DE102018121017A1

DE102018121017A1 - Verfahren und system für einen aufgeladenen motor

Info

Publication number: DE102018121017A1
Application number: DE102018121017.5A
Authority: DE
Inventors: Baitao Xiao; David Bell; Tyler Kelly; Timothy Stolzenfeld; Julia Helen Buckland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109424427A; US20190063348A1; US10422289B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur koordinierten Steuerung eines Aufladungsverbundsystems bereitgestellt, das einen ersten Verdichter beinhaltet, der stromaufwärts eines zweiten Verdichters in einem Motoreinlass gestuft ist. In einem Beispiel kann ein Verfahren Betreiben des zweiten, stromaufwärts angeordneten Verdichters im stationären Zustand beinhalten, um ein gesamtes Druckverhältnis am Aufladungsverbundsystem zu erreichen, während der erste, stromaufwärts angeordnete Verdichter vorübergehend auf Grundlage eines Luftstrommangels am stromabwärts angeordneten Verdichters betrieben wird. Ein Zeitpunkt und eine Menge der elektrischen Unterstützung, die bereitgestellt wird, um den ersten, stromaufwärts angeordneten Verdichter vorübergehend zu betreiben, kann dynamisch angepasst werden, wenn sich das Druckverhältnis am zweiten Verdichter verändert.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für ein aufgeladenes Motorsystem mit gestuften Ladungsaufladungsvorrichtungen.
Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
Motoren können mit Aufladungsvorrichtungen, wie etwa Turboladern oder Kompressoren, konfiguriert sein, um den Luftstrom in eine Brennkammer zu erhöhen. Turbolader und Kompressoren verdichten die in den Motor eintretende Ansaugluft unter Verwendung eines Ansaugverdichters. Während ein Turbolader einen Verdichter beinhaltet, der mechanisch durch eine Abgasturbine angetrieben wird, beinhaltet ein elektrischer Kompressor einen Verdichter, der elektrisch durch einen Elektromotor angetrieben wird. In einigen Motorsystemen können eine oder mehrere Ansaugladungsvorrichtungen in Reihe oder parallel gestuft sein, was als Aufladungsverbundkonfiguration bezeichnet werden kann. Zum Beispiel kann eine schnelle, Hilfsaufladungsvorrichtung (z. B. der elektrische Kompressor) verwendet werden, um die vorübergehende Leistung einer langsameren, primären Aufladungsvorrichtung (z. B. des Turboladers) zu erhöhen. In solch einer Konfiguration kann der Turbolader vergrößert werden, um die Spitzenleistung und die Drehmomentleistung des Motors zu erhöhen, was aggressivere verkleinerte Motoren ermöglicht.
Verschiedene Ansätze können verwendet werden, um Aufladungssteuerung in einem Aufladungsverbundsystem bereitzustellen. Ein beispielhafter Ansatz zur Aufladungsverbundsystemsteuerung unter Verwendung von Druckverhältnissen ist von Petrovic et al. in EP 1,927,739 A1 gezeigt. Das Druckverhältnis kann die Aufladungsfähigkeit einer Aufladungsvorrichtung des Aufladungsverbundsystems darstellen. In dem Ansatz von Petrovic wird ein Verfahren zum Koordinieren von zwei Turboladern auf Grundlage von gewünschten partiellen Druckverhältnissen offenbart. Konkret werden die gewünschten partiellen Druckverhältnisse für jeden Turbolader auf Grundlage von kalibrierten Lookup-Tabellen unter Verwendung von Motordrehzahl und Motordrehmoment als Eingaben bestimmt. Die gewünschten partiellen Druckverhältnisse werden dann durch mindestens eines von Anpassen einer Turbolader-Wastegate-Öffnung, Anpassen einer Turbinenschaufelgeometrie (z. B. wenn eine Turbine mit veränderlicher Geometrie enthalten ist) und Anpassen von Öffnungen von Turbinen- und/oder Verdichterumgehungen erreicht.
Die Erfinder haben in der vorliegenden Schrift jedoch mögliche Probleme bei solchen Systemen erkannt. Ein Beispiel ist ein statistischer Ansatz, der vordefinierten Kalibrierungen verwendet, um die gewünschten partiellen Druckverhältnisse zu bestimmen, die unabhängig voneinander sein können (z. B. beeinflusst das gewünschte partielle Druckverhältnis von einer Verdichtungsvorrichtung das gewünschte partielle Druckverhältnis der anderen Verdichtungsvorrichtung nicht). Wenn der Ansatz von Petrovic auf ein Aufladungsverbundsystem angewandt wird, das einen elektrischen Kompressor beinhaltet, der entlang eines Turboladers gestuft ist, kann der Ansatz veranlassen, dass der Kompressor für eine längere als eine erforderliche Dauer läuft, was zu einem Abfall der Kraftstoffeffizienz führt. Als ein anderes Beispiel können die Druckverhältnisse, die jeder Verdichtungsvorrichtung befohlen werden, konservativ kalibriert werden, um einen Ladedrucküberschuss zu minimieren. Dies kann jedoch zu einer langsameren Aufladungsreaktion führen. Noch ferner, wenn beliebige der Verdichtungsvorrichtungen mit elektrischer Unterstützung konfiguriert sind (wie etwa elektrische Unterstützung von einem elektrischen Motor/Generator, der an einen Kompressorverdichter, einen Turboladerverdichter oder eine Turboladerwelle gekoppelt ist), kann eine Öffnung eines Abgas-Wastegate als Reaktion auf den Ladedrucküberschuss eine verpasste Gelegenheit zur Energierückgewinnung am elektrischen Motor/Generator darstellen.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren angegangen werden, umfassend: Anpassen des Betriebs einer ersten Einlassverdichtungsvorrichtung auf Grundlage eines Zielladedrucks; Befehlen eines positiven Drehmoments von einem elektrischen Motor zu einer Einlassverdichtungsvorrichtung, wenn eine Differenz zwischen einem Drosseleinlassdruck und dem Zielladedruck höher als ein Schwellenwert ist; und Befehlen von negativem Drehmoment von dem elektrischen Motor zur zweiten Einlassverdichtungsvorrichtung, wenn die Differenz kleiner als der Schwellenwert ist. Auf diese Weise kann ein Zielladedruck schneller erreicht werden, während die Möglichkeit zur Energierückgewinnung des elektrischen Motors erhöht wird.
Als ein Beispiel kann ein Aufladungsverbundsystem einen stromaufwärts angeordneten, schneller wirkenden Hilfsverdichter, der mit elektrischer Unterstützung konfiguriert ist, (z. B. einem elektrischen Kompressorverdichter) und einen stromabwärts angeordneten, langsamer wirkenden, primären Verdichter (z. B. einen Turboladerverdichter) beinhalten. Als Reaktion auf einen Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers kann eine Motorsteuerung Druckverhältnisse jedem Verdichter dynamisch zuordnen, um einen Zielladedruck bereitzustellen. Insbesondere kann ein gesamte Druckverhältnisbedarf für den Turbolader aggressiv erzeugt werden. Der Befehl für das gesamte Druckverhältnis kann entsprechende Anpassungen einer Öffnung eines Abgas-Wastegate-Ventils beinhalten, das in einem Wastegate an der Turboladerturbine gekoppelt ist. Wenn beispielsweise der Drehmomentbedarf zunimmt, kann die Wastegate-Öffnung aggressiver verringert werden, um mehr Abgasstrom durch die Turbine zu leiten, wobei die Turbine hochläuft, um den Turboladerverdichter hochzulaufen. Aufgrund der inhärent langsameren Reaktionszeit des Turboladers jedoch kann ein temporärer Mangel der Aufladungsverfügbarkeit vorliegen, wie von einer Differenz über dem Schwellenwert zwischen dem Zielladedruck und einem Drosseleinlassdruck (oder dem Auslassdruck des Turboladerverdichters) angegeben. Der Mangel kann durch Hochfahren des elektrischen Turboladers unter Verwendung von positivem Drehmoment von einem elektrischen Motor angegangen werden. Wenn der Mangel zunimmt, wie etwa, wenn eine Differenz unter dem Schwellenwert zwischen dem Zielladedruck und dem Drosseleinlassdruck vorliegt, bevor jedoch der Drosseleinlassdruck den Zielladedruck erreicht, kann die elektrische Unterstützung deaktiviert werden und der Elektromotor kann als ein Generator verwendet werden, um Drehmoment von dem Verdichter zu absorbieren. Durch das Anpassen eines Zeitpunkts dafür, wenn die elektrische Unterstützung deaktiviert ist, kann der Drosseleinlassdruck zum Zielladedruck bewegt werden, ohne Überschüsse hervorzurufen, während gleichzeitig Energie am elektrischen Motor zurückgewonnen wird. Es versteht sich, dass, während das Beispiel unter Bezugnahme auf einen elektrischen Kompressor beschrieben ist, es nicht einschränkend sein soll, und der gleiche Ansatz für eine alternative Verdichtungsvorrichtung verwendet werden kann, die mit elektrischer Unterstützung konfiguriert ist, wie etwa einem elektrischen Turbolader.
Auf diese Weise kann ein Zielladedruck durch aggressiveres Kalibrieren eines Druckverhältnisses, das jedem eines Hilfsverdichters mit höherer Frequenz, der mit elektrischer Unterstützung konfiguriert ist, sowie eines primären Verdichters mit geringerer Frequenz befohlen wird, effizienter erreicht werden. Durch das Befehlen einer positiven Drehzahlausgabe zu einem elektrischen Motor, der die elektrische Unterstützung bereitstellt, wenn der tatsächliche Ladedruck weiter weg von dem Zielladedruck ist, kann eine vorübergehende Aufladungsreaktion verbessert werden. Der technische Effekt für das Befehlen einer negativen Drehzahlausgabe zum elektrischen Motor, wenn der tatsächliche Ladedruck näher an, jedoch noch nicht bei, dem Zielladedruck ist, besteht darin, Aufladungsüberschuss zu reduzieren, während die Energierückgewinnungsfähigkeit des elektrischen Motors maximiert wird. Insgesamt kann der Ladedruck schnell und effizienter bereitgestellt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu vorgesehen, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines aufgeladenen Motorverbundsystems mit mehreren gestuften Einlassverdichtungsvorrichtungen.
2 stellt ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene zum dynamischen Zuordnen von Druckverhältnissen zwischen jeder von mehreren Einlassverdichtungsvorrichtung in einem aufgeladenen Motorverbundsystem und Anpassen von Elektromotordrehmomentabgabe zur Einlassverdichtungsvorrichtung, die mit elektrischer Unterstützung konfiguriert ist, unter Verwendung eines Voreil-Kompensators dar.
3 stellt eine beispielhafte dynamische Druckverhältniszuordnung zwischen einem elektrischen Kompressor und einer Turboladersteuerung während eines Fahrzeugbeschleunigungsereignisses dar.
4 stellt eine beispielhafte Systemreaktion unter Verwendung eines Voreil-Kompensators dar.
5 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Aufladungssteuerungsarchitektur dar, das dynamische Druckverhältniszuordnungs- und Voreil-Kompensationsfähigkeiten beinhaltet.
6 stellt ein beispielhaftes Verfahren zur Aufladungssteuerung durch Koordinieren des Betriebs eines Turboladers und eines elektrischen Kompressors unter Verwendung von dynamischer Druckverhältniszuordnung und Voreil-Kompensation dar.
7 zeigt eine Abbildung mit beispielhaften Beschleunigungskurven gemäß der vorliegenden Offenbarung.
8 stellt ein prophetisches Beispiel der Druckverhältniskoordination eines Turboladers und elektrischen Kompressors während des Fahrzeugbetriebs dar.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Aufladungssteuerung in einem Motorsystem mit gestuften Aufladungsvorrichtungen, wobei mindestens eine der Aufladungsvorrichtungen mit elektrischer Unterstützung konfiguriert ist. Ein nicht einschränkendes Beispiel von solch einem aufgeladenen Motorsystem ist in 1 gezeigt, wobei ein Turbolader stromabwärts des elektrischen Kompressors gestuft ist. Die Aufladungssteuerung des Aufladungsverbundsystems kann durch dynamisches Zuordnen von unterschiedlichen Druckverhältnisbefehlen zu jeder Verdichtungsvorrichtung und durch weiteres Verwenden von Voreil-Kompensation zum Reduzieren von Drucküberschüssen erreicht werden. Eine Motorsteuerung kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine über die Steuerungsarchitektur aus 5 durchzuführen, wie etwa die beispielhafte Routine aus 2, um ein Druckverhältnis der langsamer wirkenden Verdichtungsvorrichtung auf Grundlage des Drehmomentbedarfs zuzuordnen, während ein Druckverhältnis der schneller wirkenden Verdichtungsvorrichtung (mit elektrischer Unterstützung) auf Grundlage eines Luftstrommangels zugeordnet wird. Zusätzlich kann die Steuerung einen Voreil-Kompensator verwenden, um zu bestimmen, wann die elektrische Unterstützung von einem elektrischen Motor zu erhöhen und zu verringern ist, um Drucküberschüsse zu reduzieren. Ein beispielhafter Ansatz, der im Motorsystem aus 1 angewandt werden kann, ist in der beispielhaften Routine aus 6 gezeigt. Als Folge der dynamischen Druckverhältniszuordnung kann ein Zielladedruck in einer kürzeren Zeit und mit reduzierter Abhängigkeit von elektrischer Unterstützung erreicht werden, wie in 3 gezeigt. Als Folge der Voreil-Kompensation kann das Ladedrucküberschreiten reduziert werden, während Energierückgewinnungsmöglichkeiten bei einem elektrischen Motor maximiert werden, wie in 4 gezeigt. Durch das Vertrauen auf diese Ansätze kann eine Beschleunigungskurve, wie in 7 gezeigt, verbessert werden. Ein prophetisches Beispiel zum Koordinieren des Turbolader- und elektrischen Kompressorbetriebs auf Grundlage von Druckverhältnissen während des Fahrzeugbetriebs ist in 8 gezeigt.
1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen in einem Fahrzeug 102 gekoppelten Motor 10 beinhaltet. In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 102 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 47 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich beim Fahrzeug 102 um ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor. In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 102 einen Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motor/Generator handeln. Der Motor 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 48 mit den Fahrzeugrädern 47 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 53 eingekuppelt sind. Bei dem dargestellten Beispiel ist eine (erste) Kupplung 53 zwischen dem Motor 10 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine (zweite) Kupplung 53 ist zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 48 bereitgestellt. Eine Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor von jeder Kupplung 53 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so den Motor 10 mit der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder davon zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 48 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder davon zu trennen. Zum Beispiel kann Drehmoment vom Motor 10 über eine Kurbelwelle 40, ein Getriebe 48 und eine Antriebsstrangwelle 84 zu den Fahrzeugrädern 47 übertragen werden, wenn die Kupplungen 53 eingekuppelt sind. Das Getriebe 48 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Das Getriebe 48 kann ein fest übersetztes Getriebe sein, das eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen beinhaltet, um dem Motor 10 zu ermöglichen, sich bei einer anderen Drehzahl als die Räder 47 zu drehen. Durch Ändern einer Drehmomentübertragungskapazität der ersten Kupplung 53 (z. B. eines Ausmaßes des Kupplungsschlupfs) kann ein Betrag an Motordrehmoment, der über die Antriebsstrangwelle 84 an die Räder weitergeleitet wird, moduliert werden.
Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, einschließlich als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. In Ausführungsformen als elektrisches Fahrzeug kann eine Systembatterie 45 eine Traktionsbatterie sein, die der elektrischen Maschine 52 elektrische Leistung zuführt, um den Fahrzeugrädern 47 Drehmoment bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Systembatterie 45 bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Systembatterie 45 in anderen Ausführungsformen, darunter Ausführungsformen nicht als elektrisches Fahrzeug, eine typische Starter-, Licht- und Zündungsbatterie (starting, lighting, ignition - SLI - battery) sein kann, die an eine Lichtmaschine 46 gekoppelt ist.
