DE102017128435A1

DE102017128435A1 - Hybrid-Turbolader-System und -Verfahren

Info

Publication number: DE102017128435A1
Application number: DE102017128435.4A
Authority: DE
Inventors: Justin Fink
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US20190112971A1

Abstract

Ein Turboladersystem und ein Hybrid-Turboladers (50) sowie ein Verfahren des Betreibens desselben sind für ein Fahrzeug bereitgestellt, das einen Verbrennungsmotor (22) mit einem Lufteinlass (26) und einem Auslass (24) aufweist. Der Hybrid-Turboladers (50) weist auf: eine Turbine (52), welche eine Turbinenwelle (58) aufweist, wobei die Turbine (52) dazu eingerichtet ist, Gase von dem Auslass (24) zu erhalten und die Rotation der Turbinenwelle (58) anzutreiben, einen Verdichter (54), welcher eine Verdichterwelle (68) aufweist, wobei der Verdichter (54) dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft (34) zu erhalten und verdichtete Luft (36) dem Lufteinlass (26) des Verbrennungsmotors (22) zuzuführen, eine Kupplung (78), welche mit der Turbinenwelle (58) und der Verdichterwelle (68) verbunden ist, wobei die Kupplung dazu eingerichtet ist, die Verdichterwelle (68) mit der Turbinenwelle (58) für ein gemeinsames Rotieren selektiv miteinander in Eingriff zu bringen, und eine Motor-Generator-Einheit (80), welche mit der Verdichterwelle (68) betreibbar verbunden ist. Das System und der Hybrid-Turbolader (50) können ferner eine Leistungssteuerungseinrichtung (90), welche mit der Motor-Generator-Einheit (80) wirkverbunden ist, und ein elektrisches Speichersystem (28), welches mit der Leistungssteuerungseinrichtung (90) wirkverbunden ist, aufweisen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Turbolader, welcher in der Lage ist, als ein (Abgas-)Turbolader, ein elektrischer (Auf-)Lader (z.B. elektrischer Kompressor; Englisch: „electric supercharger“) und ein (Abgas-)Turbo-Generator zu fungieren, um eine Verbrennungsmotorleistung zu verbessern.
Hintergrund
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen, welche sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, bereit und stellen nicht unbedingt Stand der Technik dar.
Im Allgemeinen hängt in Fahrzeugen eine durch einen Verbrennungsmotor erzeugte Leistung von der Luftmenge und der Kraftstoffmenge, welche in einen Verbrennungsraum eingebracht werden, ab. Um die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen, können größere Mengen an Luft und Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingebracht werden. Hierzu können die Größe des Verbrennungsraums oder die Gesamtzahl von Zylindern gesteigert werden. Jedoch erhöhen die gesteigerte Größe des Verbrennungsraums oder die gesteigerte Zylindergesamtzahl das Gewicht und die Größe des Verbrennungsmotors. Verschiedene Vorrichtungen wurden entwickelt, um eine gesteigerte Luftzufuhr bereitzustellen, um eine Verbrennungsmotorleistung zu verstärken, oder um die Gesamteffizienz durch Nutzen der Abgasenergie des Verbrennungsmotors zu erhöhen, beispielsweise (Abgas-)Turbolader, elektrische Lader und Turbo-Generatoren.
Bei einem Turbolader dreht sich, wenn Abgas ein Turbinenrad des Turboladers dreht, ein Rad eines koaxialverbundenen Luftverdichters gemeinsam mit dem Turbinenrad, um verdichtete Luft in den Verbrennungsraum einzuleiten, wodurch die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors erhöht wird. Auf ähnliche Weise wird bei einem elektrischen Lader eine integrierte elektrische Maschine verwendet, um direkt einen Verdichter anzutreiben, um verdichtete Luft in den Verbrennungsraum einzuleiten. Im Gegensatz zu einem Turbolader oder einem (elektrischen) Lader, nutzt ein Turbo-Generator einen Abgasstrom durch eine Turbine, um einen Generator anzutreiben, um elektrische Energie zu erzeugen. Auf diese Weise können diese Vorrichtungen ungenutzte Restenergie (Abfallenergie; Englisch „waste energy“) aus dem zu entsorgendem / auszulassendem Abgas erbeuten, um beispielsweise Elektrizität zu erzeugen oder die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors zu steigern, wodurch vorteilhafte Effekte, wie zum Beispiel verbesserte Kraftstoffeffizienz, die verkleinerte Größe des Verbrennungsmotors, die Verringerung von gefährlichen Emissionen und die gesteigerte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors, erzielt werden.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Hybrid-Turbolader-Vorrichtung und - System vor, bei welcher/welchem der Verdichter unabhängig von der Turbine mittels einer integrierten Motor-Generator-Einheit betrieben werden kann, während eine traditionelle Turbolader-Funktionalität durch Antreiben des Verdichters mit Leistung, welche mittels der Turbine über einen integrierten Kupplungsmechanismus übertragen wird, erlaubt ist und außerdem ein Hybrid-Betrieb und eine Energieerzeugungsfähigkeit in einem Bestreben, die Verbrennungsmotorausgangsleistung und -gesamteffizienz zu erhöhen, bereitgestellt wird.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Turboladersystem mit einem Hybrid-Turbolader für ein Fahrzeug (z.B. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug), welches einen Verbrennungsmotor mit einem Lufteinlass und einem Auslass (z.B. Abgasauslass) aufweist, bereitgestellt und weist auf: eine Turbine, welche eine Turbinenwelle aufweist, wobei die Turbine dazu eingerichtet ist, Gase (z.B. Abgas) von dem Auslass zu erhalten und die Rotation der Turbinenwelle anzutreiben, einen Verdichter, welcher eine Verdichterwelle aufweist, wobei der Verdichter dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft (z.B. Außenluft) zu erhalten und verdichtete Luft dem Lufteinlass des Verbrennungsmotors zuzuführen, eine Kupplung, welche mit der Turbinenwelle und der Verdichterwelle verbunden ist, wobei die Kupplung dazu eingerichtet ist, die Verdichterwelle mit der Turbinenwelle für ein gemeinsames Rotieren selektiv miteinander in Eingriff zu bringen, und eine Motor-Generator-Einheit, welche mit der Verdichterwelle betreibbar verbunden ist (z.B. mit der Verdichterwelle verbunden ist, so dass die Motor-Generator-Einheit wahlweise die Verdichterwelle antreiben kann oder durch die Verdichterwelle angetrieben werden kann).
