 ist parallel zu dem zusätzlichen Verdichter 30 geschaltet. Über den Bypass 32 kann der zusätzliche Verdichter 30 bei geöffnetem Bypassventil 33 umgangen werden.
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Beim Hochlaufen des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 30 aus einem abgeschalteten Zustand, in welchem der Zusatzverdichter eine Drehzahl von Null aufweist, vergeht einige Zeit, bis der Zusatzverdichter 30 einen an einem vorhandenen Betriebspunkt notwendigen Massenstromdurchsatz erreicht hat. Das Bypassventil 33 in dem Bypass 32 wird normalerweise erst dann geschlossen. Diese benötigte Zeit kann als Totzeit von einem Wunsch bis zum Einsetzen des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 30 angesehen werden.
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Darüber hinaus vergeht auch dann noch einige Zeit, bis ein Zielladedruck in der Luftzufuhr oder Gaszufuhr 5 durch eine weitere Drehzahlerhöhung des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 30 erreicht ist. Erst dann steht das maximale Motormoment der Brennkraftmaschine 10 zur Verfügung.
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Eine Minimierung der zum Hochlaufen des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 30 benötigten Zeit kann durch eine vorgehaltene Startdrehzahl erfolgen. Das bedeutet, dass der Zusatzverdichter 30 bei Nichtverwendung nicht komplett abgeschaltet wird, was einer Drehzahl von Null entspricht, sondern auf einer Mindestdrehzahl weiterläuft. Je höher diese Drehzahl ist, die als Startdrehzahl bezeichnet wird, umso schneller kann der Ladedruck bei einem spontanen Motormoment-Wunsch bereitgestellt werden. Dies ist jedoch mit Nachteilen bezüglich Energieeffizienz und damit letztendlich Kraftstoffverbrauch verbunden.
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Es ist deshalb vorteilhaft, die Mindestdrehzahl oder Startdrehzahl nur dann anzufahren, wenn davon ausgegangen werden kann, dass demnächst ein spontaner Beschleunigungswunsch vom Fahrer kommen wird. Auch die Höhe der Mindestdrehzahl oder Startdrehzahl kann vorteilhafterweise an den aktuellen und möglichen Betriebspunkt angepasst werden. Im Folgenden werden einige Möglichkeiten aufgelistet, wie ein spontaner Beschleunigungswunsch des Fahrers, also eine Drehmomentforderung an die Brennkraftmaschine, im Voraus erkannt werden kann.
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Eine erste Möglichkeit ist das Erkennen einer Ampel-Umschaltung von rot auf rot + gelb und/oder von rot + gelb auf grün. Die Ampel-Umschaltung kann zum Beispiel mit Hilfe einer Kamera in einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zum Erkennen der Ampel-Umschaltung ein Verkehrszeichenerkennungsassistent verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können an Ampeln vorhandene Zähler genutzt werden.
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Darüber hinaus kann eine Ampel-Umschaltung mit Hilfe einer Abschätzung einer Ampelschaltstrategie erkannt werden, die zum Beispiel auf vorliegende Informationen von anderen Kraftfahrzeugen zurückgreift. Darüber hinaus können Ampelschaltungsinformationen gegebenenfalls über eine Internetanbindung oder ein lokales drahtloses Netzwerk einer Ampelanlage genutzt werden.
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Eine zweite Möglichkeit ist das Erkennen von Fahrten in Verkehrskreiseln, nach denen eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu erwarten ist. Fahrten in Verkehrskreiseln können zum Beispiel über Lenkwinkelsensoren erfasst werden, wenn zum Beispiel eine Lenkung des Kraftfahrzeugs erst stärker nach rechts und dann gemächlich nach links eingeschlagen wird. Fahrten in Verkehrskreiseln können alternativ oder auch zusätzlich über GPS-Signale, eventuell zusätzlich mit Karteninformationen, erkannt werden.
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Eine dritte Möglichkeit besteht im Erkennen von Kurvenfahrten. Kurvenfahrten können über Lenkwinkelsensoren und/oder über GPS-Signale, gegebenenfalls mit Karteninformationen, erkannt werden.
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Eine vierte Möglichkeit besteht im Erkennen von Passfahrten/Serpentinen-Scheitelpunkten. Zu diesem Zweck können Lenkwinkelsensorinformationen und/oder GPS-Signale, gegebenenfalls mit Karteninformationen, verwendet werden. So ist zum Beispiel bei Passfahrten, insbesondere bei Serpentinenfahrten, insbesondere bei einhundertachtzig Grad Kurven, ein stark erhöhter Lenkeinschlag zu erwarten.