Die Lichtmaschine 46 kann dazu konfiguriert sein, die Systembatterie 45 unter Verwendung von Motordrehmoment, das von der Kurbelwelle bei laufendem Motor bezogen wird, zu laden. Zusätzlich kann die Lichtmaschine 46 ein oder mehrere elektrische Systeme des Motors, wie etwa ein oder mehrere Hilfssysteme, zu denen ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HLK)-System, Fahrzeugleuchten, ein bordeigenes Unterhaltungssystem und andere Hilfssysteme, wie weiter unten beschrieben, gehören können, auf Grundlage ihrer elektrischen Bedarfe mit Energie versorgen. In einem Beispiel kann ein an der Lichtmaschine entnommener Strom auf Grundlage von jedem von einem Kabinenkühlbedarf durch den Fahrzeugführer, einer Batterieladeanforderung, Bedarfen von anderen Hilfsfahrzeugsystemen und Elektromotordrehmoment kontinuierlich variieren. Ein Spannungsregler kann an die Lichtmaschine 46 gekoppelt sein, um die Leistungsausgabe der Lichtmaschine auf Grundlage von Systemnutzungsanforderungen einschließlich Hilfssystembedarfen zu regulieren.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Verbundmotor, der mit mehreren gestuften Aufladungsvorrichtungen konfiguriert ist. Insbesondere beinhaltet der Motor 10 eine erste Aufladungsvorrichtung, die stromaufwärts einer zweiten Aufladungsvorrichtung gestuft ist. Hier ist die erste Aufladungsvorrichtung eine Hilfsaufladungsvorrichtung und die zweite Aufladungsvorrichtung ist eine primäre Aufladungsvorrichtung, obwohl andere Konfigurationen möglich sein können. Die dargestellte Konfiguration führt dazu, dass ein erster Verdichter 110 (der ersten Aufladungsvorrichtung) in einem Motoransaugkanal 42 stromaufwärts eines zweiten Verdichters 114 (der zweiten Aufladungsvorrichtung) positioniert ist. Mindestens eine der Aufladungsvorrichtungen kann mit elektrischer Unterstützung von einem elektrischen Motor konfiguriert sein. In dem vorliegenden Beispiel ist die erste Aufladungsvorrichtung ein elektrischer Kompressor 13, der dazu konfiguriert ist, mit elektrischer Unterstützung von einem elektrischen Motor zu arbeiten, während die zweite Aufladungsvorrichtung ein Turbolader 15 ist. Es können jedoch andere Kombinationen und Konfigurationen von Aufladungsvorrichtungen möglich sein, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann der Turbolader 15 in alternativen Ausführungsformen ein elektrischer Turbolader sein, der einen elektrischen Motor aufweist, der an den Verdichter, die Turbine oder die Turboladerwelle gekoppelt ist, während der Kompressor als ein elektrischer oder mechanischer Kompressor konfiguriert ist. In noch anderen Beispielen können sowohl die erste als auch die zweite Aufladungsvorrichtung elektrische Kompressoren oder elektrische Turbolader sein.
In dem dargestellten Beispiel beinhaltet der elektrische Kompressor 13 einen ersten Verdichter 110 der von einem elektrischen Motor 108 angetrieben wird. Konkret kann ein Lüfter des ersten Verdichters 110 durch von dem elektrischen Motor 108 empfangene Leistung entlang einer Kompressorverdichterwelle 80 angetrieben werden. In einigen Beispielen kann der erste Verdichter 110 des Kompressors 13 zusätzlich über eine Kupplung und einen Getriebemechanismus durch die Motorkurbelwelle angetrieben werden. Der elektrische Motor 108 kann durch eine bordeigene Energiespeichervorrichtung mit Leistung versorgt werden, wie etwa eine Systembatterie 45. Der elektrische Motor 108 kann zusätzlich oder alternativ von einer Lichtmaschine 46 mit Leistung versorgt werden. Eine Menge an elektrischer Leistung, die dem elektrischen Motor 108 zugeführt wird, kann variiert werden, um einen Arbeitszyklus des Kompressors anzupassen. In einem Beispiel kann die Menge an elektrischer Leistung, die dem elektrischen Motor 108 zugeführt wird, erhöht werden, um die Drehzahl des ersten Verdichters 110 zu erhöhen, wobei die elektrische Last, die auf die Lichtmaschine angewandt wird, entsprechend erhöht und der Lichtmaschinenstrom verringert werden. Als Folge der elektrischen Unterstützung kann der Kompressor 13 schnell hochgelaufen sein, was eine schnell wirkende oder hochfrequente Aufladungsbetätigung vorsieht.
Während ausgewählter Bedingungen kann Luft in den ersten Verdichter 110 eintreten, wenn die Öffnung eines Umgehungsventils des elektrischen Kompressors (electric supercharger bypass valve - ESBV) 72 verkleinert ist, wodurch eingehende Luft von einem Luftkasten 112 durch einen Umgehungskanal 70 des ersten Verdichters und den ersten Verdichter 110 geleitet wird, wo sie zur Abgabe an den zweiten Verdichter 114 unter Druck gesetzt wird. An einem Einlass des zweiten Verdichters 114 empfangene Frischluft wird dann verdichtet und in den Motor 10 eingespeist. Wenn die Öffnung des ESBV 72 vergrößert wird, nimmt eine Menge an Luft zu, die in den zweiten Verdichter 114 eintritt, ohne durch den Umgehungskanal 70 des ersten Verdichters und den ersten Verdichter 110 gelangt zu sein. Während Bedingungen, bei denen das ESBV 72 vollständig geöffnet ist, kann Druckluft dem Motor 10 nur über den zweiten Verdichter 114 des Turboladers 15 zugeführt werden. Durch das Hochdrehen des elektrischen Kompressors über den elektrischen Motor kann ein Ladedruckstoß dem Motor schnell bereitgestellt werden.
Der elektrische Motor 108 kann als ein Motor-Generator konfiguriert sein. Somit kann der elektrische Motor während Bedingungen, bei denen elektrische Unterstützung zum Aufladungsaufbau erforderlich ist, positives Drehmoment bereitstellen, um entweder den Kreiselverdichter des Kompressors (oder die Turboladerwelle) anzutreiben, um die vorübergehende Ladedruckabgabe zu verbessern. Allerdings ist der elektrische Motor außerdem in der Lage der Energierückgewinnung durch „Bremsen“ der Motorwelle. Darin kann negatives Drehmoment auf den Verdichter (oder die Welle) angewandt werden, wodurch die Verdichterdrehzahl reduziert wird und gleichzeitig die Systembatterie (wie etwa die Batterie 45), die an den Elektromotor gekoppelt ist, aufgeladen wird. Wie unter Bezugnahme auf 2 ausgeführt, kann eine Motorsteuerung eine Zeit und einen Betrag von positivem Drehmoment und negativem Drehmoment, das von dem elektrischen Motor auf den Kompressor angewandt wird, steuern, um einen Drosseleinlassdruck (throttle inlet pressure - TIP)/Ladedruck zu regulieren.
Der Turbolader 15 beinhaltet den zweiten Verdichter 114, der durch eine Turbine 116 angetrieben wird. Der zweite Verdichter 114 ist als Turboladerverdichter gezeigt, der mechanisch über eine Welle 19 an die Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch sich ausdehnende Motorabgase angetrieben wird. In einer Ausführungsform kann der Turbolader eine Twin-Scroll-Vorrichtung sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Turbolader mit veränderlicher Geometrie (variable geometry turbocharger - VGT) sein, wobei die Turbinengeometrie aktiv in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen variiert wird.
Frischluft wird entlang des Ansaugkanals 42 über einen Luftkasten 112 in den Motor 10 eingespeist und strömt zum zweiten Verdichter 114. Unter ausgewählten Bedingungen kann, wie nachfolgend ausgeführt, durch den Turbolader 15 verdichtete Luft durch einen zweiten Verdichterumgehungskanal 60 von einem Auslass zu einem Einlass des zweiten Verdichters 114 zurückgeführt werden, indem eine Öffnung eines Verdichterrückführungsventils (compressor recirculation valve - CRV) 62 angepasst wird. Das CRV 62 kann ein stufenlos einstellbares Ventil sein und das Vergrößern der Öffnung des CRV 62 kann das Betätigen (oder Speisen) eines Solenoids des Ventils beinhalten.
Eines oder beide von CRV 62 und ESBV 72 können stufenlos einstellbare Ventile sein, wobei eine Position des Ventils stufenlos von einer vollständig geschlossenen Position zu einer vollständig geöffneten Position variiert werden kann. Alternativ kann das CRV 62 ein stufenlos einstellbares Ventil sein, während das ESBV 72 ein Auf-/Zu-Ventil ist. In einigen Ausführungsformen kann das CRV 62 während des Betriebs des aufgeladenen Motors teilweise geöffnet sein, um einen Abstand zur Pumpgrenze bereitzustellen. Hierbei kann die teilweise offene Position eine Standardventilposition sein. Dann kann die Öffnung des CRV 62 als Reaktion auf eine Angabe von Pumpen vergrößert werden. Zum Beispiel kann das CRV 62 von einer standardmäßigen, teilweise offenen Position zu einer vollständig offenen Position angepasst werden, wobei ein Grad der Öffnung auf der Angabe von Pumpen (z. B. dem Verdichterverhältnis, der Verdichterströmungsrate, einer Druckdifferenz am Verdichter usw.) beruhen kann. In alternativen Beispielen kann das CRV 62 während des Betriebs des aufgeladenen Motors (z. B. Spitzenleistungsbedingungen) geschlossen gehalten werden, um die Ladereaktionszeit zu reduzieren und die Spitzenleistung zu erhöhen.
Der zweite Verdichter 114 ist durch einen Ladeluftkühler (charge-air cooler - CAC) 18 (hier auch als Zwischenkühler bezeichnet) an ein Drosselventil 20 gekoppelt. Luft strömt vom zweiten Verdichter 114 durch den CAC 18 und das Drosselventil 20 zu einem Ansaugkrümmer 22. Der CAC 18 kann zum Beispiel ein Luft-Luft- oder Wasser-Luft-Wärmetauscher sein. Der Ansaugkrümmerdruck (z. B. ein Druck der Luftladung im Ansaugkrümmer) kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck(manifold absolute pressure - MAP)-Sensors 124 bestimmt werden.
Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) mit einer Reihe von Brennkammern 30 verbunden. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) an einen Abgaskrümmer 36 gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 36 dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen kann zum Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten gehören. Konfigurationen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Stellen in dem Motorsystem geleitet wird.
In einer Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile über Nocken betätigt oder gesteuert werden. Unabhängig davon, ob eine elektronische Betätigung oder eine Betätigung über Nocken vorliegt, kann die zeitliche Abstimmung des Öffnens und Schließens des Auslass- und des Einlassventils für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung angepasst werden. Beispielsweise kann die Nockensteuerung über ein variables Nockensteuerungssystem so angepasst werden, dass der Einlass- und der Auslassnocken in eine Position bewegt werden, die den optimalen volumetrischen Wirkungsgrad für die vorherrschenden Betriebsbedingungen bereitstellt.
Den Brennkammern 30 können ein oder mehrere Kraftstoffe wie etwa Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Gemische, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas usw. zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine beliebige Kombination davon zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel wird Kraftstoff jeder Brennkammer 30 über Direkteinspritzung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 bereitgestellt (während in 1 nur eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt ist, beinhaltet jede Brennkammer eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die daran gekoppelt ist). Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt werden, zu dem ein Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteiler gehören. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Fremdzündung und/oder Selbstzündung eingeleitet werden.
Wie in 1 gezeigt, wird Abgas zum Antreiben der Turbine von dem Abgaskrümmer 36 zu der Turbine 116 geleitet. Wenn reduziertes Turbinendrehmoment gewünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch ein Wastegate 90 geleitet werden, wobei die Turbine umgangen wird. Ein Wastegate-Aktor 92 (z. B. Wastegateventil) kann zum Öffnen betätigt werden, um mindestens etwas Abgasdruck von stromaufwärts der Turbine 116 über das Wastegate 90 zu einer Stelle stromabwärts der Turbine 116 abzulassen. Durch Reduzieren des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine 116 kann die Turbinendrehzahl reduziert werden.
Der kombinierte Strom aus der Turbine 116 und dem Wastegate 90 strömt durch eine Emissionssteuervorrichtung 170. Im Allgemeinen kann die Emissionssteuervorrichtung 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten beinhalten, die dazu konfiguriert sind, den eine Menge von einer oder mehreren Substanzen im Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel kann eine Abgasnachbehandlungskomponente dazu konfiguriert sein, NO_x aus dem Abgasstrom einzuschließen, wenn der Abgasstrom mager ist, und das eingeschlossene NO_x zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann eine Abgasnachbehandlungskomponente dazu konfiguriert sein, NO_x zu disproportionieren oder NO_x mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen beinhaltet die Emissionssteuervorrichtung 170 einen Dreiwegekatalysator, der dazu konfiguriert ist, restliche Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxide zu oxidieren, während NO_x im Abgasstrom reduziert wird. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit einer derartigen Funktionalität können in Washcoats oder an anderen Stellen in der Emissionssteuervorrichtung 170 entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Emissionssteuervorrichtung 170 ferner einen regenerierbaren Rußfilter beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom einzuschließen und zu oxidieren.
Das behandelte Abgas aus der Emissionssteuervorrichtung 170 kann ganz oder teilweise über eine Abgasleitung 35 in die Atmosphäre abgegeben werden. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kann jedoch ein Teil des Abgases stattdessen über einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal (nicht gezeigt), das einen AGR-Kühler und ein AGR-Ventil beinhaltet, zum Ansaugkanal 42 umgeleitet werden. Die AGR kann zum Einlass des ersten Verdichters 110, zum Einlass des zweiten Verdichters 114 oder zu beiden zurückgeführt werden.
Ein oder mehrere Sensoren können an den Einlass des zweiten Verdichters 114 (wie gezeigt) und/oder des ersten Verdichters 110 (nicht gezeigt) gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur an den Einlass des zweiten Verdichters 114 gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel kann ein Drucksensor 56 zum Schätzen eines Drucks der in den zweiten Verdichter eintretenden Luft an den Einlass des zweiten Verdichters 114 gekoppelt sein. Der Druck stromaufwärts des zweiten Verdichters 114 und stromabwärts des ersten Verdichters 110, wie durch den Drucksensor 56 gemessen, wird vorliegend als P₁ bezeichnet. Noch weitere Sensoren können beispielsweise Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren, Feuchtigkeitssensoren usw. beinhalten. In weiteren Beispielen können eine oder mehrere der zweiten Verdichtereinlassbedingungen (wie etwa Feuchtigkeit, Temperatur usw.) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Die Sensoren können eine Bedingung der am zweiten Verdichtereinlass aus dem Ansaugkanal empfangenen Ansaugluft sowie der von stromaufwärts des CAC 18 zurückgeführten Luftladung schätzen. Ein oder mehrere Sensoren können zudem stromaufwärts des ersten Verdichters 110 an den Ansaugkanal 42 gekoppelt sein, um eine Zusammensetzung und eine Bedingung der in den Verdichter eintretenden Luftladung zu bestimmen. Diese Sensoren können zum Beispiel einen Drucksensor 58 beinhalten. Der Druck stromaufwärts des Luftkastens 112 (z. B. Luftdruck), wie durch den Drucksensor 58 gemessen, wird vorliegend als P₀ bezeichnet. Zusätzlich kann ein Drosseleinlassdruck(TIP)-Sensor 59 stromabwärts des CAC 18 und stromaufwärts des Drosselventils 20 gekoppelt sein, um einen dem Motor zugeführten Ladedruck zu schätzen. Der Druck stromabwärts des CAC 18 und stromaufwärts des Drosselventils 20, wie durch den TIP-Sensor 59 gemessen, wird vorliegend als P₂ bezeichnet. Ein gesamtes Druckverhältnis am Aufladungsverbundsystem ist als ein $\frac{P_{2}}{P_{0}}$
definiert, ein Druckverhältnis am ersten Verdichter 110 ist als $\frac{P_{1}}{P_{0}}$
definiert und ein Druckverhältnis am zweiten Verdichter 114 ist als $\frac{P_{2}}{P_{1}}$
definiert.