Gemäß weiter detaillierten Aspekten ist die Motor-Generator-Einheit in einem Motor-Modus und in einem Generator-Modus betreibbar. Die Motor-Generator-Einheit ist z.B. dazu eingerichtet, in dem Motor-Modus elektrische Energie zu erhalten und die Rotation der Verdichterwelle anzutreiben, und die Motor-Generator-Einheit ist z.B. dazu eingerichtet, in dem Generator-Modus durch die Verdichterwelle angetrieben zu werden und elektrische Energie zu liefern. Die Turbinenwelle und die Verdichterwelle sind vorzugsweise koaxial angeordnet, und die Verdichterwelle kann einen Hohlwellenabschnitt aufweisen, wobei der Hohlwellenabschnitt ein Ende der Turbinenwelle aufnimmt. Die Motor-Generator-Einheit weist z.B. einen Rotor und einen Stator auf, und der Rotor ist an der Verdichterwelle zur Rotation mit derselben befestigt (z.B. drehfest angebracht).
Gemäß weiteren Aspekten ist der Hybrid-Turbolader z.B. in einem Konventioneller-Turbo-Modus und einem E-Auflader-Modus (bzw. E-Booster-Modus; Englisch: „e-booster mode“) betreibbar. Der Konventioneller-Turbo-Modus weist die Kupplung, welche im Eingriff ist zum Drehverbinden bzw. drehbaren Verbinden (nachstehend ferner nur noch mit „Drehverbinden“ bezeichnet) der Turbinenwelle mit der Verdichterwelle (z.B. im Eingriff ist, um die Turbinenwelle und die Verdichterwelle zum gemeinsamen Rotieren zu verbinden), und die Motor-Generator-Einheit, welche keine Energie liefert oder erzeugt (und/oder z.B. zudem nicht mit Energie versorgt wird), auf. Der E-Auflader-Modus weist die Kupplung, welche außer Eingriff ist, um die Turbinenwelle von der Verdichterwelle zu lösen, und die Motor-Generator-Einheit auf, welche mit Energie versorgt wird, um die Rotation der Verdichterwelle anzutreiben, d.h. unabhängig von der Turbine. Der Hybrid-Turbolader ist z.B. ferner in einem Hybrid-Aufladung-Modus betreibbar, welcher die im Eingriff stehende Kupplung und die Motor-Generator-Einheit, welche mit Energie versorgt wird, so dass die Verdichterwelle mittels sowohl der Turbine als auch der Motor-Generator-Einheit angetrieben wird, aufweist. Der Hybrid-Turbolader ist weiter z.B. betreibbar in einem (Elektrische-Energie-)Erzeugungsmodus, welcher die im Eingriff stehende Kupplung und die Motor-Generator-Einheit, welche Energie aus der Rotation der Verdichterwelle über eine Energieübertragung mittels der Turbine, welche durch das Verbrennungsmotorabgas gedreht wird, aufnimmt, aufweist.
Das System und der Hybrid-Turbolader können außerdem eine Leistungssteuerungseinrichtung aufweisen, welche mit der Motor-Generator-Einheit wirkverbunden (z.B. betrieblich (bspw. zur Steuerung des Betriebs der Motor-Generator-Einheit) verbunden) ist. In dem Erzeugungsmodus betreibt die Leistungssteuerungseinrichtung die Motor-Generator-Einheit, so dass sie eine variable Energiemenge aus der Rotation der Verdichterwelle aufnimmt, um z.B. eine Verbrennungsmotorlastverlagerung zu steuern und einen Stationärer-Zustand-Betrieb sicherzustellen. Das System und der Hybrid-Turbolader können außerdem ein elektrisches Speichersystem (z.B. Elektroenergie-Speichersystem), welches mit der Leistungssteuerungseinrichtung wirkverbunden ist, aufweisen. Die Leistungssteuerungseinrichtung erhält z.B. eine Information über einen Zustand des elektrischen Speichersystems und eine Information über einen Zustand des Verbrennungsmotors (z.B. als Fahrzeugzustand), und die Leistungssteuerungseinrichtung steuert einen Betrieb der Motor-Generator-Einheit basierend auf dem Zustand des elektrischen Speichersystems und dem Fahrzeugzustand. Die Leistungssteuerungseinrichtung kann mit der Kupplung wirkverbunden sein zum In-Eingriff-Bringen bzw. Schließen (hierin auch nur als „In-Eingriff-Bringen“ bezeichnet) und Außer-Eingriff-Bringen bzw. Öffnen (hierin auch nur als „Außer-Eingriff-Bringen“ bezeichnet) der Kupplung, und die Leistungssteuerungseinrichtung betreibt die Kupplung und betreibt die Motor-Generator-Einheit auf Grundlage des Zustands des elektrischen Speichersystems und des Fahrzeugzustands.
Ein Verfahren des Betreibens eines Turboladersystems und eines Hybrid-Turboladers wird ebenfalls bereitgestellt und kann aufweisen die Schritte eines: Bereitstellens eines wie beispielsweise oben beschriebenen Hybrid-Turboladers, Empfangens einer Information über einen Zustand des Verbrennungsmotors (z.B. als Fahrzeugzustand) und einen Zustand des elektrischen Speichersystems mittels der Leistungssteuerungseinrichtung, und Betreibens der Motor-Generator-Einheit mittels der Leistungssteuerungseinrichtung basierend auf dem Zustand des elektrischen Speichersystems und dem Fahrzeugzustand.