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Eine fünfte Möglichkeit besteht im Erkennen einer sportlichen Fahrweise. Hier können zum Beispiel bereits vorhandene Informationen von Getriebesteuergeräten verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Gaspedal-Gradienten und/oder entsprechende Höhenwerte ausgewertet werden. Des Weiteren kann auf eine sportliche Fahrweise geschlossen werden, wenn ein Fahrer einen Sport-Modus aktiviert hat. Darüber hinaus kann ein starkes Abbremsen in Kurven auf eine anschließende starke Beschleunigung schließen lassen.
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Eine sechste Möglichkeit besteht im Erkennen einer Beschleunigung eines vorausfahrenden Fahrzeugs. Diese Beschleunigung kann zum Beispiel über Abstandssensoren, gegebenenfalls mit Hilfe von Radar- und/oder Kameraeinrichtungen, erfasst werden. Des Weiteren kann zu diesem Zweck eine Car-Car-Communication benutzt werden.
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Eine siebte Möglichkeit besteht im Erkennen eines Abbiegevorgangs eines vorausfahrenden Fahrzeugs. Der Abbiegevorgang des vorausfahrenden Fahrzeugs kann zum Beispiel über Abstandssensoren, gegebenenfalls mit Hilfe von Radar- und/oder Kameraeinrichtungen, erfasst werden.
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Eine achte Möglichkeit besteht im Erkennen eines eigenen Überholvorgangs/Spurwechsels. Das kann zum Beispiel über das Setzen eines Blinkers erkannt werden. Alternativ oder zusätzlich können GPS-Signale, gegebenenfalls zusätzlich mit Karteninformationen, genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können Informationen von Lenkwinkelsensoren und/oder Abstandssensoren genutzt werden. Darüber hinaus kann ein vorausfahrendes langsames Fahrzeug über Radarsensoren oder eine Car-Car-Communication erkannt werden, insbesondere wenn ein Fahrer des eigenen Fahrzeugs beim Heranfahren an das vorausfahrende Fahrzeug nicht bremst.
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Eine neunte Möglichkeit besteht im Erkennen von Aufhebungen/Erhöhungen/Veränderungen von Geschwindigkeitslimits. Geschwindigkeitslimits oder Geschwindigkeitsbeschränkungen können zum Beispiel über GPS-Signale, gegebenenfalls mit Hilfe von Karteninformationen, die Schilder und/oder Ortausgänge oder Ortseingänge umfassen, über Verkehrszeichenerkennungsassistenten und/oder über Informationen aus dem Internet erfasst werden.
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Eine zehnte Möglichkeit besteht im Erkennen von Steigungsveränderungen einer Straße. Entsprechende Informationen können über ein elektronisches Stabilitätsprogramm und/oder über GPS, gegebenenfalls mit zusätzlichen Karteninformationen, gewonnen werden.
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Die Höhe der Mindestdrehzahl oder Startdrehzahl sollte an einen aktuellen Betriebszustand angepasst werden. Alternativ kann die Höhe der Startdrehzahl oder Mindestdrehzahl auch an einen Volllastzustand des elektrischen Zusatzverdichters 30 bei einer aktuellen Motordrehzahl der Brennkraftmaschine 10 angepasst werden. Hier sind energetische Aspekte, wie eine Überhitzung oder ein unnötig großer Energieverbrauch, sowie Bauteilschutz zu beachten. Dabei gibt es drei im Folgenden beschriebene Fälle zu unterscheiden.
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In einem ersten Fall ist eine eingestellte Zusatzverdichter-Drehzahl gering und fördert nicht den kompletten aktuellen Gas-Massenstrom. Ein Teil des Massenstroms läuft über das geöffnete Bypassventil 33, das auch als Bypassklappe bezeichnet wird. Die vorab beschriebene Totzeit kann mit einem relativ geringen elektrischen Energieeinsatz reduziert werden.
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In einem zweiten Fall ist die eingestellte Zusatzverdichter-Drehzahl genauso groß, dass sie den kompletten aktuellen Gas-Massenstrom fördert. Dann strömt über die Bypassklappe 33 nichts mehr. So kann die vorab beschriebene Totzeit kompensiert werden. Für die Reduzierung der Totzeit auf Null ist jedoch ein größerer elektrischer Energieeinsatz notwendig.