Während einer Pedalbetätigung des Bedieners kann, wenn als Reaktion auf eine Zunahme des Drehmomentbedarfs des Bedieners von einem Verbrennungsmotorbetrieb ohne Aufladung zu einem Verbrennungsmotorbetrieb mit Aufladung übergegangen wird, ein Turboloch auftreten. Dies erfolgt aufgrund von Verzögerungen beim Hochdrehen der Turbine 116, da es sich bei dem Turbolader um eine langsamer wirkende Verdichtungsvorrichtung handelt, und einer vorübergehenden Reduzierung des Stroms durch den zweiten Verdichter 114, wenn sich das Drosselventil 20 bei der Pedalbetätigung öffnet. Das gleiche kann auch passieren, wenn sich der Motor im aufgeladenen Betrieb befindet und es aufgrund einer Erhöhung der Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer zu einer vorübergehenden Zunahme des Ladebedarfs kommt. Um dieses Turboloch zu reduzieren, können unter diesen ausgewählten Bedingungen sowohl der Kompressor 13 als auch der Turbolader 15 aktiviert sein. Insbesondere kann die schneller wirkende, elektrisch betätigte Verdichtungsvorrichtung, der elektrische Kompressor, verwendet werden, um die vorübergehende Aufladungsreaktion zu verbessern. Insbesondere kann als Reaktion auf die Pedalbetätigung der Wastegate-Aktor 92 geschlossen (z. B. vollständig geschlossen) werden, um den Abgasstrom durch die Turbine 116 zu erhöhen. Während des Hochdrehens der Turbine 116 kann vorübergehend Ladedruck durch den ersten Verdichter 110 bereitgestellt werden. Das Aktivieren des Kompressors 13 kann die Entnahme von Energie aus der Systembatterie 45 zum Drehen des elektrischen Motors 108 beinhalten, um dadurch den ersten Verdichter 110 zu beschleunigen. Zusätzlich kann das ESBV 72 geschlossen (z. B. vollständig geschlossen) werden, um zu ermöglichen, dass ein größerer Teil der Ansaugluft durch den Umgehungskanal 70 strömt und von dem ersten Verdichter 110 verdichtet wird. Zusätzlich kann das CRV 62 geschlossen (z. B. vollständig geschlossen) werden, damit der Strom durch den zweiten Verdichter 114 erhöht werden kann. Wenn die Turbine ausreichend hochgefahren ist und der Turbolader in der Lage ist, den angeforderten Betrag an Aufladung bereitzustellen, kann der erste Verdichter 110 durch Deaktivieren des elektrischen Motors 108 verlangsamt werden (z. B. durch Unterbrechen der Energieversorgung zum elektrischen Motor 108 von der Batterie 45). Zusätzlich kann das ESBV 72 geöffnet werden, damit ein größerer Anteil der Luft den ersten Verdichter 110 umgehen kann. Wie vorliegend ferner beschrieben, kann die Aktivierung (und Deaktivierung) des ersten Verdichters 110 genau gesteuert werden, um den gewünschten Ladedruck bereitzustellen, während das Überschreiten oder Unterschreiten des gewünschten Ladedrucks reduziert wird, Ladedruckstörungen minimieren, wenn der erste Verdichter 110 aktiviert/deaktiviert ist, und eine Dauer des Betriebs des ersten Verdichters 110 minimieren, wodurch eine Menge an elektrischer Leistung, die von dem Kompressor 13 verbraucht wird, minimiert wird. Der gewünschte Betrag an Ladung kann durch dynamisches Koordinieren des Turboladers 15 und des Kompressors 13 auf Grundlage der Aufladungsfähigkeit des Turboladers 15 (z. B. des Druckverhältnisses am zweiten Verdichter 114) zu einem bestimmten Zeitpunkt und bei einem gewünschten gesamten Ladedruckverhältnis bereitgestellt werden, wie in Bezug auf die 2-6 beschrieben. Darin kann die Steuerung eine Druckverhältniszuordnung zum Kompressor auf Grundlage eines Mangels des Luftstroms am Turbolader dynamisch anpassen. Zusätzlich kann die Steuerung eine Zeit und Ausgabe des Elektromotordrehmoments, die dem Kompressor von dem elektrischen Motor zugeführt wird, anpassen, um Drucküberschuss zu reduzieren, während die Energierückgewinnung maximiert wird.
Während eines Pedalloslassereignisses des Bedieners kann es, wenn von einem Motorbetrieb mit Aufladung zu einem Motorbetrieb ohne Aufladung (oder mit reduzierter Aufladung) übergegangen wird, zu einem Pumpen des Verdichters kommen. Dies liegt an einem verringerten Strom durch den zweiten Verdichter 114, wenn sich das Drosselventil 20 bei dem Loslassen des Pedals schließt. Der reduzierte Vorwärtsstrom durch den zweiten Verdichter kann zu einem Pumpen führen und die Turboladerleistung beeinträchtigen. Zusätzlich kann Pumpen zu Problemen hinsichtlich Geräuschen, Schwingungen und Rauigkeit (noise, vibration and harshness - NVH), wie etwa unerwünschten Geräuschen aus dem Motoransaugsystem, führen. Um zu ermöglichen, dass während eines Standardmodus des Fahrzeugbetriebs der Drehmomentbedarf als Reaktion auf das Loslassen des Pedals schnell reduziert wird, ohne ein Pumpen des Verdichters zu verursachen, kann zumindest ein Teil der durch den zweiten Verdichter 114 verdichteten Luftfüllung zum Verdichtereinlass zurückgeführt werden. Dadurch kann übermäßiger Ladedruck im Wesentlichen sofort abgebaut werden. Insbesondere kann das CRV 62 geöffnet werden, um (warme) Druckluft vom Auslass des zweiten Verdichters 114 stromaufwärts des CAC 18 zum Einlass des zweiten Verdichters 114 zurückzuführen. In einigen Ausführungsformen kann das Verdichterrückführungssystem zusätzlich oder alternativ einen Rückführungskanal zum Rückführen von gekühlter Druckluft von stromabwärts des CAC 18 zum Einlass des zweiten Verdichters 114 beinhalten. Zusätzlich kann der Wastegate-Aktor 92 in eine weiter geöffnete (z. B. vollständig geöffnete) Position bewegt werden, damit ein größerer Teil des Abgasstroms zum Auspuffrohr wandert, wobei er die Turbine umgeht und somit das Auslaufen der Turbine beschleunigt.
Die Steuerung 12 kann in einem Steuersystem 14 enthalten sein. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 81 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen stromaufwärts der Turbine 116 angeordneten Abgassensor 126, MAP-Sensor 124, einen Abgastemperatursensor 128, einen Abgasdrucksensor 129, Verdichtereinlasstemperatursensor 55, Verdichtereinlassdrucksensor 56 (z. B. zum Messen von P₁), einen Luftmassenstrom(MAF)-sensor 57, einen Drucksensor 58 (z. B. zum Messen von P₀) und einen TIP-Sensor 59 (z. B. zum Messen von P₂) beinhalten. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedene Stellen in dem Motorsystem 100 gekoppelt sein. Die Aktoren 81 können beispielsweise das Drosselventil 20, das CRV 62, das ESBV 72, den elektrischen Motor 108, den Wastegateaktor 92 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 beinhalten. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die verschiedenen Aktoren einsetzen, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und in einem Speicher der Steuerung gespeicherter Anweisungen anzupassen. Die Steuerung kann die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer Anweisung oder eines Codes einsetzen, die darin einer oder mehreren Routinen, wie etwa den hier unter Bezugnahme auf die 2 (und 6) beschriebenen beispielhaften Steuerroutinen, entsprechen. Als ein Beispiel kann die Steuerung als Reaktion darauf, dass die gemessenen Drücke ein Ladedruckdefizit beim Betreiben des Turboladers angeben, den elektrischen Motor betätigen, der den Kompressorverdichter antreibt, und das ESBV zur geschlossenen Position betätigen, um zusätzliche Aufladung über den Kompressorverdichter bereitzustellen.
Auf diese Weise ermöglichen die Komponenten aus 1 ein Fahrzeugsystem, umfassend: einen Motor, der einen Einlass aufweist; ein Gaspedal zum Empfangen eines Drehmomentbedarfs eines Fahrzeugführers; ein Aufladungsverbundsystem, beinhaltend einen ersten (Hilfs-) Turboladerverdichter, der von einem elektrischen Motor angetrieben wird, der elektrische Energie von einer Batterie aufnimmt, und einen zweiten (primären) Turboladerverdichter, der von einer Abgasturbine angetrieben wird, wobei der zweite Verdichter stromabwärts des ersten Verdichters im Motoreinlass positioniert ist; eine Umgehung, die ein Umgehungsventil beinhaltet, das an den ersten Verdichter gekoppelt ist; ein Wastegate, das einen Wastegateaktor beinhaltet, der an die Abgasturbine gekoppelt ist; einen ersten Drucksensor, der an den Einlass stromaufwärts des ersten Verdichters gekoppelt ist, um Luftdruck zu schätzen; einen zweiten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des ersten Verdichters und stromaufwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, zum Schätzen des Turboladereinlassdrucks; einen dritten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, zum Schätzen eines Drosseleinlassdrucks; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf den Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers, Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses am Aufladungsverbundsystem über eine Anpassung des Wastegateaktors; und Variieren des befohlenen Druckverhältnisses am ersten Verdichter über eine Anpassung einer Ausgabe des elektrischen Motors auf Grundlage eines Luftstrommangels am zweiten Verdichter, wobei der Luftstrommangel auf Grundlage eines tatsächlichen Druckverhältnisses am zweiten Verdichter geschätzt wird. In einem Beispiel kann das Befehlen des gesamten Druckverhältnisses Verkleinern der Öffnung des Wastegateaktors beinhalten, wenn der Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers zunimmt, um das tatsächliche Druckverhältnis am zweiten Verdichter zu erhöhen, und wobei Variieren des Druckverhältnisses, das am ersten Verdichter befohlen wird, Betreiben des elektrischen Motors in einem Autofahrmodus, wenn der Luftstrommangel über einen Schwellenwert zunimmt, und Betreiben des elektrischen Motors in einem Erzeugungsmodus, wenn der Luftstrommangel unter den Schwellenwert abnimmt, beinhaltet. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhalten: Schließen des ESBV, wenn der Luftstrommangel über einen Schwellenwert zunimmt, um das Druckverhältnis am ersten Verdichter zu erhöhen; und Öffnen des ESBV, wenn der Luftstrommangel unter den Schwellenwert abnimmt, um das Druckverhältnis am ersten Verdichter zu verringern.
Die Komponenten aus 1 können ferner der Steuerung ermöglichen, ein gesamtes Druckverhältnis für eine erste Verdichtungsvorrichtung eines Motoreinlasses auf Grundlage des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers zu befehlen; wenn ein tatsächliches Druckverhältnis des zweiten Verdichters weiter weg von dem gesamten Druckverhältnis ist, positives Elektromotordrehmoment bereitzustellen, um ein Druckverhältnis des ersten Verdichters zu erhöhen; und wenn das tatsächliche Druckverhältnis des zweiten Verdichters näher am gesamten Druckverhältnis ist, negatives Elektromotordrehmoment bereitzustellen, um das Druckverhältnis des ersten Verdichters zu verringern. In dem vorhergehenden Beispiel kann das Befehlen des gesamten Druckverhältnisses Verkleinern der Öffnung des Wastegateaktors beinhalten, wenn der Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers zunimmt, um das tatsächliche Druckverhältnis am zweiten Verdichter zu erhöhen, wobei Bereitstellen des positiven Elektromotordrehmoments Betreiben des elektrischen Motors in einem Autofahrmodus mit einer Elektromotorausgabe auf Grundlage eines Luftstrommangels beinhaltet, wobei der Luftstrommangel auf Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Druckverhältnis des zweiten Verdichters und dem gesamten Druckverhältnis geschätzt wird, und wobei Bereitstellen des negativen Drehmoments Betreiben des elektrischen Motors in einem Erzeugungsmodus mit einer Generatorausgabe auf Grundlage der Differenz beinhaltet. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhalten: Schließen des ESBV während des Bereitstellens des positiven und des negativen Elektromotordrehmoments. Das System kann ferner Folgendes umfassen: einen ersten Drucksensor, der an den Einlass stromaufwärts des ersten Verdichters gekoppelt ist, um Luftdruck zu schätzen; einen zweiten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des ersten Verdichters und stromaufwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, um den Turboladereinlassdruck zu schätzen; und einen dritten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, um einen Drosseleinlassdruck zu schätzen; wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhalten kann: Schätzen des gesamten Druckverhältnisses auf Grundlage einer Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors; Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses am zweiten Verdichter auf Grundlage einer Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des zweiten Drucksensors; und Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses am ersten Verdichter auf Grundlage einer Ausgabe des zweiten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Betreiben eines aufgeladenen Motorverbundsystems mit gestuften Aufladungsvorrichtungen gezeigt. Das aufgeladene Motorverbundsystem kann mindestens zwei seriell angeordnete Einlassverdichtungsvorrichtungen beinhalten, wovon mindestens zwei eine elektrische Unterstützung beinhalten. Eine der mindestens zwei Verdichtungsvorrichtungen kann eine langsamer wirkende (niederfrequente) Verdichtungsvorrichtung, wie etwa ein Turbolader, der als die primäre Aufladungsvorrichtung konfiguriert ist, sein, während eine andere der zwei Verdichtungsvorrichtungen eine schneller wirkende (höherfrequente) Verdichtungsvorrichtung, wie etwa ein elektrischer Kompressor, der als die Hilfsaufladungsvorrichtung konfiguriert ist, sein kann. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen der hier eingeschlossenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie zum Beispiel den Sensoren, die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden sind. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, wie etwa ein Umgehungsventil des elektrischen Kompressors (z. B. ESBV 72 aus 1), einen elektrischen Motor (wie etwa den Elektromotor 108 aus 1) und einen Turbolader-Wastegateaktor (z. B. Wastegateaktor 92 aus 1), um den Motorbetrieb an die nachfolgend beschriebenen Verfahren anzupassen.
Bei 202 beinhaltet das Verfahren 200 Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zum Beispiel können beurteilte Betriebsbedingungen Motordrehzahl, Pedalposition, Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers, Krümmerabsolutdruck, Krümmerluftstrom, Krümmerlufttemperatur, Umgebungsbedingungen (wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit), Motorkühlmitteltemperatur usw. beinhalten. Zum Beispiel kann der Luftdruck von einem Drucksensor, wie etwa dem Drucksensor 58 aus 1 gemessen werden.
Bei 204 beinhaltet das Verfahren 200 Bestimmen, ob Aufladung angefordert wird. Bei einem Beispiel kann eine Aufladung bei mittleren bis hohen Verbrennungsmotorlasten angefordert sein. In einem anderen Beispiel kann eine Aufladung als Reaktion auf eine Pedalbetätigung durch einen Fahrzeugführer oder eine Zunahme des Drehmomentbedarfs des Fahrers angefordert sein. Falls keine Aufladung angefordert wird, wie etwa, wenn die Motorlast gering ist oder der Drehmomentbedarf des Fahrers gering ist, geht das Verfahren 200 zu 206 über und beinhaltet Betreiben des Motors mit natürlicher Ansaugung (z. B. Krümmervakuum). Das Betreiben des Motors mit natürlicher Ansaugung kann nicht Aktivieren der gestuften Aufladungsvorrichtungen beinhalten. Zum Beispiel kann ein elektrischer Motor zum Antreiben des elektrischen Kompressors (z. B. elektrischer Motor 108) nicht mit Leistung versorgt werden, und der Turbolader-Wastegate-Aktor kann vollständig offen befohlen werden, um einen Teil des Abgases durch das Wastegate zu leiten, während eine Turbine des Turboladers (z. B. die Turbine 116 aus 1) umgangen wird. Im Anschluss an 206 endet das Verfahren 200.
Wenn Aufladung bei 204 angefordert wird, wie etwa als Reaktion auf ein Pedalbetätigungsereignis, geht das Verfahren 200 zu 208 über und beinhaltet Erzeugen eines Befehls des gesamten Druckverhältnisses für die langsamere, primäre Verdichtungsvorrichtung auf Grundlage des Drehmoment-/Aufladungsbedarfs des Fahrzeugführers. Vorliegend ist das gesamte Druckverhältnis ein stationäres gewünschtes Druckverhältnis, das der primären Verdichtungsvorrichtung allmählich befohlen wird und durch diese erreicht wird. Das gesamte befohlene Druckverhältnis kann als $\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}}$
definiert werden, wobei $P_{2}^{*}$
einen gewünschten Drosseleinlassdruck oder einen gewünschten Druck am Auslass des Aufladungsverbundsystems darstellt. In einem Beispiel ist dies der Druck am Auslass der langsamer wirkenden primären Verdichtungsvorrichtung, wie etwa der Auslassdruck eines Turboladerverdichters. P₀ stellt einen Einlassdruck des Aufladungsverbundsystems oder einen Luftdruck dar. In einem Beispiel ist dies der Druck am Einlass der schneller wirkenden Hilfsverdichtungsvorrichtung, wie etwa der Einlassdruck eines elektrischen Kompressorverdichters. In einer Konfiguration, in der die Hilfsverdichtungsvorrichtung stromaufwärts der primären Verdichtungsvorrichtung gestuft ist, kann der tatsächliche Auslassdruck der primären Verdichtungsvorrichtung, P₂ (z. B. wie durch einen TIP-Sensor gemessen), folgendermaßen beschrieben werden: $P_{2} = P_{0} \times \frac{P_{1}}{P_{0}} \times \frac{P_{2}}{P_{1}}$
wobei P₁ ein Auslassdruck der Hilfsverdichtungsvorrichtung ist, bei dem es sich außerdem um einen Einlassdruck der primären Verdichtungsvorrichtung handelt. P₂ entspricht außerdem einem gesamten Ladedruck, der an den gestuften Aufladungsvorrichtungen erreicht wird. Wie anhand der vorstehenden Gleichung erkennbar ist, ist $\frac{P_{1}}{P_{0}}$
ein Druckverhältnis an der Hilfsverdichtungsvorrichtung und $\frac{P_{2}}{P_{1}}$
ist ein Druckverhältnis an der primären Verdichtungsvorrichtung. Anders formuliert, ist das gesamte Druckverhältnis am System das Produkt der Druckverhältnisse an jedem Verdichter in Reihe. Das Druckverhältnis stellt die Fähigkeit der Aufladungsvorrichtung dar (z. B. des elektrischen Kompressors, Turboladers oder des Aufladungsverbundsystems). Jedoch kann der Drosseleinlassdruck den Aufladungsbeitrag von jeder Vorrichtung nicht separieren. Somit kann die vorübergehende Aufladungsreaktion durch Koordinieren der Druckverhältnisse, die jeder Aufladungsvorrichtung befohlen werden, zusammen mit einem stationären gewünschten Druckverhältnis P₂*/P₀ verbessert werden.