Gemäß weiter detaillierteren Aspekten betreibt die Leistungssteuerungseinrichtung die Motor-Generator-Einheit z.B. in einer Mehrzahl bzw. Vielzahl (hierin auch nur noch „Mehrzahl“) von Modi, welche aufweisen:

einen Konventioneller-Turbo-Modus, welcher die Kupplung, welche im Eingriff ist zum Drehverbinden der Turbinenwelle mit der Verdichterwelle (z.B. im Eingriff ist, um die Turbinenwelle und die Verdichterwelle zum gemeinsamen Rotieren zu verbinden), und die Motor-Generator-Einheit, welche keine Energie liefert oder erzeugt (und/oder z.B. zudem nicht mit Energie versorgt wird), aufweist,
einen E-Auflader-Modus, welcher die Kupplung, welche außer Eingriff ist, um die Turbinenwelle von der Verdichterwelle zu lösen, und die Motor-Generator-Einheit, welche mit Energie versorgt wird, um die Rotation der Verdichterwelle anzutreiben, aufweist,
einen Hybrid-Aufladung-Modus, welcher die im Eingriff stehende Kupplung und die Motor-Generator-Einheit, welche mit Energie versorgt wird, so dass die Verdichterwelle mittels sowohl der Turbine als auch der Motor-Generator-Einheit angetrieben wird, aufweist, und
einen (Elektrische-Energie-)Erzeugungsmodus, welcher die im Eingriff stehende Kupplung und die Motor-Generator-Einheit, welche Energie aus der Rotation der Verdichterwelle über eine Energieübertragung mittels der Turbine, welche durch das Verbrennungsmotorabgas gedreht wird, aufnimmt, aufweist.

Die Leistungssteuerungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, standardmäßig in den Konventioneller-Turbo-Modus zu gehen (z.B. standardmäßig in den Konventioneller-Turbo-Modus zurückzukehren). Die Leistungssteuerungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Hybrid-Turbolader in dem Konventioneller-Turbo-Modus zu betreiben, wenn der Zustand (z.B. Ladezustand) des elektrischen Speichersystems hoch ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors eines/einer von einem Leerlauf, einem stationären Zustand, einem Verzögern und einer Motorbremse ist, oder falls das System einen Fehler oder eine Fehlunktion, bei denen ein ungesteuerter Betrieb erforderlich ist, erfährt. Die Leistungssteuerungseinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, den Hybrid-Turbolader in dem E-Auflader-Modus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems normal oder hoch ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors ein Beschleunigen (z.B. ein anfängliches Beschleunigen, bspw. eine Anfangsbeschleunigung) ist. Die Leistungssteuerungseinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, den Hybrid-Turbolader in dem Hybrid-Aufladung-Modus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems normal oder hoch ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors ein anhaltendes Beschleunigen ist. Die Leistungssteuerungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Hybrid-Turbolader in dem Erzeugungsmodus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems normal oder niedrig ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors eines/einer von einem stationären Zustand, einem Leerlauf, einem Verzögern und einer Motorbremse ist. Die Leistungssteuerungseinrichtung kann den Hybrid-Turbolader betreiben, um weniger als die gesamte verfügbare Energie aus der Motor-Generator-Einheit zu extrahieren, wenn der Zustand des Verbrennungsmotors der stationäre Zustand oder der Leerlauf ist. Die Leistungssteuerungseinrichtung kann außerdem den Hybrid-Turbolader betreiben, um eine Verbrennungsmotorlastverlagerung anzuwenden.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es sollte zu verstehen sein, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Figurenliste
Damit die Erfindung gründlich verstanden werden kann, werden jetzt zahlreiche Ausgestaltungen davon, welche beispielhaft gegeben sind, beschrieben, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, wobei:

1 eine Konfigurationsansicht ist, welche ein Turboladersystem und einen Hybrid-Turbolader gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 den Hybrid-Turbolader von 1 darstellt,
3 eine vergrößerte Ansicht des Hybrid-Turboladers von 2 darstellt,
4 bis 8 schematisch Betriebsmodi des Turboladersystems und des Hybrid-Turboladers von 1 darstellen, und
9 ein Diagramm ist, welches ein Verfahren des Betreibens des Turboladersystems und des Hybrid-Turboladers von 1 gemäß den Modi von 4 bis 8 erläutert.

Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung, Anwendung oder Nutzung zu beschränken. Es ist zu verstehen, dass durchgehend durch die Zeichnungen korrespondierende Bezugszeichen ähnliche oder korrespondierende Teile und Merkmale angeben.
1 eine stellt schematisch ein Turboladersystem 20 für einen Verbrennungsmotor 22 eines Motorfahrzeugs dar. Das Turboladersystem 20 weist im Allgemeinen einen Hybrid-Turbolader 50 und eine Leistungssteuerungseinrichtung (z.B. Leistungsstelleinrichtung) 90 zum Steuern des Hybrid-Turboladers 50 und zum Austauschen von Energie mit diesem auf. Der Verbrennungsmotor 22 weist einen Auslass 24 auf, durch welchen Abgas 32 an den Hybrid-Turbolader 50 geliefert wird, um Energie aus dem Abgas zu extrahieren bzw. entnehmen (hierin auch nur „extrahieren“). Der Verbrennungsmotor 22 weist außerdem einen Lufteinlass 26 auf, und der Hybrid-Turbolader 50 erhält Umgebungsluft 34, welche aufgeladen wird, um verdichtete Luft 36 an den Lufteinlass 26 des Verbrennungsmotors 20 zu liefern, wie in einem typischen Turbolader.
Die Leistungssteuerungseinrichtung 90 sendet/empfängt Daten an den/von dem Hybrid-Turbolader 50 mittels einer Kommunikationsleitung 38. Auf ähnliche Weise wird elektrische Energie bzw. elektrische Leistung zwischen der Steuereinrichtung 90 und dem Hybrid-Turbolader 50 über eine Energieleitung (z.B. Stromleitung) 40 übertragen. Die Leistungssteuerungseinrichtung 90 kann dann die elektrische Energie mittels der Energieleitung (z.B. Stromleitung) 42 mit einem elektrischen Speichersystem (z.B. Elektroenergie-Speichersystem) 28 des Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Batterie (z.B. Akkumulator), einem Kondensator, oder anderen bekannten elektrischen Energiesystemen für Fahrzeuge, und/oder mit Zusatzvorrichtungen, welche elektrische Energie erfordern, teilen. Die Leistungssteuerungseinrichtung 90 kann außerdem mit anderen Steuereinrichtungen mittels einer Kommunikationsleitung 44 kommunizieren, beispielsweise mit einer Verbrennungsmotorsteuereinheit oder mit einer anderen Fahrzeug-Steuereinheit. Alternativ kann die Leistungssteuerungseinrichtung 90 in eine Verbrennungsmotorsteuereinheit 92 oder in eine andere Fahrzeug-Steuereinheit oder ein Computersystem eingebunden (z.B. darin eingebettet und/oder damit integriert) sein.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird der Hybrid-Turbolader detaillierter gezeigt. Der Hybrid-Turbolader 50 weist im Allgemeinen eine Turbine 52 auf, welche mit einem Verdichter 54 betrieblich (z.B. den Verdichter betreibbar) verbunden ist. Die typischen Bestandteile von Turbinen und Verdichter für Turbolader sind bekannt und sind in der Turbine 52 und dem Verdichter 54 nicht gezeigt, können darin aber miteingebunden sein. Die Turbine 52 weist im Allgemeinen ein Turbinenrad 56, welches mit einer Verdichterwelle 58 drehverbunden bzw. drehbar verbunden (z.B. gemeinsam rotierend verbunden) ist, auf. Die Welle 58 ist mittels mindestens eines Lagers 60 gelagert und ist in mit dem Verdichter 54 axial ausgerichteter (z.B. axial fluchtender) Weise angeordnet. Die Turbine 52 weist einen Einlass 62, welcher das Verbrennungsmotorabgas 32 erhält, auf, und die Turbine 52 nutzt das Abgas 32, um das Rad 56 und die Welle 58 zu drehen. Die Abgase werden dann mittels eines Auslasses 64 ausgelassen, wie durch Pfeil 32a angegeben.