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In einem dritten Fall ist die eingestellte Zusatzverdichter-Drehzahl größer als der aktuell notwendige Gas-Massenstrom. Der überschüssige Gas-Massenstrom wird im Kreis durch den Bypass 32 über die geöffnete Bypassklappe 33 zurück vor den Zusatzverdichter 30 gefördert. Durch ein spontanes Schließen der Bypassklappe 33 kann in extrem kurzer Zeit mehr Ladedruck aufgebaut werden, was bei einer Momentenanforderung des Fahrers zu einem sofortigen höheren Motormoment der Brennkraftmaschine 10 führt. Die vorab beschriebene Totzeit ist dadurch Null. Zusätzlich steht schlagartig durch ein einfaches Schließen des Bypassventils 33 mehr Ladedruck zur Verfügung. Dadurch kann ein deutlich erhöhtes spontanes Motormoment der Brennkraftmaschine 10 erreicht werden. Allerdings ist im dritten Fall auch ein größerer elektrischer Energieeinsatz nötig. Zudem wird die thermische Belastung des Zusatzverdichters 30 durch das Im-Kreis-Fördern oder Im-Kreis-Pumpen erhöht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird der für die Anlaufzeit des Zusatzverdichters 30 benötigte Zeitraum durch eine geeignete Steuerung in bereits gegebene vorbereitende Phasen der Verbrenner-Drehmomentanforderung vorverlegt. Dadurch können unerwünschte Verzögerungen beim Drehmomentaufbau der Brennkraftmaschine 10 vermieden werden.
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Der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter 30 kann völlig unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine 10 jederzeit aktiviert werden. Die Energieversorgung kann über eine fahrzeuginterne elektrische Batterie bereitgestellt werden. Durch geeignete Steuerung kann die Anlaufzeit des Zusatzverdichters 30 in vorbereitende Phasen eines Belastungsvorgangs des Fahrzeugs gelegt werden, wie etwa eine Kupplungsbetätigung beim Anfahren oder einer Gangwahl.
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Bei einer Betätigung eines Gaspedals steht der Brennkraftmaschine 10 damit schon ein aktivierter zusätzlicher Verdichter 30 mit voller Drehzahl und gegebenenfalls auch bereits der volle Ladedruck zur Verfügung. Dieser Vorgang ist prinzipiell auch mit Doppelkupplungsgetrieben, Direktschaltgetrieben oder anderen Automatikgetrieben anwendbar.
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In den 2A bis 6A ist jeweils ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 41 und einer y-Achse 42 dargestellt. Auf der x-Achse 41 ist eine Drehzahl n in Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine 10 aufgetragen. Auf der y-Achse 42 ist ein Moment M der Brennkraftmaschine 10 in Newton-Meter aufgetragen.
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Die kartesischen Koordinatendiagramme der 2A bis 6A zeigen einen Momentenverlauf der Brennkraftmaschine 10. Durch ein Kreuz 44 ist jeweils der aktuelle Betriebszustand angedeutet.
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In den 2B bis 6B ist jeweils ein Ausschnitt des in 1 dargestellten Systems mit dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter 30, dem Bypass 32 mit dem Bypassventil 33 sowie mit dem Verdichter 28 des Abgasturboladers und dem Drosselventil beziehungsweise der Drosselklappe 6 in der Luftzufuhr beziehungsweise Gaszufuhr 5 dargestellt.
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Die 2C bis 6C zeigen einen Ampelzustand einer Ampel 50. Das Fahrzeug steht vor der Ampel 50. Drei Kreise deuten in der Ampel 50 Ampelsignale grün, gelb und rot an, wobei durch Kreuze in den Kreisen der Einschaltzustand der Lichtsignale dargestellt ist.
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In den 2A und 2B ist ein Zustand dargestellt, in welchem sich die Brennkraftmaschine 10 im Leerlauf befindet, zum Beispiel steht das Auto vor der roten Ampel 50. Der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter 30 ist zum Beispiel als Scroll-Verdichter ausgeführt. Im Scroll-Stillstand, also bei einer Drehzahl von Null, gibt es keinen Gas- oder Luftdurchsatz durch den Zusatzverdichter 30. In 2B ist die Bypassklappe 32 geöffnet. Die Drosselklappe 6 ist etwas offen. Nach dem Verdichter 28 und in der Luftzufuhr 5 vor der Brennkraftmaschine 10 herrscht etwa Atmosphärendruck.