In einem Beispiel kann die Steuerung den Befehl des gesamten Druckverhältnisses durch Schätzen von P₀ auf Grundlage einer Ausgabe eines Luftdrucksensors erzeugen. Die Steuerung kann ferner P₂ ^* auf Grundlage einer Ausgabe eines Gaspedalpositionssensors des Fahrzeugführers schätzen. Die Steuerung kann sich auf eine Lookup-Tabelle beziehen, wobei Zielladedruck in Abhängigkeit der Pedalposition gespeichert wird, wie etwa zunehmender Zielladedruck mit zunehmendem Niederdrücken des Gaspedals (erhöhte Bewegung der Pedalposition zu einer vollständig niedergedrückten Position). Alternativ kann die Steuerung ein Modell oder einen Algorithmus verwenden, das bzw. der die Pedalposition als eine Eingabe verwendet und Zielladedruck als eine Ausgabe bereitstellt. Dann kann der Druckverhältnisbefehl als P₂ ^*/P₀ bestimmt werden.
In einem Beispiel kann der Turbolader gesteuert werden, um den gesamten angeforderten Ladedruck, $P_{2}^{*},$
zu liefern. Aus diesem Grund kann das gesamte dem Turboladerverdichter befohlene Druckverhältnis folgendermaßen bestimmt werden: $\frac{P_{2}}{P_{1}} \to \frac{P_{2}^{*}}{P_{0}} o d e r P_{2} \times \frac{P_{0}}{P_{1}} \to P_{2}^{*}, w e n n lim_{t \to \infty} \frac{P_{1}}{P_{0}} = 1$
wobei t die Zeit darstellt.
Bei 210 beinhaltet das Verfahren Anpassen eines Ladedruckaktors der langsamer wirkenden primären Verdichtungsvorrichtung auf Grundlage des erzeugten Befehls des gesamten Druckverhältnisses. Wenn beispielsweise die primäre Verdichtungsvorrichtung ein Turbolader ist, kann die Steuerung einen Befehl für ein Wastegate, das an die Abgasturbine gekoppelt ist, auf Grundlage des erzeugten Befehls des gesamten Druckverhältnisses erzeugen. Der Befehl für das Wastegate kann auf einen Grad der Wastegateventilöffnung hinweisen, der zum Wastegateaktor gesendet wird. In einem Beispiel kann der befohlene Grad der Öffnung des Wastegate verringert werden, wenn der Befehl für das gesamte Druckverhältnis zunimmt. Zum Beispiel kann das Wastegate bei Befehlen über dem Schwellendruckverhältnis vollständig geschlossen werden.
In einem Beispiel kann die Steuerung den Befehl für das gesamte Druckverhältnis und MAF (wie von einem Ansaug-MAF-Sensor bestimmt) in eine Lookup-Tabelle (oder ein Modell oder einen Algorithmus) eingeben, die eine Position des Turbolader-Wastegate-Aktors ausgibt, wobei die Position des Turbolader-Wastegate-Aktors einer Turbinendrehzahl und einer entsprechenden Turboladerverdichterdrehzahl entspricht. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung sich auf eine Verdichterabbildung beziehen, um eine gewünschte Turboladerverdichterdrehzahl für das befohlene gesamte Ladedruckverhältnis und die gewünschten Luftstrombedingungen zu bestimmen, und kann ferner die daraus folgende Turboladerverdichterdrehzahl auf eine entsprechende Position des Turbolader-Wastegate-Aktors beziehen. Ferner kann das tatsächliche Turboladerdruckverhältnis, $\frac{P_{2}}{P_{1}},$
als Rückkopplung für die Wastegatesteuerung verwendet werden. Wenn beispielsweise das tatsächliche Turboladerdruckverhältnis zunimmt, kann der Turbolader-Wastegate-Aktor zu einer weiter geöffneten Position angepasst werden. Zusätzlich oder alternativ, wenn sich der Turbolader in einem Schwellenpumpbereich befindet, können die Öffnungen von einem oder beiden des CRV und des Wastegateaktors erhöht werden.
Es versteht sich, dass das befohlene gesamte Druckverhältnis in weiteren Beispielen angepasst (z. B. begrenzt) werden kann, um mechanische Einschränkungen des aufgeladenen Motorsystems zu berücksichtigen, wie etwa eine Temperatur-, eine Druck- oder eine Drehzahleinschränkung der primären Verdichtungsvorrichtung, über der (Temperatur, Druck oder Drehzahl) die Leistung der primären Verdichtungsvorrichtung nachteilig beeinflusst werden kann, wie etwa aufgrund von Hardwareproblemen. In einem Beispiel kann die Steuerung das befohlene gesamte Druckverhältnis mit einem Faktor auf Grundlage der Differenz zwischen der vorhergesagten Temperatur und der Schwellentemperatur reduzieren, wenn das befohlene gesamte Druckverhältnis, das nur auf dem Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers beruht, der Vorhersage nach zu einer Temperatur des Verdichtereinlasses oder -auslasses (der primären Verdichtungsvorrichtung) führt, die höher als eine Schwellentemperatur ist, bei der die Hardware der primären Verdichtungsvorrichtung beeinträchtigt ist.
Aufgrund der langsameren Reaktionszeit der primären Verdichtungsvorrichtung, vorliegend des Turboladers, kann ein vorübergehender Ladedruckmangel vorliegen. Zum Beispiel kann der Mangel aufgrund einer stationären Ladedruckabgabe erfolgen, die erfordert, dass die Turbine hochgefahren wird, bevor sie den Turboladerverdichter antreiben kann. Bei 212 beinhaltet das Verfahren Schätzen des Ladedruckmangels und eines entsprechenden Luftstrommangels an der primären Verdichtungsvorrichtung. Zum Beispiel kann der Ladedruckverhältnismangel (Π*) des Turboladers folgendermaßen definiert werden: $Π^{*} = \frac{\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}}}{\frac{P_{2}}{P_{1}}}$
Die Steuerung kann das Ladedruckdefizit in Abhängigkeit (z. B. Verhältnis oder Differenz) des tatsächlichen Druckverhältnisses an der primären Verdichtungsvorrichtung relativ zum gewünschten oder befohlenen Druckverhältnis berechnen. Das tatsächliche Druckverhältnis kann als der Verdichtereinlassdruck der primären Verdichtungsvorrichtung relativ zum tatsächlichen Drosseleinlassdruck bestimmt werden. Dieses Ladedruckdefizit spiegelt den Luftstrommangel an der primären Verdichtungsvorrichtung wider und wird verwendet, um den Druckverhältnisbefehl der Hilfsverdichtungsvorrichtung zuzuordnen.
Wenn beispielsweise die Hilfsverdichtungsvorrichtung ein elektrischer Kompressor ist, wird das dem elektrischen Kompressor befohlene Druckverhältnis auf Grundlage der Fähigkeit des Turboladers dynamisch geplant (wie von dem tatsächlichen Druckverhältnis des Turboladers, P₂/P₁, abgeleitet). Dies ermöglicht der Steuerung, den exakten Ladedruckmangel in Echtzeit genau zu kennen, wenn die Turbine hochfährt, und einen Befehl der Drehzahl des elektrischen Kompressors (n eSC) zu regulieren, um den Mangel zu reduzieren. Zusätzlich kann die Steuerung die Dynamik des Systems mit geschlossener Schleife formen, indem das Druckverhältnis des elektrischen Kompressors (P₁/P₀) gekannt wird, wie vorliegend beschrieben.
Beispielsweise wird das gewünschte Druckverhältnisziel des elektrischen Kompressors $(\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}})$
als Π* mit einer Einschränkung des Druckverhältnisses des Turboladers wie folgt definiert: $\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}} = \frac{\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}}}{max {1, \frac{P_{2}}{P_{1}}}}$
Die Einschränkung ist enthalten, um zu verhindern, dass das gewünschte Druckverhältnisziel für den elektrischen Kompressor das gesamte gewünschte Systemdruckverhältnis überschreitet, wenn P₁ > P₂, was kurz nach einer Öffnung der Drossel erfolgen könnte.
Bei 214 beinhaltet das Verfahren erzeugen eines Druckverhältnisbefehls für die schnellere Hilfsverdichtungsvorrichtung. In einem Beispiel wird der Druckverhältnisbefehl auf Grundlage des Druckverhältnismangels erzeugt. In einem anderen Beispiel wird der Druckverhältnisbefehl auf Grundlage des entsprechenden Luftstrommangels erzeugt. Beispielsweise kann die Steuerung einen Einlassdruck des elektrischen Kompressors (z. B. auf Grundlage eines gemessenen Luftdrucks) schätzen und eine Lookup-Tabelle, ein Modell oder einen Algorithmus verwenden, um einen gewünschten Auslassdruck des elektrischen Kompressors zu berechnen, der dem Luftstrommangel entspricht. Der Druckverhältnisbefehl für den elektrischen Kompressor kann dann als Verhältnis des tatsächlichen Einlassdrucks relativ zum gewünschten Auslassdruck bestimmt werden.
Bei 216 beinhaltet das Verfahren Befehlen von elektrischer Unterstützung zur Hilfsverdichtungsvorrichtung. Insbesondere kann die Steuerung positives Elektromotordrehmoment von dem elektrischen Motor zur Hilfsverdichtungsvorrichtung, wie etwa dem elektrischen Kompressor, in Abhängigkeit von dem Mangel-basierten Druckverhältnisbefehl befehlen. In einem Beispiel beinhaltet das Befehlen des positiven Elektromotordrehmoments Schätzen einer Verdichterdrehzahl des elektrischen Verdichters, der den gewünschten Verdichterauslassdruck am elektrischen Kompressor bereitstellt, wie etwa über eine Lookup-Tabelle, Abbildung oder einen Algorithmus, und dann Schätzen einer Elektromotordrehzahl des elektrischen Motors (oder eines Grades der elektrischen Unterstützung), die die geschätzte Verdichterdrehzahl bereitstellt. Die Steuerung kann dann einen Arbeitszyklus anpassen, der dem elektrischen Motor befohlen wird, um den Elektromotor bei der erforderlichen Elektromotordrehzahl zu betreiben.
Als nächstes, bei 218, kann der tatsächliche Ladedruck relativ zum Zieldrosseleinlassdruck verglichen werden, um zu bestimmen, ob der tatsächliche Ladedruck innerhalb eines Schwellenwerts des Zieldrosseleinlassdrucks (TIP) ist. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob der Auslassdruck des Turboladers innerhalb eines Schwellenwerts des gewünschten TIP ist, wie etwa, wenn eine Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem gewünschten TIP kleiner als ein Schwellenwert ist. In einem alternativen Beispiel kann ein Verhältnis des Auslassdrucks des Turboladers mit dem Zieldrosseleinlassdruck verglichen werden. Wenn die Differenz (oder das Verhältnis) nicht innerhalb des Schwellenwert ist, passt die Steuerung bei 220 die Zuordnung von Druckverhältnissen an der primären und Hilfsverdichtungsvorrichtung weiter dynamisch an. Insbesondere, wenn die Turbine hochfährt und die Aufladungsfähigkeit des Turboladers zunimmt, kann das Druckverhältnis am Turbolader damit beginnen, sich dem befohlenen Druckverhältnis anzunähern, der Mangel kann damit beginnen, zurückzugehen, und dementsprechend kann das Druckverhältnis (und die elektrische Unterstützung), das dem elektrischen Kompressor befohlen wurde, verringert werden.
Auf diese Weise passt die Steuerung die Hilfsvorrichtung in Echtzeit auf Grundlage der tatsächlichen Fähigkeit der primären Verdichtungsvorrichtung kontinuierlich an. Die Steuerung kann ein dynamisches zugeordnetes Modul verwenden, wie vorliegend bei 5 weiter beschrieben, um die Druckverhältnisse anzupassen. Demzufolge, wenn der langsamer reagierende Turbolader hochfährt, wird die gewünschte Unterstützung von dem schneller reagierenden elektrischen Kompressor allmählich eingestellt. Letztendlich, wenn der Turbolader in der Lage ist, die gesamte gewünschte Aufladung aufrechtzuerhalten, ist keine Unterstützung von dem elektrischen Kompressor erforderlich. Ein Beispiel der dynamischen Zuordnung der Druckverhältnisse und der daraus resultierenden beschleunigten Erreichung des Zielladedrucks mit minimalem Verlassen auf elektrische Unterstützung ist vorliegend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Unter kurzer Bezugnahme auf 3 stellt die ein Druckverhältnis an der y-Achse und Zeit an der x-Achse dar. Das gesamte befohlene Druckverhältnis, das auf dem Drehmomentbedarf beruht und durch P*₂/P₀ repräsentiert wird, ist durch die gestrichelte Linie 302 dargestellt. Somit ist dies das Druckverhältnis, das der primären Verdichtungsvorrichtung befohlen wird. Das tatsächliche Druckverhältnis der primären Verdichtungsvorrichtung, das durch P₂/P₁ repräsentiert wird, ist durch die gestrichelte Linie 304 dargestellt und gibt die Aufladungsfähigkeit der primären Verdichtungsvorrichtung an. Dies verändert sich im Laufe der Zeit und entwickelt sich zum stationären Wert, der allmählich befohlen wurde, und zwar aufgrund der langsameren Reaktionszeit der primären Verdichtungsvorrichtung. Ein vorläufiger Druckverhältnismangel, repräsentiert durch π*(ungeschnitten), ist durch die gestrichelte Linie 306 dargestellt. Die geschnittene Version dieses Druckverhältnismangels wird verwendet, um das Druckverhältnis, das der Hilfsverdichtungsvorrichtung befohlen wurde, die die schnellere Reaktionszeit aufweist, zu planen. Das Druckverhältnis, das der Hilfsverdichtungsvorrichtung befohlen wird, repräsentiert durch P*₁/P₀, ist durch die durchgezogene Linie 308 dargestellt.
Als Reaktion auf den Drehmomentbedarf wird ein Befehl 302 für das gesamte Druckverhältnis bestimmt und der primären Verdichtungsvorrichtung befohlen. Aufgrund der langsamen Reaktionszeit der primären Verdichtungsvorrichtung (z. B. Turboloch) jedoch ist das tatsächliche Druckverhältnis 304, das an der primären Verdichtungsvorrichtung erreicht wird, geringer, und anfangs kann der Druckverhältnismangel 306 signifikant sein. Wenn dieser Druckverhältnismangel nicht angegangen wird, wird die vorübergehende Aufladungsreaktion nachteilig beeinflusst. Der Druckverhältnismangel wird durch Befehlen eines Druckverhältnisses 308 zur Hilfsverdichtungsvorrichtung erfüllt. Insbesondere wird ein größerer Teil des gesamten Druckverhältnisses während des anfänglichen Teils der Aufladungsreaktion der Hilfsverdichtungsvorrichtung aufgrund des größeren Druckverhältnismangels, der an der primären Verdichtungsvorrichtung aufgetreten ist, dynamisch zugeordnet. Dann, wenn die primäre Verdichtungsvorrichtung hochfährt, wird ein größerer Teil des gesamten Druckverhältnisses von der primären Verdichtungsvorrichtung geliefert, und der Beitrag der Hilfsverdichtungsvorrichtung wird durch Auslaufen des Druckverhältnisses, das der Hilfsverdichtungsvorrichtung befohlen wurde, dynamisch reduziert. Infolgedessen wird das gesamte Verlassen auf die elektrische Unterstützung minimiert, während die vorübergehende Aufladungsreaktion verbessert wird.