Der Verdichter 54 weist einen Einlass 72 auf, welcher Umgebungsluft 34 erhält, die durch den Verdichter 54 mit Energie beaufschlagt wird und mittels eines Auslasses 74 als verdichtete Luft 36, die dem Verbrennungsmotor 22 zugeführt wird, ausgestoßen wird. Der Verdichter 54 weist ein Verdichterrad 66, welches mit einer Verdichterwelle 68 drehverbunden (z.B. gemeinsam rotierend verbunden) ist, auf. Die Verdichterwelle 68 ist mittels mindestens eines Lagers 70 gelagert und wird mit der Turbinenwelle 58 wirkverbunden. In dieser besonderen Ausgestaltung wird eine Kupplung 78 verwendet, um die Turbinenwelle 58 selektiv mit der Verdichterwelle 68 zu verbinden. Jede bekannte oder hiernach entwickelte elektrisch steuerbare Kupplung zum Drehverbinden von zwei Wellen kann als die Kupplung 78 verwendet werden. Vorzugweise ist die Kupplung 78 ein mechanischer, überholender Ein-Weg-Kupplungsmechanismus (z.B. Freilaufkupplungsmechanismus), welcher aufgebaut ist, um es dem Verdichter zu erlauben, automatisch durch die Turbine 52 oder die Motor-Generator-Einheit 80 (wird weiter unten beschrieben) oder eine Kombination der beiden angetrieben zu werden. Alternativ kann die Kupplung 78 eine elektrisch steuerbare Kupplung sein, welche durch die Leistungssteuerungseinrichtung 90 betätigt wird (wird auch weiter unten beschrieben). Ein Drehzahlsensor 94 kann verbaut (z.B. zur Messung der Drehzahl der Turbinenwelle 58 eingerichtet) sein, um ferner bei der Steuerung des Hybrid-Turboladers 50 zu unterstützen.
Vorzugsweise weist die Verdichterwelle 68 einen hohlen Abschnitt 68a (d.h. eine rohrförmige Konstruktion) auf, welcher in der Größe ausgelegt ist, um die Turbinenwelle 58 entweder direkt oder durch die Kupplung 78 darin aufzunehmen. Die Turbinenwelle 58 kann sich somit teilweise oder vollständig durch die Verdichterwelle 68 erstrecken und ebenfalls durch das Lager 70 gelagert sein oder kann genau innerhalb der Kupplung 78 enden, welche sich wiederum in den hohlen Abschnitt 68a, der an dem freien Ende der Verdichterwelle 68 ausgebildet ist, hinein erstreckt, wie am besten in 3 zu sehen ist. Der rohrförmige oder hohle Abschnitt 68a der Verdichterwelle 68 und der aufgenommene Abschnitt 78a der Turbinenwelle 78 sind in 3 mit gestrichelten Linien gezeigt. Die Kupplung 78 ist bevorzugt in dem Bereich des hohlen Abschnitts 68a und an der Verbindungsstelle der Turbinenwelle 58 und der Verdichterwelle 68 angeordnet. Die Kupplung 78 ist, z.B. durch die Leistungssteuerungseinrichtung 90, elektrisch steuerbar zum In-Eingriff-Bringen oder Außer-Eingriff-Bringen der Wellen 58, 68.
Wie ebenfalls in 2 und 3 am besten zu sehen ist, weist die Verdichterseite des Hybrid-Turboladers 50 außerdem eine Motor-Generator-Einheit 80 auf, welche mit der Verdichterwelle 68 betreibbar verbunden ist (z.B. mit der Verdichterwelle verbunden ist, so dass sie wahlweise die Verdichterwelle antreiben kann oder durch die Verdichterwelle angetrieben werden kann). Irgendeine bekannte oder hiernach entwickelte Motor-Generator-Einheit kann genutzt werden, und die Einheit 80 weist im Allgemeinen einen Stator 82 und einen Rotor 84 auf. Der Rotor 84 ist an der Verdichterwelle 68 zur Rotation mit dieser (z.B. durch eine Welle-Nabe-Verbindung) angebracht, beispielsweise durch eine Mitnehmerverbindung (z.B. Passverzahnung, insbesondere Keilwellenverzahnung), durch eine Keilverbindung, durch Kleben, durch Schweißen oder andere mechanische Verbindungen. Eine Rotation des Verdichterrads 66 und der Verdichterwelle 68 versetzt folglich den Rotor 84 relativ zum Stator 82 in der Motor-Generator-Einheit 80 in Rotation. Kommunikations- und/oder Energieleitungen verbinden die Motor-Generator-Einheit 80 mit der Leistungssteuerungseinrichtung 90, welche wiederum einen Betrieb der Einheit 80 und die Übertragung von Elektrizität zwischen ihnen steuert.