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In den 3A und 3B ist eine vorbereitende Phase der Verbrenner-Drehmomentanforderung dargestellt. Dabei steht das Auto zum Beispiel vor der Ampel 50, die jetzt rot und gelb zeigt, während der Fahrer den Gang einlegt. In der vorbereitenden Phase wird der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter 30 auf eine gewünschte Drehzahl gebracht. Die Drehzahl des Verdichters 28 ist klein. Die Drehzahl des zusätzlichen Verdichters 30 ist hoch. Der Druck nach dem Verdichter 28 und vor der Brennkraftmaschine 10 entspricht immer noch etwa Atmosphärendruck. Die Drosselklappe 6 ist immer noch etwas offen. Über das ebenfalls noch offene Bypassventil 33 wird durch den mit hoher Drehzahl angetriebenen elektrischen Zusatzverdichter 30 Gas beziehungsweise Luft im Kreis gefördert, wie durch Pfeile angedeutet ist.
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Die 4A und 4B zeigen den Zustand einer Lastaufschaltung, die durch einen Pfeil 45 in 4A angedeutet ist. Dabei fährt das Auto zum Beispiel an, da die Ampel 50 grün zeigt. Die Drehzahl des Verdichters 28 nimmt zu. Die Drehzahl des Zusatzverdichters 30 ist immer noch hoch. Die Drosselklappe 6 ist geöffnet. Das Bypassventil 33 ist geschlossen. So gelangt viel Luft in die Luftzufuhr 5 vor der Brennkraftmaschine 10. Dadurch steigt der Druck in der Luftzufuhr 5 oder Gaszufuhr vor der Brennkraftmaschine 10 über den Umgebungsdruck oder Atmosphärendruck an.
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In den 5A und 5B ist ein Zustand unter Last und gegenüber 4A, 4B höherer Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Unter Last wird der Verdichter 28 des Abgasturboladers mit hoher Drehzahl angetrieben. Der Zusatzverdichter 30 kann abgeschaltet werden. Bei geöffnetem Bypassventil 33 wird, wie durch Pfeile angedeutet ist, der komplette Gasstrom über den Bypass 32 zu der geöffneten Drosselklappe 6 gefördert. So gelangt viel Luft mit einem Druck, der größer als Atmosphärendruck ist, zu der Brennkraftmaschine 10.
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In den 6A und 6B ist ein alternatives Verfahren zu den 3A und 3B in einer vorbereitenden Phase veranschaulicht. Im Unterschied zu 3B ist das Bypassventil 33 in 6B nur etwas offen. Durch den mit einer maximalen Drehzahl betriebenen elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter 30 wird schon in der vorbereitenden Phase ein Gasstrom im Kreis gefördert, wie durch Pfeile angedeutet ist. Dadurch kann schon in der Vorbereitungsphase Druck in der Luftzufuhr 5 vor der Brennkraftmaschine 10 aufgebaut werden. Dabei gelangt durch die nur etwas offene Drosselklappe 6 weiterhin nur ein relativ kleiner Luftmassenstrom in die Brennkraftmaschine 10. Das hat den Vorteil, dass beim Einsetzen der Brennkraftmaschine 10 bereits Ladedruck anliegt. Allerdings ergeben sich unerwünschte Drosselverluste am etwas geöffneten Bypassventil 33.
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Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine 10 als Dieselmotor wird das Drosselventil 6 in den 2 bis 5 vorteilhaft stets ganz offen gehalten. Gegebenenfalls kann das Drosselventil 6 bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine 10 als Dieselmotor in 3B auch nur etwas offen gehalten werden.
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2 kann auch einen ausgekuppelten Zustand mit einer verringerten Motorleistung darstellen. 3 kann auch einen Zustand darstellen, in welchem ein neuer höherer Gang eingelegt ist und ein Einkuppeln bevorsteht. 4 kann auch einen Zustand nach einem Einkuppeln darstellen, wobei die Brennkraftmaschine 10 bei einer niedrigen Drehzahl belastet wird. 5 kann auch einen Zustand nach einer Beschleunigung darstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10322481 A1 [0002]
- DE 102014214487 A1 [0002]