Unter Bezugnahme auf 2, wenn der Ladedruck bei 218 innerhalb des Schwellenwerts des Ziel-TIP, jedoch noch immer unter dem Ziel-TIP ist, beinhaltet das Verfahren bei 222 Bereitstellen von negativem Elektromotordrehmoment vom elektrischen Motor zur Hilfsverdichtungsvorrichtung. Dies ermöglicht, dass sich der Ladedruck zum Ziel-TIP bewegt, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Drucküberschusses reduziert wird. Zusätzlich wird die elektrische Unterstützung vom Elektromotor früher reduziert, was die Kraftstoffeffizienz verbessert. Außerdem wird die Energierückgewinnung über den Elektromotor durch Betreiben des Elektromotors als ein Generator in einer Region, in der ein Drucküberschuss auftreten könnte, ermöglicht, wodurch die Kraftstoffeffizienz weiter verbessert wird, während außerdem die Aufladungsreaktion verbessert wird. Die Steuerung kann ein Voreil-Kompensatormodul verwenden, wie vorliegend bei 5 weiter beschrieben, um den Zeitpunkt (z. B. in Bezug auf Turbinendrehzahl oder Ladedruck) zu bestimmen, bei dem elektrische Unterstützung vom Elektromotor unterbrochen wird und wenn der Elektromotor dazu übergeht, dass er als ein Generator betrieben wird. In einem Beispiel kann der Elektromotor als ein Generator bei einer Drehzahl gedreht werden, die auf dem vorhergesagten Überschuss beruht. Dann endet die Routine.
Wie bereits erwähnt, kann das Aufladungsverbundsystem folgendermaßen beschrieben werden: $P_{2} = P_{0} * \frac{P_{1}}{P_{0}} * \frac{P_{2}}{P_{1}}$
wobei Po der Einlassdruck zur ersten Aufladungsvorrichtung ist und P₁, P₂ der Auslassdruck aus der ersten und zweiten Aufladungsvorrichtung ist (TIP). $P_{1}^{*}, P_{2}^{*}$
bezeichnet das gewünschte Druckziel für die erste und zweite Aufladungsvorrichtung. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die erste Aufladungsvorrichtung eine vorübergehende (Hilfs-) Vorrichtung, wie etwa der elektrische Kompressor, und die zweite Aufladungsvorrichtung ist die Hauptvorrichtung, wie etwa der Turbolader. Die Steuerreferenz der ersten Aufladungsvorrichtung wird folgendermaßen bestimmt: $\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}} = \frac{P_{2}^{*}}{P_{0}} * m i n {1, \frac{P_{1}}{P_{2}}} o d e r P_{1}^{*} = P_{2}^{*} * m i n {1, \frac{P_{1}}{P_{2}}}$
Eine Klemme ist enthalten, um zu verhindern, dass das gewünschte Druckziel für die erste Aufladungsvorrichtung das der zweiten Aufladungsvorrichtung überschreitet, wenn P₁ > P₂, was kurz nach einer Öffnung der Drossel auftreten könnte. Die Hauptaufladungsvorrichtung soll den gesamten gewünschten Ladedruck liefern. Aus diesem Grund soll das Ziel für die zweite Vorrichtung $P_{2}^{*}$
stets das volle Druckverhältnis (aus der Umgebung) bereitstellen, unabhängig vom Zustand der Hilfsvorrichtung. In diesem Fall gilt: $\frac{P_{2}}{P_{1}} \to \frac{P_{2}^{*}}{P_{0}} o d e r P_{2} * \frac{P_{0}}{P_{1}} \to P_{2}^{*}, w e n n lim_{t \to \infty} \frac{P_{1}}{P_{0}} = 1$
Somit kann eine Basissteuerung überschrieben werden, sodass sie die Hilfsaufladungsvorrichtung nicht betreibt oder die Hilfsaufladungsvorrichtung in einer durchgehenden Weise betreibt, und umgekehrt für die Hauptaufladungsvorrichtung.
Wenn die Steuerung konservativ kalibriert wird, um den P₂-Überschuss zu minimieren, kann die Ladedruckreaktion langsamer als die maximale Systemfähigkeit werden. Durch Verwenden eines Voreil-Kompensators zusammen mit aggressiver Kalibrierung der Steuerung wird aus diesem Grund die vorübergehende Reaktion des Aufladungssystems verbessert. In der Zwischenzeit fordert der Voreil-Kompensator eine Drehzahlreduktion an, bevor sich P₂ $P_{2}^{*}$
annähert. Der Befehl ermöglicht den Energierückgewinnungsmodus des elektrischen Motors, wodurch das Fenster für die Energierückgewinnung maximiert wird.
Der Voreil-Kompensator in der in der Laplace-Domäne kann folgendermaßen ausgedrückt werden: $\frac{Y (S)}{U (S)} = \frac{α s + 1}{τ s + 1}$
Eingabe U ist der Druckverhältnisfehler des elektrischen Kompressors: $U = \frac{P_{1}^{*}}{P_{0}} - \frac{P_{1}}{P_{0}}$
Zur Umsetzung im diskreten System wird die folgende Umwandlung abgeleitet: $x_{k} = (1 - f) x_{k - 1} + f u_{k}, f = \frac{T_{s}}{τ + T_{S}}$
$y_{k} = (1 - r) x_{k} + r u_{k}, r = \frac{α}{τ} \geq 1$
wobei f die Zeitkonstante in der diskreten Domäne ist, r das Voreil-Verhältnis ist und T_S die Ausführungsrate ist.
Die Ausgabe des Voreil-Kompensators wird abgeschnitten, um eine Spezifikation des Bereichs von Voreil-Handlungen auf U in zunehmenden oder abnehmenden Richtungen zu ermöglichen. $\tilde{y_{k}} = c l i p (u_{k} - Δ_{1}, y_{k}, u_{k} + Δ_{2})$
Ein Beispiel für die Voreil-Kompensation des Druckverhältnisses am elektrischen Kompressor und die daraus resultierende Reduzierung des Drucküberschusses und die beschleunigte Ermöglichung der Energierückgewinnung am elektrischen Motor ist vorliegend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Unter kurzer Bezugnahme auf 4 stellt die dar, wie Voreil-Kompensation zusammen mit dynamischer Druckverhältniszuordnung verwendet wird, um die vorübergehende Aufladungsreaktion zu verbessern, während Energierückgewinnungsmöglichkeiten maximiert werden. Die beinhaltet die und . Die stellt Veränderungen der elektrischen Unterstützung, die einem elektrischen Kompressor befohlen wurde, (an der y-Achse) im Zeitverlauf (entlang der x-Achse) in Bezug auf die Zuordnung eines Druckverhältnisses (entlang der y-Achse) über den gleichen Zeitrahmen (entlang der x-Achse) zwischen einem Turbolader und einem elektrischen Kompressor dar, wie bei der Karte 402 repräsentiert. Das gesamte befohlene Druckverhältnis, das auf dem Drehmomentbedarf beruht und durch P₂*/P₀ repräsentiert wird, ist durch die durchgezogene Linie 408 dargestellt. Somit ist dies das Druckverhältnis, das der primären Verdichtungsvorrichtung, vorliegend einem Turbolader, befohlen wird. Das tatsächliche Druckverhältnis, das über das Aufladungsverbundsystem erreicht wird, repräsentiert durch P₂/P₀, ohne Voreil-Kompensation (ohne LC) ist durch den Verlauf 410 dargestellt, und ist mit P₂/P₀ zu vergleichen, das mit Voreil-Kompensation (mit LC) erreicht wird, dargestellt durch den Verlauf 412. Die Elektromotordrehzahl, die dem elektrischen Kompressor ohne Voreil-Kompensation (ohne LC) befohlen wird, ist bei Verlauf 430 gezeigt und ist mit dem Befehl der Elektromotordrehzahl mit Voreil-Kompensation (mit LC), dargestellt bei Verlauf 434, zu vergleichen. Der Teil des Elektromotordrehzahlbefehls, der über das Voreil-Kompensationsmodul der Steuerung empfangen wird, ist bei Verlauf 432 gezeigt.
Vor t1 arbeitet der Motor ohne Aufladung und deshalb ist das befohlene Druckverhältnis gering. Bei t1 nimmt die Ladedruckanforderung als Reaktion auf eine Erhöhung des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers zu. Infolgedessen nimmt der Befehl des gesamten Druckverhältnisses (408), der auf Grundlage des Drehmomentbedarfs erzeugt wird, zu. Dies ist das Signal, das dem Turbolader für eine stationäre Erreichung eines Ziel-TIP befohlen wird. Aufgrund der langsamen Reaktionszeit des Turboladers gibt es jedoch einen vorübergehenden Druckverhältnismangel, dem durch Betätigen des elektrischen Kompressors und dynamisches Zuordnen eines größeren Teils des gesamten befohlenen Druckverhältnisses zum elektrischen Kompressor entsprochen werden kann. Insbesondere wird bei t1 ein Druckverhältnisbefehl zum elektrischen Kompressor in Abhängigkeit vom Ladedruck (zum Beispiel auf Grundlage des entsprechenden Luftstrommangels) geliefert, der aus der langsamen Reaktion des Turboladers hervorgeht. Dementsprechend wird die Elektromotordrehzahl des elektrischen Kompressors erhöht (430, 434), was zu einer Erhöhung des Druckverhältnisses am Kompressor führt. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet der elektrische Motor in einem Elektromotormodus, um dem Kompressor Energie bereitzustellen.
Wenn die Turbine hochdreht, ist sie in der Lage, einen größeren Teil des Befehls für das gesamte Druckverhältnis zu berücksichtigen. Nach t2, wenn das Druckverhältnis am Turbolader innerhalb eines Schwellenwerts des gesamten Druckverhältnisses, jedoch noch immer unter dem gesamten Druckverhältnis ist, sendet das Voreil-Kompensatormodul ein Signal (432) an den elektrischen Motor, um die Elektromotordrehzahl zu verringern und negatives Elektromotordrehmoment bereitzustellen. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet der elektrische Motor in einem Erzeugungsmodus, um Energie vom Kompressor zurückzugewinnen. Als Folge des Zeitpunkts der Voreil-Kompensation, bevor das angezielte gesamte Druckverhältnis erreicht wird, bewegt sich das Druckverhältnis am Turbolader (412) zum Zieldruckverhältnis. Wenn die Voreil-Kompensation nicht bereitgestellt werden würde, würde das Druckverhältnis am Turbolader (410) das gesamte Druckverhältnis überschreiten (das heißt, P₂/P₀ würde P₂*/P₀ überschreiten), was zu einem Drehmomentfehler führt. Dies kann die Fahrbarkeit beeinflussen. Außerdem wird das Druckverhältnis am Kompressor als Folge des Zeitpunkts der Voreil-Kompensation, bevor das angezielte gesamte Druckverhältnis erreicht wird, rechtzeitig verringert. Wenn die Voreil-Kompensation nicht bereitgestellt werden würde, würde das Druckverhältnis am Kompressor (420) außerdem das befohlene Druckverhältnis überschreiten (das heißt, P₁/P₀ würde P₁*/P₀ überschreiten). Dies würde nicht nur zu einem Abfall der Kraftstoffeffizienz führen, da der elektrische Kompressor länger als erforderlich betrieben wird, sondern auch zu einem zusätzlichen Abfall der Kraftstoffeffizienz aufgrund der fehlenden Energierückgewinnungsmöglichkeit. Stattdessen wird der Drucküberschuss durch früheres Bereitstellen der Voreil-Kompensation durch Absorbieren von Drehmoment am Elektromotor angegangen. Infolgedessen wird die gesamte vorübergehende Reaktion des aufgeladenen Motors verbessert, während außerdem das Fenster für die Energierückgewinnung für den elektrischen Motor verlängert wird.
Es versteht sich, dass der elektrische Kompressor die vorübergehende Vorrichtung sein kann, die nicht durchgehend gesteuert wird. Eine Überwachungssteuerung kann den Betrieb des elektrischen Kompressors und des Umgehungsventils des elektrischen Kompressors koordinieren. Die Hauptaufgabe der Überwachungssteuerung kann darin liegen, zu bestimmen, wann der elektrische Kompressor und das Umgehungsventil des elektrischen Kompressors zu aktivieren und zu deaktivieren sind, um Steueranforderungen zu erfüllen, die Systemeinschränkungen und Hardwareschutz unterliegen. Auf einem hohen Level wird der elektrische Kompressor aktiviert und das Umgehungsventil wird geschlossen, wenn die Aktivierungskriterien erfüllt sind und keine Systemfehler beobachtet werden. Sobald die Deaktivierungskriterien erfüllt sind oder Systemfehler beobachtet werden, wird der elektrische Kompressor deaktiviert und das Umgehungsventil wird geöffnet.
Es können mehrere Überlegungen hinsichtlich des Designs der Aktivierungsstrategie vorliegen. Zuerst kann die Steuerung den elektrischen Kompressor nur dann aktivieren, wenn es notwendig ist, wie etwa, wenn die Fahrbarkeit des Fahrzeugs aufgrund der langsamen Reaktion des Turboladers nicht akzeptabel ist. Als zweites kann eine proaktive Handlung erwünscht sein, wenn die Strategie nichtwarten muss, bis eine nicht akzeptable Fahrbarkeit beobachtet wird. Als letztes verfolgt die Steuerung das Ziel, eine unerwünschte Aktivierung bei Gemütsänderungen des Fahrers zu reduzieren.
Da der Ladedruckverhältnismangel (Π*) als ein Index verwendet werden kann, um den Fahrerbedarfsmangel zu bestimmen (der die Fahrbarkeit darstellt), kann die proaktive Handlung erreicht werden, indem die Änderungsrate von Π* betrachtet wird, und der Schwellenwert (f₂) für die Aktivierung wird in Abhängigkeit von Π* wie folgt bestimmt: $\frac{d (Π^{*})}{d t} > f_{2} (Π^{*})$
Zwei Tiefpassfilter erster Ordnung (H_lp) sowohl an Π* als auch an $\frac{d (Π^{*})}{d t}$
werden hinzugefügt, um eine „falsch positive“ Aktivierung bei Gemütsänderungen des Fahrers zu verringern, wie etwa, wenn der Fahrer das Gaspedal aggressiv drückt, den Befehl jedoch schnell entfernt, wie folgt: $\begin{array}{l} H_{l p_k_{1,2}} = & (1 - h_{1,2}) H_{l p_k_{1,2} - 1} + h_{1,2} Π_{k}^{*} \\ h_{1,2} \\ = \frac{T_{s}}{τ_{1,2} + T_{S}} \end{array}$
wobei es sich bei h_1,2 um zwei Zeitkonstanten in der diskreten Domäne handelt.
Die Aktivierungsstrategie wird über eine beispielhafte Beschleunigungskurve bei 7 veranschaulicht. Die bei gezeigten Kurven sind mit der X-Achse, die den gefilterten Ladedruckmangel darstellt, und der Y-Achse, die die gefilterte Änderungsrate des Ladedruckmangels darstellt, erstellt. Der durch die durchgezogene Linie 702 dargestellte Aktivierungsschwellenwert wird in Abhängigkeit des gefilterten Π* bestimmt. Die Beschleunigungskurve für den Fall, dass keine elektrische Unterstützung von dem elektrischen Motor erforderlich ist, ist durch die transparenten Kreise 706 gezeigt. Die Beschleunigungskurve für den Fall, dass elektrische Unterstützung von dem elektrischen Motor erforderlich ist, ist durch die ausgefüllten Kreise 704 gezeigt. Die Kalibrierung zeigt, dass der elektrische Kompressor aktiviert wird, wenn die Änderungsrate von Π* hoch ist, auch wenn das absolute Π* gering ist. Andererseits, wenn Π* allmählich entwickelt wird, um ein nicht akzeptables Level zu erreicht, aktiviert die Strategie den elektrischen Kompressor. Die Hauptkriterien zum Deaktivieren des elektrischen Kompressors sind, wenn der Turbolader in der Lage ist, die gewünschte Ladung aufrechtzuerhalten oder der Ladedruckmangel reduziert wird und unter einem Schwellenwert liegt, wie etwa, wenn: $Π^{*} \leq α$
wobei α eine kalibrierbare Konstante ist.
Es versteht sich, dass, während sich die vorstehend erörterten Beispiele auf eine Konfiguration beziehen, die einen Turbolader beinhaltet, der an einen elektrischen Kompressor gekoppelt ist, dies nicht einschränkend sein soll. In anderen Beispielen kann der Turbolader mit elektrischer Unterstützung konfiguriert sein (z. B. als ein E-Turbo mit einem elektrischen Motor, der an den Verdichter, die Turbine oder die Turboladerwelle gekoppelt ist). Weitere Beispiele können sich auf aufgeladene Motoren beziehen, die gestufte Kompressoren oder gestufte Turbolader aufweisen, von denen mindestens einer eine elektrische Unterstützung aufweist.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Steuerarchitektur für ein Aufladungsverbundsystem mit einer höherfrequenten Verdichtungsvorrichtung mit elektrischer Unterstützung und einer niederfrequenten Verdichtungsvorrichtung gezeigt. Zum Beispiel kann die Steuerarchitektur auf ein Motorsystem angewandt werden, das einen elektrischen Kompressorverdichter (z. B. ersten Verdichter 110 aus 1) aufweist, der an einen Motoransaugkanal stromaufwärts eines Turboladerverdichters (z. B. zweiten Verdichters 114 aus 1) gekoppelt ist. Die Steuerungsarchitektur kann von einer Steuerung (z. B. der Steuerung 12 aus 1) verwendet werden, während ein Steuerverfahren, wie etwa das Verfahren 200 aus 2, durchgeführt wird, um die Ladedruckabgabe zu regulieren.