Die Motor-Generator-Einheit 80 selbst ist in einem Motor-Modus und einem Generator-Modus betreibbar. Die Motor-Generator-Einheit 80 ist dazu eingerichtet, elektrische Energie mittels einer Batterie oder einer anderen Komponente des elektrischen Versorgungssystems 28 von der/an die Leistungssteuerungseinrichtung 90 (oder von einer/an eine andere Steuereinrichtung) zu erhalten und zu übertragen. In einem Motor-Modus wird elektrische Energie an die Motor-Generator-Einheit 80 geliefert, um die Rotation des Rotors 84 anzutreiben, welcher wiederum die Rotation der Verdichterwelle 58 antreibt, wodurch ein elektrischer Betrieb des Verdichters 54 unabhängig von der Turbine 50 bereitgestellt wird. In diesem Modus würde die Kupplung 78 (z.B. im Fall einer mechanischen Freilaufkupplungsmechanismus) durch die Motor-Generator-Einheit 80 außer Kraft gesetzt oder kann (z.B. im Fall einer elektronisch gesteuerten Kupplung) die Kupplung mittels einer Steuereinrichtung außer Eingriff gebracht werden. In einem Generator-Modus kann die Motor-Generator-Einheit 80 betrieben werden, so dass sie Energie von dem Verdichter 54 und dessen Welle 68 durch ein Zusammenwirken zwischen dem sich drehenden Rotor 84 und dem Stator 82 sammelt, um elektrische Energie 40 durch die Leistungssteuerungseinrichtung 90 (oder eine andere Steuereinrichtung) und das elektrische Versorgungssystem 28 zurück zu liefern.
Außerdem ist zu erkennen, dass durch den Betrieb der Kupplung 78 in Verbindung mit dem Betrieb der Motor-Generator-Einheit 80 das Turboladersystem 20 und der Hybrid-Turbolader 50 in vielen verschiedenen Modi betrieben werden können. Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Konventioneller-Turbo-Modus dargestellt. In diesem Modus ist die Kupplung 78 im Eingriff bzw. geschlossen (z.B. eingerückt), so dass die Verdichterwelle 68 zusammen mit der Turbinenwelle 58 rotiert. In diesem Modus wird der Verdichter 54 vollständig durch die Turbine 52 angetrieben und wird keine elektrische Energie an die Motor-Generator-Einheit 80 zugeführt oder durch die Motor-Generator-Einheit 80 erzeugt. Auf diese Weise treibt die konventionelle Nutzung des Verbrennungsmotorabgases 32 zum Antreiben der Turbine 52 den Verdichter 54 über die Wellen 58, 68 und Kupplung 78 an, um Umgebungsluft 34 zu verdichten und die verdichtete Luft 36 an den Lufteinlass 26 des Verbrennungsmotors 22 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 5 wird mit dem Hybrid-Turbolader 50 auch ein Elektrischer-Auflader-Modus (E-Auflader-Modus) möglich. In diesem Modus ist die Kupplung 78 außer Eingriff bzw. geöffnet (z.B. ausgerückt), so dass die Turbinenwelle 58 von der Verdichterwelle 68 gelöst bzw. getrennt ist. Das Verbrennungsmotorabgas 32 aus dem Auslass 24 des Verbrennungsmotors 22 treibt dementsprechend die Turbine 52 an und dreht die Turbinenwelle 58, wobei jedoch die Welle einen Freilauf durchführt und das Abgas einfach die Turbine 52 verlässt. Die Leistungssteuerungseinrichtung 90 liefert in dem E-Auflader-Modus elektrische Energie an die Motor-Generator-Einheit 80, welche wiederum die Rotation der Verdichterwelle 68 antreibt. Der Verdichter 54 ist folglich in der Lage, die Umgebungsluft 34, unabhängig von der Turbine, unter Druck zu setzen, um verdichtete Luft 36 an den Lufteinlass 26 des Verbrennungsmotors 22 rein durch elektronische/elektrische Mittel bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 6 wird ein Hybrid-Aufladung-Modus des Turboladersystems 20 und des Hybrid-Turboladers 50 dargestellt. In diesem Modus ist die Kupplung 78 im Eingriff, so dass die Verdichterwelle 68 und die Turbinenwelle 58 drehverbunden sind. Zur gleichen Zeit betreibt die Leistungssteuerungseinrichtung 90 die Motor-Generator-Einheit 80, um ferner die Verdichterwelle 68 mittels elektrischer Energie anzutreiben. Dementsprechend kann gesehen werden, dass sowohl mechanische Energie und Wärmeenergie aus dem Verbrennungsmotorabgas 32 sowie elektrische Energie aus dem elektrischen Speichersystem 28 zusammen verwendet werden können, um den Verdichter 54 anzutreiben und verdichtete Luft 36 an den Verbrennungsmotor 22 bereitzustellen.
Das Turboladersystem 20 und der Hybrid-Turbolader 50 können auch in einem (Elektrische-Energie-)Erzeugungsmodus, wie in 7 dargestellt, betrieben werden. In diesem Modus ist die Kupplung 78 wieder im Eingriff, so dass die Turbine 52 und der Verdichter 54 mittels der Turbinenwelle 58 und der Verdichterwelle 68 drehverbunden sind. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Modi, betreibt die Leistungssteuerungseinrichtung 90 in diesem Modus die Motor-Generator-Einheit 80 derart, dass Energie aus dem System extrahiert wird. Das heißt, dass die Rotation der Turbinenwelle 58 und der Verdichterwelle 68 auch den Rotor 84 dreht und dass der Stator 82 genutzt werden kann, um elektrische Energie über die Energieleitung 40 zu extrahieren. Eine Leistungssteuerungseinrichtung 90 (oder eine andere Steuereinrichtung) kann die Elektrizität entweder dem elektrischen Speichersystem 28 zuführen oder direkt zahlreichen Zusatzlasten (z.B. Nebenaggregaten) 94 innerhalb des Fahrzeugs zuführen. Die Leistungssteuerungseinrichtung 90 kann das Niveau der Energieextraktion steuern, um sicherzustellen, dass ausreichend verdichtete Luft 36 an den Verbrennungsmotor 22 geliefert wird, um eine gewünschte Ausgangsleistung und Leistungsantwort bereitzustellen.
Ähnlich zum Erzeugungsmodus in 7, stellt 8 einen Erzeugungsmodus dar, bei welchem die Leistungssteuerungseinrichtung 90 die Energieerzeugung der Motor-Generator-Einheit 80 und folglich die auf den Hybrid-Turbolader 50 aufgebrachte Last und die Verdichtung der Luft in Richtung zum Verbrennungsmotor 22 aktiv steuert. Auf diese Weise kann der Hybrid-Turbolader 50 mittels der Motor-Generator-Einheit 80 dazu genutzt werden, eine Verbrennungsmotorlastverlagerung anzuwenden, um beispielsweise eine optimalen Effizienz in einem Stationärer-Zustand-Betrieb (z.B. Eingeschwungener-Zustand-Betrieb, Dauerzustand-Betrieb; Englisch „steady state operation“) des Verbrennungsmotors zu erlangen (z.B. beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn (Englisch: „constant speed highway cruising“)).