Die Steuerung des elektrischen Kompressors (C₁) beinhaltet einen dynamischen Zuteiler (D₁), der die gewünschte Ladedrucksteuerreferenz aufteilt; eine Zustandsmaschine (A₁), die den Betrieb des elektrischen Kompressorsystems verwaltet; eine Steuerung mit geschlossenem Kreislauf (I₁), der aus einer modellbasierten Vorwärtskopplungsfunktion (F₁) besteht, und eine Rückkopplungssteuerung (H₁) zum Berechnen des Befehls für die gewünschte Drehzahl des elektrischen Kompressors.
Die Vorwärtskopplungssteuerhandlung (n_{eSC_ff}) des elektrischen Kompressors beruht auf der stationären Verdichterabbildung, die von dem Lieferanten bereitgestellt wird. Die Verdichterabbildung wird umgewandelt, um die gewünschte Verdichterdrehzahl nachzusehen, und zwar auf Grundlage der Eingaben des korrigierten Massenstroms (ṁ_korr) und des gewünschten Druckverhältnisses $(\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}}) .$
$n_{e S C_f f} = f_{1} (\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}}, {\dot{m}}_{k o r r})$
Der Massenstrom (m) wird als der gewünschte Zylinderluftstrom geschätzt, dann auf den Referenzdruck (P_ref) und die Temperatur (T_ref) korrigiert. ${\dot{m}}_{k o r r} = \frac{\dot{m} \sqrt{\frac{T_{0}}{T_{r e f}} P_{0}}}{P_{r e f}}$
Die gewünschte Ladedruckreferenz des elektrischen Kompressors wird von dem gewünschten Drosseleinlassdruck $(P_{2}^{*})$
erhalten, der von einem Hochpassfilter (H₁) verarbeitet wird. Die Frequenzen, die durch den Hochpassfilter gelangen, sind die Frequenzen, auf die der Turbolader nicht reagieren kann, anders formuliert, der Mangel der Turboladerfähigkeit. Eine Steuerung mit geschlossenem Kreislauf C₁ bestimmt den Befehl für die gewünschte Drehzahl (n_eSC) des elektrischen Kompressors. C₂ ist die Steuerung für den Turbolader, die die Wastegate-Position (θ_wg) bestimmt. Aufgrund der Dynamik zwischen dem Wastegate und der Turboladerdrehzahl gibt es im Allgemeinen keinen Bedarf, einen Tiefpassfilter zu $P_{2}^{*}$
zur Turboladersteuerung hinzuzufügen, jedoch kann einer bei Bedarf hinzugefügt werden. Außerdem ist C₂ dazu ausgelegt, dass das Wastegate bei großen Übergängen gesättigt ist, und stimmt nur die Reaktion ab, wenn sich der Drosseleinlassdruck dem gewünschten Ziel nähert. Zu diesem Zeitpunkt werden die Steuerhandlungen von C₁ aufgrund des Hochpassfilters, der eine minimale Interaktion zwischen den zwei Aktoren sicherstellt, größtenteils reduziert.
Eine proportionale Rückkopplungssteuerung (H₁) wird umgesetzt, um eine Nichtübereinstimmung des Anlagenmodells (der Abbildung des elektrischen Kompressorverdichters) zu berücksichtigen. Eine stationäre Aufladungsnachverfolgung ist dazu ausgelegt, von dem Hauptturbolader geliefert zu werden. Aus diesem Grund gibt es kein Integralverhalten in der Rückkopplungssteuerung. Ein Voreil-Kompensator wird hinzugefügt, um die Reaktion der Steuerung mit geschlossenem Kreislauf zu formen, da die Drehzahlsteuerung des elektrischen Kompressors mit innerem Kreislauf eine andere Bandbreite zum Steuern der Drehzahl bei zunehmenden oder abnehmenden Richtungen aufweisen kann.
Die Überwachungssteuerung (A₁) wird entwickelt, um den elektrischen Kompressor und das Umgehungsventil des elektrischen Kompressors zu koordinieren. Die Hauptaufgabe der Überwachungssteuerung liegt darin, zu bestimmen, wann der elektrische Kompressor und das Umgehungsventil des elektrischen Kompressors zu aktivieren und zu deaktivieren sind, um Steueranforderungen zu erfüllen, die Systemeinschränkungen und Hardwareschutz unterliegen. Auf einem hohen Level wird der elektrische Kompressor aktiviert und das Umgehungsventil wird geschlossen, wenn die Aktivierungskriterien erfüllt sind und keine Systemfehler beobachtet werden. Sobald die Deaktivierungskriterien erfüllt sind oder Systemfehler beobachtet werden, wird der elektrische Kompressor deaktiviert und das Umgehungsventil wird geöffnet.
Ein gewünschtes Ladedruckverhältnis an beiden Verdichtern $(\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}})$
zusammen mit einem gemessenen (z. B. erreichten) Druckverhältnis am Turboladerverdichter $(\frac{P_{2}}{P_{1}})$
werden in den dynamischen Zuteiler D₁ eingegeben. Das Druckverhältnis am Turboladerverdichter kann durch die Turboladersteuerung C₂ gesteuert werden, die das gewünschte Ladedruckverhältnis an beiden Verdichtern sowie das gemessene Druckverhältnis am Turboladerverdichter als Rückkopplung empfängt. Die Steuerung C₂ erzeugt dann ein Signal zum Anpassen eines Grads der Öffnung eines Turbolader-Wastegateaktors (θ_wg), das dann zum Turbolader G₂ gesendet wird, was zu dem Druckverhältnis am Turboladerverdichter $\frac{P_{2}}{P_{1}}$
führt. Somit kann die Öffnung des Turbolader-Wastegateaktors auf Grundlage des gewünschten Druckverhältnisses und des erreichten Druckverhältnisses am Turboladerverdichter gesteuert werden. Wenn beispielsweise das gewünschte Ladedruckverhältnis zunimmt, kann der Grad der Öffnung des Wastegateaktors verringert werden, um einen größeren Teil von Abgas durch eine Turbine des Turboladers und nicht durch den Turbolader-Wastegateaktor zu strömen, wodurch eine Drehzahl der Turbine und infolgedessen das Druckverhältnis am Turboladerverdichter erhöht werden.
Der dynamische Zuteiler D₁ verwendet das Druckverhältnis am Turboladerverdichter und das gesamte gewünschte Ladedruckverhältnis, um ein gewünschtes Druckverhältnis $(\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}})$
für den Kompressorverdichter zu bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Funktionen. Das gewünschte Druckverhältnis für den Kompressor sowie die gemessenen Drücke P₀ und P₂ und der gewünschte Ladedruck $P_{2}^{*}$
werden in eine Zustandsmaschine A₁ eingegeben, bei der es sich um eine Überwachungssteuerung für ein diskretes Ereignissystem handelt. Die Zustandsmaschine A₁ bestimmt, ob P₂ unzureichend genug ist (z. B. größer als ein Schwellendefizit), um die Aktivierung des elektrischen Kompressors auszulösen. Zusätzlich gibt es andere Kriterien, die sicherstellen, dass der Betrieb des elektrischen Kompressors andere Systemeinschränkungen nicht missachten würde, zum Beispiel aufgrund von Fehlern, Temperatur, Verfügbarkeit von elektrischer Leistung usw. Eine Hysterese wird ebenfalls wie folgt zu den Aktivierungskriterien hinzugefügt: $\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}} = \frac{P_{2}}{P_{1}} \geq H y s t e r e s e$
um einen Einschalt-/Ausschaltzyklus des Systems zu vermeiden.
Sobald die Aktivierung des elektrischen Kompressors ausgelöst wird, wird das gewünschte Druckverhältnis des Kompressorverdichters zusammen mit einem gewünschten Massenstrom (m) in eine modellbasierte Vorwärtskopplungssteuerung F₁ eingegeben. Zum Beispiel kann eine modellbasierte Vorwärtskopplungssteuerung F₁ eine entsprechende Drehzahl des Kompressorverdichters von einer Verdichterabbildung nachsehen. Die entsprechende Drehzahl des Kompressorverdichters, n_{eSC_ff}, wird dann zu einem Additionselement 518 ausgegeben.
Das gewünschte Druckverhältnis des Kompressorverdichters wird ebenfalls in ein Additionselement 520 zusammen mit einem Rückkopplungssignal, das das tatsächliche Druckverhältnis des Kompressorverdichters $(\frac{P_{1}}{P_{0}})$
betrifft, eingegeben, das von dem gewünschten Druckverhältnis des Kompressorverdichters als Teil einer Steuerung C₁ mit äußerem Kreislauf subtrahiert wird. Das Ergebnis wird in eine Fehlerrückkopplungssteuerung eingegeben, um die Drehzahl des Kompressorverdichters abzustimmen sowie Ungenauigkeiten der Verdichterabbildung zu regulieren. Eine Rückkopplungsreaktion, die die Drehzahl des Kompressorverdichters, n_{eSC_fb}, betrifft, die von der Fehlerrückkopplungssteuerung erzeugt wird, wird dann zum Additionselement 518 hinzugefügt, das die Drehzahl des elektrischen Kompressorverdichters n_eSC für die gegebenen Betriebsbedingungen ausgibt. Die Drehzahl des elektrischen Kompressorverdichters kann in ein entsprechendes elektrisches Signal (z. B. Arbeitszyklus) umgewandelt werden, das auf einen elektrischen Motor des elektrischen Kompressors G₁ angewandt wird, um das Druckverhältnis am Kompressorverdichter $(\frac{P_{1}}{P_{0}})$
zu erzeugen. Somit kann die Drehzahl des Kompressorverdichters auf Grundlage von $\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}} und \frac{P_{2}}{P_{1}}$
und insbesondere eines Mangels zwischen $\frac{P_{2}}{P_{1}} und \frac{P_{2}^{*}}{P_{0}}$
kontinuierlich aktualisiert werden.
Unter Bezugnahme auf 6 ist ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Betreiben eines aufgeladenen Motorsystems mit einem elektrischen Kompressor (z. B. dem Kompressor 13 aus 1), der stromaufwärts eines Turboladers (z. B. des Turboladers 15 aus 1) gestuft ist, gezeigt. Vorliegend ist der Turbolader als eine Hauptaufladungsvorrichtung konfiguriert und der Kompressor ist als eine Hilfsaufladungsvorrichtung konfiguriert.
Bei 602 beinhaltet das Verfahren 200 Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zum Beispiel können beurteilte Betriebsbedingungen Motordrehzahl, Pedalposition, Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers, Krümmerabsolutdruck, Krümmerluftstrom, Krümmerlufttemperatur, Umgebungsbedingungen (wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit), Motorkühlmitteltemperatur usw. beinhalten. Zum Beispiel kann der Luftdruck von einem Drucksensor, wie etwa dem Drucksensor 58 aus 1 gemessen werden.
Bei 604 beinhaltet das Verfahren 600 Bestimmen, ob Aufladung angefordert wird. Bei einem Beispiel kann eine Aufladung bei mittleren bis hohen Verbrennungsmotorlasten angefordert sein. In einem anderen Beispiel kann eine Aufladung als Reaktion auf eine Pedalbetätigung durch einen Fahrzeugführer oder eine Zunahme des Drehmomentbedarfs des Fahrers angefordert sein. Falls keine Aufladung angefordert wird, wie etwa, wenn die Motorlast gering ist oder der Drehmomentbedarf des Fahrers gering ist, geht das Verfahren 600 zu 606 über und beinhaltet Betreiben des Motors mit natürlicher Ansaugung (z. B. Krümmervakuum). Das Betreiben des Motors mit natürlicher Ansaugung kann nicht Aktivieren der gestuften Aufladungsvorrichtungen beinhalten. Beispielsweise kann ein elektrischer Motor zum Antreiben des elektrischen Kompressors (z. B. elektrischer Motor 108) nicht mit Leistung versorgt werden und der Turbolader-Wastegateaktor kann zur vollständig offenen Position befohlen werden, um einen Teil des Abgases durch das Wastegate zu leiten, während eine Turbine des Turboladers (z. B. Turbine 116 aus 1) umgangen wird. Im Anschluss an 606 endet das Verfahren 600.
Wenn bei 604 Aufladung angefordert wird, wie etwa als Reaktion auf ein Pedalbetätigungsereignis, geht das Verfahren 600 zu 608 über und beinhaltet Erzeugen eines Befehls für ein gewünschtes Druckverhältnis (z. B. ein Zieldruckverhältnis) für den Turbolader auf Grundlage des Aufladungsbefehls. Das gewünschte Druckverhältnis, definiert als $\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}},$
ist ein Verhältnis eines gewünschten Auslassdrucks eines Verdichters des Turboladers (z. B. des zweiten Verdichters 114 aus 1), das auch gleich dem gewünschten Ladedruck (oder gewünschtem TIP) relativ zu P₀ ist, das einen Einlassdruck eines Verdichters des elektrischen Kompressors (z. B. des ersten Verdichters 110 aus 1) repräsentiert. Zum Beispiel kann P₀ gleich dem Luftdruck sein (z. B. wie durch den Drucksensor 58 aus 1 gemessen).
Bei 610 beinhaltet das Verfahren Verkleinern einer Öffnung des Turbolader-Wastegates auf Grundlage des Druckbefehls für das gesamte Druckverhältnis. Wenn beispielsweise der Druckverhältnisbefehl zunimmt, kann die Wastegate-Öffnung verringert werden. In einem Beispiel ist das Wastegate vollständig geschlossen. Durch das Schließen des Turbolader-Wastegate kann der gesamte Abgasstrom durch die Turboladerturbine geleitet werden, wobei das Hochdrehen der Turbine beschleunigt wird. Optional kann zudem ein Verdichterrückführungsventil (wie etwa das CRV 62 aus 1) geschlossen werden, sodass der Druckverlust am Turboladerverdichter reduziert wird. Anschließend strömt Druckluft über den Turboladerverdichter zum Motor. Zu diesem Zeitpunkt ist das Umgehungsventil des elektrischen Kompressors offen, was die Luft veranlasst, zum Turboladerverdichter zu strömen, während der Kompressor umgangen wird.
Bei 612 beinhaltet das Verfahren Berechnen eines Ladedruckdefizits am Turbolader. Das Ladedruckdefizit kann durch einen Ladedruckmangel $(P_{2}^{*} - P_{2}),$
bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem gewünschten Ladedruck und dem gemessenen Drosseleinlassdruck handelt, sowie eine Änderungsrate des Ladedruckmangels $(\frac{d (P_{2}^{*} - P_{2})}{d t})$
bestimmt werden. Zum Beispiel ist der Turbolader aufgrund des Turbolochs womöglich nicht in der Lage, den gewünschten Ladedruck zu erreichen, wie in Bezug auf 2 beschrieben. Die Steuerung kann außerdem einen Luftstrommangel am Turbolader (-Einlass), der dem Ladedruckdefizit entspricht, bestimmen oder Druckverhältnisse anstelle von Differenzdrücken verwenden. In alternativen Beispielen beruht das Ladedruckdefizit auf einem Verhältnis des gewünschten Ladedrucks und dem gemessenen Drosseleinlassdruck anstelle der Differenz. Anders formuliert, beruht das Ladedruckdefizit auf dem gewünschten Ladedruck relativ zum gemessenen Drosseleinlassdruck.