Alle der vorgenannten Modi des Turboladersystems 20 und des Hybrid-Turboladers 50 können angewendet werden basierend auf diversen Fahrzeugzuständen, wie beispielsweise einem Zustand des elektrischen Speichersystems und einem Zustand des Verbrennungsmotors (oder einem Fahrzustand). Die Leistungssteuerungseinrichtung 90 (oder eine andere Steuereinrichtung) empfängt eine Information über den Zustand des elektrischen Speichersystems und den Zustand des Verbrennungsmotors (oder andere Fahrzeugzustände) über die mit anderen Steuereinheiten, wie beispielsweise der Verbrennungsmotorsteuereinheit 92, verbundenen Kommunikationsleitungen 44 oder durch Integration der Steuereinheiten oder durch eine andere Vernetzung (wie beispielsweise CAN).
Eine Zusammenfassung eines Systems und eines Verfahrens zum Betreiben des Turboladersystems und des Hybrid-Turboladers 50 ist in 9 gezeigt. Der Zustand des Verbrennungsmotors oder der Fahrzustand sind in der Spalte, welche durch Bezugszeichen 104 gekennzeichnet ist, gezeigt, während der Zustand des elektrischen Speichersystems (oder der Batterie oder der elektrischen Last) in der Zeile, welche durch Bezugszeichen 102 gekennzeichnet ist, gezeigt ist. Beispielsweise beim Verbrennungsmotorstart, wenn der Verbrennungsmotor anläuft bzw. angelassen wird, können das System 20 und der Turbolader 50 in dem Konventioneller-Turbo-Modus (z.B. in der gesamten 9 durch einen mit von rechts oben nach links unten diagonal schraffierten Beriech angegeben) betrieben werden. Wenn jedoch das elektrische Speichersystem 28 einen normalen oder hohen (Batterie-)Ladezustand (kurz SOC, abgeleitet vom Englischen „state of charge“) aufweist, kann der E-Auflader-Modus während des Verbrennungsmotoranlassens (Englisch: „engine crank“) genutzt werden, um den Verdichter 54 vollständig unter Verwendung von elektrischer Energie, die der Motor-Generator-Einheit 80 zugeführt wird, anzutreiben. Beim Verbrennungsmotorstart kann der elektrisch betriebene Verdichter effizienter und reaktionsfähiger sein, um schnell verdichtete Luft an den Verbrennungsmotor zu liefern, beispielsweise wenn keine Abgasenergie vorhanden ist oder diese sehr gering ist, wodurch Pumpverluste verringert werden, Verbrennungsraum-Druck und -Temperatur erhöht werden und beim schnellerem Verbrennen und Anlassen des Verbrennungsmotors geholfen wird.
Wie in der nächsten Reihe von 9 gezeigt, kann wenn der Verbrennungsmotor sich im Leerlauf befindet, der Hybrid-Turbolader 50 in dem Konventioneller-Turbo-Modus betrieben werden. Wenn jedoch der Ladezustand normal bis niedrig ist oder wenn eine hohe elektrische Last oder eine niedrige Batteriespannung vorliegt, kann der Hybrid-Turbolader 50 in einem Erzeugungsmodus betrieben werden, um elektrische Energie an die Leistungssteuerungseinrichtung 90 und an das elektrische Speichersystem 28 zu liefern, da beim Verbrennungsmotorleerlauf kein hoher Bedarf an der Bereitstellung von verdichteter Luft an den Verbrennungsmotor besteht und da jede überschüssige druckbeaufschlagte Luft umgeleitet und/oder aus dem System ausgestoßen werden könnte, weil beim Verbrennungsmotorleerlauf kein hoher Bedarf an der Bereitstellung von verdichteter Luft an den Verbrennungsmotor besteht.
Während einer anfänglichen Beschleunigung des Fahrzeugs, z.B. wenn Verbrennungsmotordrehmoment moderat bis hoch ist, kann der Hybrid-Turbolader 50 in dem E-Auflader-Modus betrieben werden, um den Verdichter nur elektrisch mittels der Motor-Generator-Einheit 80 anzutreiben. Auf diese Weise kann eine Turbolader-Verzögerung (z.B. auch Turboloch genannt) verringert oder beseitigt werden, und eine nahezu sofortige Druckaufladung und die verdichtete Luft, welche dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, können eine bessere Leistung und Verbrennungsmotorantwort bereitstellen. Wenn jedoch der Ladezustand (SOC) niedrig ist, es eine hohe elektrische Last gibt, die Batteriespannung niedrig ist oder es andere Systemfehlfunktionen gibt, dann kann der Hybrid-Turbolader 50 während der anfänglichen Beschleunigung in dem Konventioneller-Turbo-Modus betrieben werden.
Während einer anhaltenden Beschleunigung (z.B. einer über eine vorbestimmte Zeit hinaus fortdauernden Beschleunigung) des Verbrennungsmotors und des Fahrzeugs kann der Hybrid-Turbolader 50 in dem Hybrid-Aufladung-Modus betrieben werden, so dass sowohl die Turbine 52 als auch die Motor-Generator-Einheit 80 genutzt werden können, um den Verdichter 54 anzutreiben, wodurch eine bessere Leistung und ein besseres Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors 22 bereitgestellt werden, wenn das Fahrzeug ein Beschleunigungsmanöver durchläuft. Wenn zur gleichen Zeit der Zustand des elektrischen Speichersystems oder Batterie dergestalt ist, dass mehr Elektrizität gefordert wird (d.h. bei den Ladezuständen normal bis niedrig oder wenn eine hohe elektrische Last oder niedrige Batteriespannung vorliegt), dann können das System 20 und der Turbolader 50 in einem Erzeugungsmodus betrieben werden, so dass etwas Energie mittels der Motor-Generator-Einheit 80 extrahiert wird.
Wenn der Verbrennungsmotor und das Fahrzeug sich in einem Stationärer-Zustand-Betrieb (d.h. Fahren mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn) befinden, kann der Erzeugungsmodus ebenfalls gesetzt sein, so dass überschüssige Abgasenergie jenseits der gegenwärtigen (Auf-)Laderanforderung zur elektrischen Energieerzeugung genutzt werden kann, oder kann die Leistungssteuerungseinrichtung 90 die Motor-Generator-Einheit 80 betreiben, um eine Verbrennungsmotorlastverlagerung zur optimalen Effizienz in dem stationären Zustand anzuwenden. In diesem Zustand des Verbrennungsmotors und allen übrigen Zuständen des Verbrennungsmotors können, wenn der Ladezustand hoch ist oder das Batteriesystem oder die Motor-Generator-Einheit eine Fehlfunktion haben, das System 20 und der Turbolader 50 in dem Konventioneller-Turbo-Modus betrieben werden.
Wie schließlich in den letzten zwei Zeilen von 9 gezeigt, können, wenn das Fahrzeug (z.B. mittels eines Fahrzeugbremsensystems) verzögert oder bremst oder wenn der Verbrennungsmotor bremst bzw. eine Motorbremsfunktion durchführt (bspw. beim Bergabwärtsfahren), das System 20 und der Turbolader 50 in einem Erzeugungsmodus betrieben werden, um ungenutzte Energie aus dem Abgas zu erbeuten, um elektrische Energie zu erzeugen, z.B. während des Fahrens im Leerlauf / Ausrollens (Englisch „coasting“) oder des Bremsens oder des Bergabwärtsfahrens, wo überschüssige Energie zur Extraktion vorhanden ist.
Mittels des besonderen Turboladersystems 20 und des Hybrid-Turboladers 50 der vorliegenden Erfindung kann folglich die Fahrzeugverbrennungsmotorleistung verbessert werden anhand des flexiblen Betriebs des in dem Hybrid-Turbolader 50 vorhandenen Verdichters 54 in zahlreichen Modi basierend auf dem Fahrzustand und/oder dem Zustand des Verbrennungsmotors und/oder dem Zustand des elektrischen Versorgungssystems. Das Turboladersystem 20 und der Hybrid-Turbolader 50 können betrieben werden, um Umgebungsluft zu verdichten, indem Energie ausschließlich aus dem Abgas, Energie ausschließlich aus dem elektrischen Energiesystem oder ein beide Energiequellen verwendender Hybrid-Betrieb genutzt wird. In diesem Hybrid-Betrieb kann die Leistungssteuerungseinrichtung die elektrische Energie, welche der Motor-Generator-Einheit zugeführt wird, steuern, um eine Verbrennungsmotorlastverlagerung anzuwenden. In Situationen, in denen der Turbolader überschüssige Energie erzeugt, erlaubt es die vorliegende Erfindung gleichermaßen, diese überschüssige Energie als Elektrizität zu erbeuten, und erlaubt es die vorliegende Erfindung dem elektrischen Speichersystem, diese zusätzliche Energie abzuschöpfen, wenn der Ladezustand niedrig ist oder hohe elektrische Lasten vorhanden sind.
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu Veranschaulichungszwecken beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, diverse Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dabei vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben, abzuweichen.

Claims

Hybrid-Turbolader (50) für ein Fahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor (22) mit einem Lufteinlass (26) und einem Auslass (24) aufweist, der Hybrid-Turbolader (50)aufweisend: eine Turbine (52), welche eine Turbinenwelle (58) aufweist, wobei die Turbine (52) dazu eingerichtet ist, Gase von dem Auslass (24) zu erhalten und die Rotation der Turbinenwelle (58) anzutreiben, einen Verdichter (54), welcher eine Verdichterwelle (68) aufweist, wobei der Verdichter (54) dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft (34) zu erhalten und verdichtete Luft (36) dem Lufteinlass (26) des Verbrennungsmotors (22) zuzuführen, eine Kupplung (78), welche mit der Turbinenwelle (58) und der Verdichterwelle (68) verbunden ist, wobei die Kupplung dazu eingerichtet ist, die Verdichterwelle (68) mit der Turbinenwelle (58) für ein gemeinsames Rotieren selektiv miteinander in Eingriff zu bringen, und eine Motor-Generator-Einheit (80), welche mit der Verdichterwelle (68) betreibbar verbunden ist.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Motor-Generator-Einheit (80) in einem Motor-Modus und in einem Generator-Modus betreibbar ist, wobei die Motor-Generator-Einheit (80) dazu eingerichtet ist, in dem Motor-Modus elektrische Energie zu erhalten und die Rotation der Verdichterwelle (68) anzutreiben, und die Motor-Generator-Einheit (80) dazu eingerichtet ist, in dem Generator-Modus durch die Verdichterwelle (68) angetrieben zu werden und elektrische Energie zu liefern.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Turbinenwelle (58) und die Verdichterwelle (68) koaxial angeordnet sind
Hybrid-Turbolader (50) gemäß Anspruch 3, wobei die Verdichterwelle (68) einen Hohlwellenabschnitt (68a) aufweist, wobei der Hohlwellenabschnitt (68a) ein Ende der Turbinenwelle (58) aufnimmt.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Motor-Generator-Einheit (80) einen Rotor (84) und einen Stator (82) aufweist, wobei der Rotor (84) an der Verdichterwelle (68) zur Rotation mit derselben befestigt ist.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hybrid-Turbolader (50) in einem Konventioneller-Turbo-Modus und einem E-Auflader-Modus betreibbar ist, wobei der Konventioneller-Turbo-Modus die Kupplung (78), welche im Eingriff ist zum Drehverbinden der Turbinenwelle (58) mit der Verdichterwelle (68), und die Motor-Generator-Einheit (80), welche keine Energie liefert oder erzeugt, aufweist, und wobei der E-Auflader-Modus die Kupplung (78), welche außer Eingriff ist, um die Turbinenwelle (58) von der Verdichterwelle (68) zu lösen, und die Motor-Generator-Einheit (80), welche mit Energie versorgt wird, um die Rotation der Verdichterwelle (68) unabhängig von der Turbine (52) anzutreiben, aufweist.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Hybrid-Turbolader (50) ferner in einem Hybrid-Aufladung-Modus betreibbar ist, welcher die im Eingriff stehende Kupplung (78) und die Motor-Generator-Einheit (80), welche mit Energie versorgt wird, so dass die Verdichterwelle (68) mittels sowohl der Turbine (52) als auch der Motor-Generator-Einheit (80) angetrieben wird, aufweist.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Hybrid-Turbolader (50) ferner in einem Erzeugungsmodus betreibbar ist, welcher die im Eingriff stehende Kupplung (78) und die Motor-Generator-Einheit (80), welche Energie aus der Rotation der Verdichterwelle (68) aufnimmt, aufweist.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Leistungssteuerungseinrichtung (90), welche mit der Motor-Generator-Einheit (80) wirkverbunden ist, und wobei, in einem/dem Erzeugungsmodus, die Leistungssteuerungseinrichtung (90) die Motor-Generator-Einheit (80) betreibt, so dass sie eine variable Energiemenge aus der Rotation der Verdichterwelle (68) aufnimmt.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend ein elektrisches Speichersystem (28), welches mit der Leistungssteuerungseinrichtung (90) wirkverbunden ist, und wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) eine Information über einen Zustand des elektrischen Speichersystems (28) erhält, und wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) eine Information über einen Zustand des Verbrennungsmotors erhält, und wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) einen Betrieb der Motor-Generator-Einheit (80) basierend auf dem Zustand des elektrischen Speichersystems (28) und dem Fahrzeugzustand steuert.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß Anspruch 10, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) mit der Kupplung (78) wirkverbunden ist zum In-Eingriff-Bringen und Außer-Eingriff-Bringen der Kupplung (78), und wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) auf Grundlage des Zustands des elektrischen Speichersystems und des Fahrzeugzustands die Kupplung (78) betreibt und die Motor-Generator-Einheit (80) betreibt.
Hybrid-Turbolader (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kupplung (78) ein Ein-Weg-Überholkupplungsmechanismus ist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) für ein Fahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor (22) mit einem Lufteinlass (26) und einem Auslass (24) aufweist, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines Hybrid-Turboladers (50), welcher aufweist eine Turbine (52), welche eine Turbinenwelle (58) aufweist, wobei die Turbine (52) dazu eingerichtet ist, Gase von dem Auslass (24) zu erhalten und die Rotation der Turbinenwelle (58) anzutreiben, einen Verdichter (54), welcher eine Verdichterwelle (68) aufweist, wobei der Verdichter (54) dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft (34) zu erhalten und verdichtete Luft (36) dem Lufteinlass (26) des Verbrennungsmotors (22) zuzuführen, eine Kupplung (78), welche mit der Turbinenwelle (58) und der Verdichterwelle (68) verbunden ist, wobei die Kupplung dazu eingerichtet ist, die Verdichterwelle (68) mit der Turbinenwelle (58) für ein gemeinsames Rotieren selektiv miteinander in Eingriff zu bringen, eine Motor-Generator-Einheit (80), welche mit der Verdichterwelle (68) betreibbar verbunden ist, eine Leistungssteuerungseinrichtung (90), welche mit der Motor-Generator-Einheit (80) wirkverbunden ist, und ein elektrisches Speichersystem (28), welches mit der Leistungssteuerungseinrichtung (90) wirkverbunden ist, Empfangen einer Information über einen Zustand des elektrischen Speichersystems mittels der Leistungssteuerungseinrichtung (90), Empfangen einer Information über einen Zustand des Verbrennungsmotors mittels der Leistungssteuerungseinrichtung (90), und Betreiben der Motor-Generator-Einheit (80) mittels der Leistungssteuerungseinrichtung (90) basierend auf dem Zustand des elektrischen Speichersystems und dem Fahrzeugzustand.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß Anspruch 13, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) die Motor-Generator-Einheit (80) in einer Mehrzahl von Modi betreibt, welche aufweisen: einen Konventioneller-Turbo-Modus, welcher die Kupplung (78), welche zum Drehverbinden der Turbinenwelle (58) mit der Verdichterwelle (68) im Eingriff ist, und die Motor-Generator-Einheit (80), welche keine Energie liefert oder erzeugt, aufweist, einen E-Auflader-Modus, welcher die Kupplung (78), welche außer Eingriff ist, um die Turbinenwelle (58) von der Verdichterwelle (68) zu lösen, und die Motor-Generator-Einheit (80), welche mit Energie versorgt wird, um die Rotation der Verdichterwelle (68) anzutreiben, aufweist, einen Hybrid-Aufladung-Modus, welcher die im Eingriff stehende Kupplung (78) und die Motor-Generator-Einheit (80), welche mit Energie versorgt wird, so dass die Verdichterwelle (68) mittels sowohl der Turbine (52) als auch der Motor-Generator-Einheit (80) angetrieben wird, aufweist, und einen Erzeugungsmodus, welcher die im Eingriff stehende Kupplung (78) und die Motor-Generator-Einheit (80), welche Energie aus der Rotation der Verdichterwelle (68) aufnimmt, aufweist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß Anspruch 14, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, standardmäßig in den Konventioneller-Turbo-Modus zu gehen.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, den Hybrid-Turbolader (50) in dem Konventioneller-Turbo-Modus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems (28) hoch ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors eines/einer von einem Leerlauf, einem stationären Zustand, einem Verzögern und einer Motorbremse ist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, den Hybrid-Turbolader (50) in dem E-Auflader-Modus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems (28) normal oder hoch ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors ein Beschleunigen ist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, den Hybrid-Turbolader (50) in dem Hybrid-Aufladung-Modus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems (28) normal oder hoch ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors ein anhaltendes Beschleunigen ist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, den Hybrid-Turbolader (50) in dem Erzeugungsmodus zu betreiben, wenn der Zustand des elektrischen Speichersystems (28) normal oder niedrig ist und wenn der Zustand des Verbrennungsmotors eines/einer von einem stationären Zustand, einem Leerlauf, einem Verzögern und einer Motorbremse ist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß Anspruch 19, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) den Hybrid-Turbolader (50) betreibt, um weniger als die gesamte verfügbare Energie aus der Motor-Generator-Einheit (80) zu extrahieren, wenn der Zustand des Verbrennungsmotors der stationäre Zustand oder der Leerlauf ist.
Verfahren des Betreibens eines Hybrid-Turboladers (50) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die Leistungssteuerungseinrichtung (90) den Hybrid-Turbolader (50) betreibt, um eine Verbrennungsmotorlastverlagerung anzuwenden.