Bei 614 beinhaltet das Verfahren als Reaktion auf die Angabe, dass ein Ladedruckmangel vorhanden ist, Schließen des ESBV. Durch das (vollständige) Schließen des ESBV kann der elektrische Kompressorverdichter im Ansaugströmungspfad enthalten sein und Ansaugluft strömt über den elektrischen Kompressor zum Turboladerverdichter. Das heißt, dass der Luftstrom durch den Kompressorverdichter erhöht wird. In anderen Beispielen kann das ESBV als Reaktion auf den Betrag des Ladedruckdefizits geschlossen werden, wie etwa als Reaktion darauf, dass der Betrag einen Schwellenwert überschreitet, wie etwa einen Schwellenwert, über dem eine vorübergehende Aufladungsreaktion nachteilig beeinflusst wird. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob ein absoluter Betrag des Ladedruckdefizits den Schwellenwert überschreitet oder ob eine Änderungsrate des Ladedruckmangels, $\frac{d (P_{2}^{*} - P_{2})}{d t},$
den Schwellenwert überschreitet, wobei der Schwellenwert in Abhängigkeit des Ladedruckmangels kalibriert wird: $\frac{d (P_{2}^{*} - P_{2})}{d t} > f_{2} (P_{2}^{*} - P_{2})$
wobei f₂ eine Funktion repräsentiert. Zum Beispiel kann der Schwellenwert abnehmen, wenn der Ladedruckmangel zunimmt. Der Schwellenwert kann einen erlaubten Betrag des Ladedruckdefizits definieren, über dem die Spitzenleistung des Motors und die Drehmomentleistung beeinträchtigt sein können. Außerdem kann der Schwellenwert derart eingestellt werden, dass ein Betrag von zusätzlicher Leistung und zusätzlichem Drehmoment, die bzw. das durch Betreiben des elektrischen Kompressors bereitgestellt wird, einen Betrag der Elektrizität, die von dem elektrischen Kompressor verbraucht wird, überwiegt. Zusätzlich können sowohl der Ladedruckmangel als auch die Änderungsrate des Ladedruckmangels durch einen Tiefpassfilter erster Ordnung laufen. Durch das Filtern des Ladedruckmangels und/oder der Änderungsrate des Ladedruckmangels kann eine unnötige Aktivierung des Kompressorverdichters reduziert werden, wie etwa aufgrund des Gemütszustands des Fahrers (z. B. Anwenden eines Gaspedals kürzer als eine Schwellendauer). Wenn das Ladedruckdefizit nicht größer als der Schwellenwert ist, kann das ESBV offengehalten werden, der elektrische Kompressor kann deaktiviert bleiben und Druckluft kann nur über den Turboladerverdichter zum Motor strömen, während der Kompressorverdichter umgangen wird.
Bei 616 beinhaltet das Verfahren als Reaktion auf das Ladedruckdefizit Betreiben des elektrischen Kompressorverdichters unter Verwendung von elektrischer Unterstützung, um die vorübergehende Aufladungsreaktion zu verbessern. Das Betätigen des elektrischen Motors, der an den Kompressorverdichter gekoppelt ist, dient dazu, den Kompressorverdichter zu beschleunigen, wodurch der Ladedruck, der dem Motor bereitgestellt wird, erhöht wird. Beispielsweise kann das Beschleunigen des Kompressorverdichters Drehen des Kompressorverdichters über den elektrischen Motor unter Verwendung von aus einer Batterie (z. B. Systembatterie 45 aus 1) entnommener Leistung beinhalten. Aus diesem Grund kann der Kompressor dazu in der Lage sein, die Aufladung für eine begrenzte Dauer bereitzustellen, wobei die Dauer durch den Ladezustand der Systembatterie, die den elektrischen Motor mit Leistung versorgt, begrenzt wird. Ein Betrag von Leistung (oder Arbeitszyklus von Leistung), der dem elektrischen Motor befohlen wird, kann auf einem Druckverhältnis beruhen, das dem Kompressor in Abhängigkeit von dem Defizit zugeordnet wird. Zum Beispiel kann die Steuerung ein gewünschtes Druckverhältnis des Kompressors auf Grundlage des Luftstrommangels bestimmen. Die Steuerung kann ferner das berechnete Druckverhältnis und MAF des Kompressors in eine Lookup-Tabelle eingeben, um die gewünschte Drehzahl des Kompressorverdichters zu bestimmen. Die Steuerung kann dann die Drehzahl des Kompressorverdichters in eine zusätzliche Lookup-Tabelle oder Funktion, um die Elektromotordrehzahl auszugeben, und einen entsprechenden Betrag an Leistung (oder Arbeitszyklus der Leistung) zur Bereitstellung zum elektrischen Motor eingeben, um das Zieldruckverhältnis am Kompressor zu erzeugen.
Das gewünschte Kompressordruckverhältnis, $\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}},$
kann geschnitten werden, um zu verhindern, dass das gewünschte Druckziel des Kompressors $(P_{1}^{*})$
dieses gewünschte des Turboladers überschreitet, wenn P₁ größer als P₂, was kurz nach einer Öffnung der Drossel auftreten kann. Somit kann eine Steuerreferenz für den Kompressorverdichter folgendermaßen beschrieben werden: $\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}} = \frac{P_{2}^{*}}{P_{0}} \times m i n {1, \frac{P_{1}}{P_{2}}} o d e r P_{1}^{*} = P_{2}^{*} \times m i n {1, \frac{P_{1}}{P_{2}}}$
was auch gleich dem Druckverhältnisdefizit (oder Druckdefizit, wenn $P_{1}^{*}$
anstelle von $\frac{P_{1}^{*}}{P_{0}}$
bestimmt wird) des Turboladerverdichters ist. Das heißt, dass der Kompressorverdichter auf Grundlage des Ladedruckverhältnisdefizits (oder des Ladedruckdefizits) des Turboladers gesteuert werden kann, um das gewünschte Ladedruckverhältnis $\frac{P_{2}^{*}}{P_{0}}$
(oder Ladedruck $P_{2}^{*}$
bereitzustellen. Anschließend strömt Druckluft über den Turboladerverdichter und den Kompressorverdichter zum Motor. Somit enthält der Auslassdruck des Turboladerverdichters, P₂, Druck, der sowohl durch den Kompressorverdichter als auch den Turboladerverdichter erzeugt wird.
Bei 618 beinhaltet das Verfahren Bestimmen, ob der tatsächliche Ladedruck, der am Auslass des Turboladers erreicht wird, innerhalb eines Schwellenwerts des Zielladedrucks oder TIP ist. Der Schwellenwert kann in Abhängigkeit des Ziel-TIP oder des gesamten befohlenen Druckverhältnisses bestimmt werden und kann angepasst werden, um die Möglichkeit eines Drucküberschusses zu reduzieren. Zum Beispiel kann der Schwellenwert bei höheren Druckverhältnissen größer sein.
Wenn der tatsächliche Ladedruck um mehr als der Schwellenbetrag geringer als der gewünschte TIP ist, beinhaltet das Verfahren bei 622 weiter Bereitstellen von elektrischer Unterstützung über den Kompressor, während der stationäre Ladedruck über den Turbolader bereitgestellt wird. Zum kann die Steuerung die Öffnung des Wastegate beibehalten oder weiter verkleinern (sofern möglich). Zusätzlich kann die Steuerung die Elektromotordrehzahl des elektrischen Motors beibehalten oder weiter erhöhen (sofern möglich).
Wenn der tatsächliche Ladedruck nur um den Schwellenbetrag geringer als der gewünschte TIP ist, kann die Steuerung die Voreil-Kompensation anwenden und die elektrische Unterstützung unterbrechen. Insbesondere kann die Elektromotordrehzahl des elektrischen Motors derart verringert werden, dass der Ladedruck zum Ziel-TIP mit reduziertem Überschuss bewegt wird. Zusätzlich kann die Steuerung den Elektromotor zu einem Generatormodus wechseln und den Generator betreiben, um ein negatives Drehmoment auf den Kompressorverdichter anzuwenden, wodurch der Kompressorverdichter verlangsamt wird und die Energie, die anderenfalls den Ladedrucküberschuss verursacht hätte, zurückgewonnen wird.
Bei 624 kann bestätigt werden, dass der Zielladedruck erreicht wurde. Wenn der Zielladedruck nicht erreicht wird, beinhaltet das Verfahren bei 626 ferner Anpassen der Wastegate-Öffnung und/oder der Generatordrehzahl. Zum Beispiel können die Aktoren angepasst werden, um ein Zieldrehzahlprofil oder eine -kurve zum Zielladedruck bereitzustellen. Anderenfalls, wenn der Zielladedruck erreicht wurde, beinhaltet das Verfahren bei 628 Deaktivieren des Elektromotors/Generators. Darin kann der elektrische Motor, der an den Kompressorverdichter gekoppelt ist, durch ein Signal deaktiviert werden, das von der Steuerung zu einem elektromechanischen Aktor des Elektromotors gesendet werden, der die Elektromotorrotationsgeschwindigkeit reduziert. Zusätzlich kann das ESBV zu einer offenen (z. B. vollständig offenen) Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass Ansaugluft über den Turboladerverdichter zum Motor strömt, während der Kompressorverdichter umgangen wird. Anschließend kann Druckluft nur über den Turboladerverdichter und nicht über den Kompressorverdichter dem Motor zugeführt werden.
Auf diese Weise, durch das vorübergehende und dynamische Betreiben des Kompressorverdichters auf Grundlage des Druckverhältnisses des Turboladerverdichters werden Ladedruckmängel (z. B. aufgrund von Verzögerungen des Hochdrehens der Turboladerturbine) reduziert. Ferner wird eine Zeitdauer des Kompressors aktiviert und das Verbrauchen von Leistung wird minimiert, was den Verbrauch von elektrischer Leistung reduziert und die Kraftstoffeffizienz erhöht. Nach 628 endet das Verfahren.
8 stellt ein prophetisches beispielhaftes Diagramm 800 der dynamischen Zuordnung von Druckverhältnissen dar, um eine koordinierte Steuerung des Turboladers und des elektrischen Kompressors bereitzustellen, wie etwa gemäß dem Verfahren aus 2 (und 6) und unter Verwendung der Steuerarchitektur aus 5. Die Gaspedalposition ist in Verlauf 802 gezeugt, der tatsächliche Drosseleinlassdruck (TIP) ist mit der durchgezogenen Linie in Verlauf 806 relativ zum gewünschten TIP mit der gestrichelten Linie an Verlauf 805 gezeigt, ein erreichtes Druckverhältnis an einem Turboladerverdichter $(\frac{P_{2}}{P_{1}})$
ist in Verlauf 808 relativ zu einem gewünschten gesamten Ladedruckverhältnis $(\frac{P *_{2}}{P_{0}})$
das in Verlauf 804 gezeigt ist, gezeigt, eine Turbinendrehzahl des Turboladers ist in Verlauf 810 gezeigt, ein erreichtes Druckverhältnis am elektrischen Kompressorverdichter $(\frac{P_{1}}{P_{0}})$
ist in Verlauf 812 gezeigt, eine befohlene Drehzahl des Elektromotors des elektrischen Kompressors ist in Verlauf 816 gezeigt, während Verlauf 817 die Generatoraktivierung zeigt, ein Grad der Öffnung eines Umgehungsventils des elektrischen Kompressors (ESBV) ist in Verlauf 818 gezeigt und ein Grad der Öffnung eines Turbolader-Wastegate ist in Verlauf 820 gezeigt. Für alle Vorstehenden stellt die x-Achse die Zeit dar, wobei die Zeit entlang der x-Achse von links nach rechts zunimmt. Die Y-Achse stellt den gekennzeichneten Parameter dar, wobei sich die Werte von unten nach oben erhöhen. In dem vorliegenden Beispiel befindet sich der elektrische Kompressorverdichter stromaufwärts des Turboladerverdichters, wie etwa in dem Motorsystem aus 1.
Vor Zeitpunkt t1 wird der Motor aufgrund eines geringeren Fahrerbedarfs (Verlauf 802) ohne Aufladung betrieben (Verlauf 806), was einen geringeren TIP erfordert (Verlauf 805). Somit sind das tatsächliche Druckverhältnis des Turboladerverdichters (TC) (Verlauf 808) und das Verhältnis des elektrischen Kompressorverdichters (Verlauf 812) bei einem Ausgangsbetrag (z. B. ungefähr 1), wodurch angegeben wird, dass der Druck stromaufwärts von jedem Verdichter gleich dem Druck stromabwärts jedes Verdichters ist, da Luft nicht von jedem Verdichter verdichtet wird. Da der elektrische Kompressor (electric supercharger - ES) nicht aktiviert wird, bleibt die befohlene Drehzahl des elektrischen Kompressorverdichters bei null (Verlauf 816) und das ESBV ist vollständig offen (Verlauf 818). Dadurch umgeht Ansaugluft den elektrischen Kompressorverdichter, anstatt dass sie zum elektrischen Kompressorverdichter geleitet wird, wie in Bezug auf 1 weiter beschrieben. Ferner ist das Turbolader-Wastegate vollständig offen (Verlauf 820), wodurch die Drehzahl der Turboladerturbine gering gehalten wird (Verlauf 810), da das Abgas die Turbine durch das offene Wastegate umgeht.
Bei Zeitpunkt t1 betätigt der Fahrzeugführer das Pedal, wie durch die Erhöhung der Gaspedalposition gezeigt (Verlauf 802), wobei der Motor von einem Betrieb mit natürlicher Ansaugung zu einem Betrieb mit Aufladung bewegt wird. Ein gewünschter Betrag von Ladedruck, wie durch einen Anstieg des gewünschten TIP widergespiegelt (Verlauf 805), wird auf Grundlage des Betrags des vom Fahrer angeforderten Drehmoments bestimmt, und das gewünschte gesamte Druckverhältnis am aufgeladenen Motorsystem (Verlauf 804) nimmt entsprechend zu. Der Turbolader wird über einen Befehl auf Grundlage des gesamten gewünschten Ladedruckverhältnisses gesteuert. Um das gewünschte gesamte Ladedruckverhältnis im stationären Zustand bereitzustellen, wird das Turbolader-Wastegate vollständig geschlossen (Verlauf 820), wodurch das gesamte Abgas durch die Turboladerturbine (und nicht durch das Turbolader-Wastegate) geleitet wird, um die Turbine hochzudrehen. Infolgedessen beginnt die Turbinendrehzahl (Verlauf 810) zuzunehmen. Jedoch ist der Turbolader aufgrund der langsamen Reaktionszeit der Turbinendrehzahl nicht in der Lage, das gewünschte gesamte Druckverhältnis (siehe Differenz zwischen Verläufen 804 und 808) und den gewünschten TIP zu erreichen. Das tatsächliche Druckverhältnis des Turboladerverdichters (Verlauf 808) ist unter dem gewünschten gesamten Ladedruckverhältnis (Verlauf 804) zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2.
Ein Druckverhältnisdefizit und ein entsprechendes Luftstromdefizit am Turbolader wird auf Grundlage des gewünschten gesamten Druckverhältnisses (804) relativ zum tatsächlichen Ladedruckverhältnis am Turbolader (808) bestimmt (z. B. auf Grundlage der Differenz wie in diesem Beispiel oder auf Grundlage eines Verhältnisses). Ein Druckverhältnis, das dem Luftstromdefizit entspricht, wird dann dem Kompressorverdichter befohlen (Verlauf 812), sodass die Kombination des Druckverhältnisses am Kompressorverdichter (812) und das Druckverhältnis am Turboladerverdichter (808) zusammen dem gesamten gewünschten Ladedruckverhältnis (Verlauf 804) entsprechen können. Somit wird zwischen t1 und t2, wenn die Turbinendrehzahl geringer ist, ein größerer Teil des gesamten Ladedruckverhältnisses dem Kompressor zugeordnet, da ein kleinerer Teil von dem Turbolader geliefert wird.
Als Reaktion darauf, dass das Ladedruckdefizit größer als der Schwellenwert ist, wird der elektrische Kompressor kurz nach Zeitpunkt t1 aktiviert, um das Defizit aufzufüllen, während die Turbine hochdreht. Das Aktivieren des elektrischen Kompressors beinhaltet Schließen des ESBV (Verlauf 818), um Ansaugluft zum elektrischen Kompressorverdichter zu leiten, und Zuführen von Leistung zu einem elektrischen Motor, der den Verdichter antreibt, bei einem Arbeitszyklus, der den elektrischen Motor bei einer Drehzahl (Verlauf 816) betreibt, die auf dem Ladedruckdefizit des Turboladerverdichters beruht. Insbesondere wird die befohlene Drehzahl des elektrischen Motors, der an den Kompressorverdichter gekoppelt ist, derart ausgewählt, dass das gewünschte Druckverhältnis am Kompressorverdichter bereitgestellt werden kann. Das gewünschte Druckverhältnis des elektrischen Kompressorverdichters nimmt zu, wenn das Ladedruckdefizit am Turboladerverdichter zunimmt. Zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 wird ein größerer Teil des gesamten Ladedruckverhältnisses (Verlauf 806) von dem Ladedruck bereitgestellt, der von dem elektrischen Kompressor erzeugt wird, wobei das Druckverhältnis des elektrischen Kompressor schnell zunimmt (Verlauf 812), wenn der elektrische Motor aktiviert wird. Ein kleinerer Teil des gesamten Ladedruckverhältnisses wird von dem Druckverhältnis des Turboladers (Verlauf 808) aufgrund der geringeren Drehzahl der Turboladerturbine (Verlauf 810) bereitgestellt.
Zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 dreht die Turbine langsam hoch (Verlauf 810). Jedoch bleibt das Druckverhältnis am Turboladerverdichter (Verlauf 808) noch immer hinter dem gesamten erreichten Ladedruckverhältnis (Verlauf 806). Zwischen Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 nimmt die Turbinendrehzahl (Verlauf 810) schneller zu, und zwar mit einer entsprechenden Erhöhung des Druckverhältnisses am Turboladerverdichter (Verlauf 808) und einer entsprechenden Verringerung des Ladedruckdefizits. Wenn das Druckverhältnis am Turboladerverdichter (Verlauf 808) zunimmt, nimmt das Druckverhältnis am Kompressorverdichter ab, sodass das erreicht gesamte Ladedruckverhältnis (Verlauf 806) dem gewünschten Ladedruckverhältnis gleicht. Dann, sobald das erreichte gesamte Ladedruckverhältnis (Verlauf 806) nahe am gewünschten Ladedruckverhältnis (804) ist, wird das Druckverhältnis am Kompressorverdichter allmählich verringert (durch Anpassungen eines Arbeitszyklus des elektrischen Motors), wenn das Druckverhältnis am Turboladerverdichter zunimmt. Zwischen t2 und t3 wird ein zunehmender Abschnitt des gesamten Ladedruckverhältnisses (Verlauf 806) von dem Ladedruck bereitgestellt, der von dem Turbolader erzeugt wird, und ein übriger Teil wird von dem Ladedruck bereitgestellt, der von dem elektrischen Kompressor erzeugt wird.
Bei Zeitpunkt t3 befindet sich ein tatsächlicher TIP (Verlauf 806) innerhalb eines Schwellenwerts des gewünschten TIP (Verlauf 805) aufgrund des Ladedrucks, der sowohl vom Turboladerverdichter als auch vom elektrischen Kompressorverdichter erzeugt wird. Um einen Ladedrucküberschuss zu reduzieren, wendet die Steuerung zwischen t3 und t4 eine Voreil-Kompensation an, um die Drehzahl des elektrischen Motors zu reduzieren, bevor sich P₂ $P_{2}^{*}$
annähert. Insbesondere, bevor der tatsächliche TIP den Ziel-TIP erreicht, bremst der elektrische Motor den Verdichter, um die Drehzahl des Kompressorverdichters und das ES-Druckverhältnis zu reduzieren. Der Generatorbefehl (Verlauf 817) impliziert, dass der Elektromotor in einem Generatormodus betrieben wird, der eine Energierückgewinnung am elektrischen Motor/Generator, der an den Kompressorverdichter gekoppelt ist, ermöglicht. Das Turbolader-Wastegate kann beginnen, sich zwischen Zeitpunkt t3 und Zeitpunkt t4 zu öffnen (Verlauf 820). Wenn diese Voreil-Kompensation nicht bereitgestellt worden wäre, würde der TIP den gewünschten Wert überschritten haben, was zu Drehmomentfehlern führt, und eine Möglichkeit zur Energierückgewinnung würde verlorengehen.
Bei Zeitpunkt t4 erreicht das Druckverhältnis des Turboladerverdichters (Verlauf 808) das gewünschte gesamte Druckverhältnis (Verlauf 804). Aus diesem Grund wir das gewünschte Druckverhältnis am Kompressorverdichter (Verlauf 812) auf einen Ausgangsbetrag (z. B. ungefähr 1) reduziert und der elektrische Kompressor wird deaktiviert (z. B. wird keine Leistung dem elektrischen Motor zugeführt, der den Kompressorverdichter antreibt). Das ESBV wird geöffnet (Verlauf 818), um Ansaugluft direkt zum Turboladerverdichter und nicht zum Kompressorverdichter zu leiten, und die befohlene Drehzahl des elektrischen Kompressors (Verlauf 816) wird auf null reduziert. Wenn der Kompressorverdichter herunterdreht, kehrt das Druckverhältnis am Kompressorverdichter (Verlauf 812) zum Ausgang zurück. Ferner wird ein Grad der Öffnung des Turbolader-Wastegateaktors als Reaktion darauf, dass das Ladedruckverhältnis des Turboladerverdichters (Verlauf 808) das gewünschte Ladedruckverhältnis erreicht (Verlauf 804), erhöht (Verlauf 820). Somit wird die Turbinendrehzahl (Verlauf 810) aufrechterhalten, um das gewünschte Ladedruckziel mit Rückkopplung bereitzustellen, betreffend das erreichte Ladedruckverhältnis des Turboladerverdichters (Verlauf 808).
Bei Zeitpunkt t5 nimmt die Gaspedalposition ab (Verlauf 802). Infolgedessen verringert sich das gewünschte gesamte Ladedruckverhältnis (Verlauf 804). Um den Ladedruck zu reduzieren, wird der Turbolader-Wastegateaktor (Verlauf 820) weiter geöffnet, um die Turboladerturbine (Verlauf 810) und dadurch den Turboladerverdichter zu verlangsamen. Infolgedessen nimmt das erreichte Druckverhältnis am Turboladerverdichter (Verlauf 808) ab. Da der elektrische Kompressor deaktiviert ist, führt der Turboladerverdichter ferner den gesamten Ladedruck zu.
Bei Zeitpunkt t6 nimmt die Gaspedalposition weiter ab (Verlauf 802), zum Beispiel aufgrund eines Loslassens des Pedals. Das gewünschte gesamte Ladedruckverhältnis (Verlauf 804) verringert sich auf den Ausgangswert, wenn Aufladung nicht mehr erforderlich ist, auf Grundlage des Fahrerbedarfs. Das Turbolader-Wastegate wird vollständig geöffnet (Verlauf 820), um den Ladedruck zu reduzieren, wodurch die Turboladerturbine (Verlauf 810) herunter zu einer Ausgangsdrehzahl verlangsamt wird. Die Drehzahl des Turboladerverdichters nimmt dementsprechend ab, wodurch der Betrag an Ladedruck, der von dem Turboladerverdichter erzeugt wird, abnimmt. Infolgedessen nimmt das Druckverhältnis am Turboladerverdichter (Verlauf 808) auf den Ausgangswert (z. B. ungefähr 1) ab. Wie vorstehend beschrieben, nimmt das gesamte Ladedruckverhältnis (Verlauf 806) ebenfalls auf den Ausgangswert ab, da der Turboladerverdichter den gesamten Ladedruck zuführt.
Auf diese Weise kann ein Turboladerverdichter, der stromabwärts eines Kompressorverdichters gekoppelt ist, über eine Wastegate-Anpassung betrieben werden, um ein gesamtes Druckverhältnis zwischen einem Einlass des Kompressorverdichters und einem Auslass des Turboladerverdichters auf Grundlage des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers bereitzustellen, während der Betrieb des Kompressorverdichters dynamisch angepasst wird, und zwar über eine Anpassung eines elektrischen Motors, auf Grundlage eines Echtzeitdruckverhältnis(oder Luftstrom)-mangels am Turboladerverdichter. Vorliegend kann das Betreiben des Turboladerverdichters über die Wastegate-Anpassung Verkleinern einer Öffnung des Wastegate beinhalten, wenn der Aufladungsbedarf des Fahrzeugführers zunimmt, um eine Abgasturbine des Turboladers hochzudrehen und das gesamte Druckverhältnis zu erhöhen. In einem weiteren Beispiel kann der Echtzeitdruck(oder Luftstrom)-mangel am Turboladerverdichter auf Grundlage eines tatsächlichen Druckverhältnisses am Turboladerverdichter relativ zum gewünschten gesamten Druckverhältnis geschätzt werden, wobei sich das tatsächliche Druckverhältnis am Turboladerverdichter verändert, wenn die Abgasturbine hochdreht. Eine Motorsteuerung kann den Betrieb des Kompressorverdichters durch Erhöhen eins positiven Elektromotordrehmoments, das von dem elektrischen Motor zum Kompressorverdichter bereitgestellt, anpassen, um eine Drehzahl des Kompressorverdichters zu erhöhen, wenn der Luftstrommangel zunimmt, während ein tatsächliches Druckverhältnis am Kompressorverdichter unter einem Schwellendruck beibehalten wird, und zwar auf Grundlage des gewünschten gesamten Druckverhältnisses und ferner auf Grundlage des tatsächlichen Druckverhältnisses am Turboladerverdichter. Ferner kann die Steuerung als Reaktion darauf, dass eine Differenz (oder ein Verhältnis) zwischen dem tatsächlichen Drosseleinlassdruck und einem Zieldrosseleinlassdruck auf Grundlage des Aufladungsbedarfs des Fahrzeugführers höher als ein Schwellenwert ist, ein negatives Elektromotordrehmoment erhöhen, das von dem elektrischen Motor zum Kompressorverdichter bereitgestellt wird, um die Drehzahl des Kompressorverdichters zu verringern. In einem anderen Beispiel kann die Drehzahl des Kompressorverdichters als Reaktion auf einen Ladedrucküberschuss reduziert werden, indem negatives Elektromotordrehmoment vom elektrischen Motor bereitgestellt wird, während die verkleinerte Öffnung des Wastegate beibehalten wird. Im Vergleich dazu kann die Drehzahl des Kompressorverdichters als Reaktion auf ein Unterschreiten des Ladedrucks erhöht werden, indem zusätzliches positives Elektromotordrehmoment vom elektrischen Motor bereitgestellt wird, während die Öffnung des Wastegate weiter verkleinert wird. Das Anpassen des Betriebs des Kompressorverdichters auf Grundlage des Luftstrommangels kann beispielsweise Anpassen einer Ausgabe des Kompressorverdichters unabhängig von einer Position des Wastegate und unabhängig von einer Turbinendrehzahl des Turboladers beinhalten.
Auf diese Weise kann elektrischer Kompressor als Reaktion auf ein Ladedruckdefizit aktiviert werden, während Aufladung mit einem Turbolader eines Aufladungsverbundsystems bereitgestellt wird, um einen gewünschten Ladedruck zu erreichen, wobei sowohl der Turbolader als auch der elektrische Kompressor auf Grundlage von Messungen des Druckverhältnisses gesteuert werden. Der technische Effekt für das dynamische Anpassen der Druckverhältniszuordnung zum elektrischen Kompressor auf Grundlage der Aufladungsfähigkeit des Turboladers in Echtzeit besteht darin, dass die vorübergehende Aufladungsreaktion verbessert werden kann. Insbesondere kann der elektrische Kompressor nur solange aktiviert werden, wie es erforderlich ist, um den Turbolader zu unterstützen, wodurch die elektrische Unterstützung vom Kompressor minimiert wird. Durch das Sparen der elektrischen Leistungsnutzung wird die Kraftstoffeffizienz verbessert. Durch das aggressivere Kalibrieren des Druckverhältnisses, das dem elektrischen Kompressor und dem Turbolader befohlen wird, kann der Aufladungsbedarf zweckmäßiger erfüllt werden. Durch das Bereitstellen eines positiven Elektromotordrehmoments zum elektrischen Kompressor, wenn die Aufladungsfähigkeit des Turboladers der tatsächliche Ladedruck oder geringer ist, kann das Turboloch angegangen werden. Der technische Effekt für das Übergehen zum Bereitstellen eines negativen Elektromotordrehmoments, wenn der Ladedruck innerhalb einer Schwellenentfernung vom Zieldruck ist, besteht darin, dass sich der Ladedruck zum Zieldruck bewegen kann, ohne dass es zu einem Drucküberschuss kommt. Zusätzlich wird die Energierückgewinnungsfähigkeit des elektrischen Motors verbessert. Insgesamt kann der Ladedruck schnell und effizienter bereitgestellt werden.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst: Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für eine erste Verdichtungsvorrichtung eines Motoreinlasses auf Grundlage von Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers; und Anpassen eines Zeitpunkts der elektrischen Ineingriffnahme, die einer zweiten Verdichtungsvorrichtung des Motoreinlasses bereitgestellt wird, auf Grundlage eines Luftstrommangels an der ersten Verdichtungsvorrichtung. In dem vorhergehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional Anpassen eines Betrags der elektrischen Ineingriffnahme, die der zweiten Verdichtungsvorrichtung des Motoreinlasses bereitgestellt wird, auf Grundlage des Luftstrommangels an der ersten Verdichtungsvorrichtung. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele werden der Zeitpunkt und der Betrag der elektrischen Ineingriffnahme zusätzlich oder optional angepasst, um ein Druckverhältnis an der zweiten Verdichtungsvorrichtung dynamisch zu variieren. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Anpassen zusätzlich oder optional: Betreiben des elektrischen Motors in einem Elektromotormodus, um positives Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung bereitzustellen, während der Luftstrommangel an der ersten Verdichtungsvorrichtung höher als ein Schwellenwert ist, und Betreiben des elektrischen Motors in einem Generatormodus, um negatives Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung bereitzustellen, während der Luftstrommangel an der ersten Verdichtungsvorrichtung kleiner als der Schwellenwert ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Bereitstellen von positivem Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung zusätzlich oder optional Beschleunigen der zweiten Verdichtungsvorrichtung und Erhöhen des Druckverhältnisses an der zweiten Verdichtungsvorrichtung beinhaltet, und wobei Bereitstellen von negativem Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung Beschleunigen der zweiten Verdichtungsvorrichtung und Verringern des Druckverhältnisses an der zweiten Verdichtungsvorrichtung beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beruht der Schwellenwert zusätzlich oder optional auf dem gesamten Druckverhältnis, das der ersten Verdichtungsvorrichtung befohlen wird, und wobei der Drosseleinlassdruck während der elektrischen Ineingriffnahme unter einem Zielladedruck ist, und zwar auf Grundlage des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Anpassen zusätzlich oder optional ferner Deaktivieren der elektrischen Ineingriffnahme als Reaktion darauf, dass der Drosseleinlassdruck bei dem Zielladedruck ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die erste Verdichtungsvorrichtung ein Turbolader, ist die zweite Verdichtungsvorrichtung ein elektrischer Kompressor, und wobei die erste Verdichtungsvorrichtung stromabwärts der zweiten Verdichtungsvorrichtung im Motoreinlass gestuft ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für die erste Verdichtungsvorrichtung zusätzlich oder optional Anpassen einer Öffnung eines Abgas-Wastegateventils, das an eine Abgasturbine des Turboladers gekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird der Luftstrommangel zusätzlich oder optional in Echtzeit auf Grundlage eines tatsächlichen Druckverhältnis an der ersten Verdichtungsvorrichtung relativ zum befohlenen gesamten Druckverhältnis geschätzt, wobei sich das tatsächliche Druckverhältnis am Turboladerverdichter verändert, wenn die Abgasturbine hochdreht.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst: Anpassen des Betriebs einer ersten Einlassverdichtungsvorrichtung auf Grundlage eines Zielladedrucks; Befehlen eines positiven Drehmoments von einem elektrischen Motor zu einer Einlassverdichtungsvorrichtung, während eine Differenz zwischen einem Auslassdruck der ersten Verdichtungsvorrichtung und dem Zielladedruck höher als ein Schwellenwert ist; und Befehlen von negativem Drehmoment von dem elektrischen Motor zur zweiten Einlassverdichtungsvorrichtung, während die Differenz kleiner als der Schwellenwert ist. In dem vorhergehenden Beispiel handelt es sich bei der ersten Ansaugverdichtungsvorrichtung zusätzlich oder optional um einen Turbolader mit einer langsameren Reaktionszeit als die zweite Ansaugverdichtungsvorrichtung, und wobei das Anpassen Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für die erste Ansaugverdichtungsvorrichtung auf Grundlage des Zielladedrucks und Anpassen einer Öffnung eines Wastegateventils, das an die Abgasturbine des Turboladers gekoppelt ist, auf Grundlage des befohlenen gesamten Druckverhältnisses beinhaltet. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist der Auslassdruck der ersten Verdichtungsvorrichtung zusätzlich oder optional unter dem Zielladedruck, während sowohl das positive Drehmoment als auch das negative Drehmoment befohlen werden. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional Deaktivieren des elektrischen Motors als Reaktion darauf, dass der Auslassdruck der ersten Verdichtungsvorrichtung bei dem Zielladedruck ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die zweite Verdichtungsvorrichtung zusätzlich oder optional ein elektrischer Kompressor und wobei das Befehlen dynamisches Variieren eines Druckverhältnisses an der zweiten Verdichtungsvorrichtung über das negative Drehmoment oder das positive Drehmoment beinhaltet, während das Druckverhältnis an der zweiten Verdichtungsvorrichtung unter einem gewünschten Druckverhältnis an der ersten Verdichtungsvorrichtung beibehalten wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet Befehlen des positiven Drehmoments zusätzlich oder optional Schätzen eines Luftstrommangels an der ersten Verdichtungsvorrichtung in Echtzeit auf Grundlage der Differenz zwischen dem Auslassdruck der ersten Verdichtungsvorrichtung und dem Zielladedruck; und Erhöhen einer Verdichterdrehzahl der zweiten Verdichtungsvorrichtung über das positive Drehmoment, wenn der geschätzte Luftstrommangel zunimmt.
Ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugsystem umfasst: einen Motor, der einen Einlass aufweist; ein Gaspedal zum Empfangen eines Drehmomentbedarfs eines Fahrzeugführers; ein Aufladungsverbundsystem, beinhaltend einen ersten Turboladerverdichter, der von einem elektrischen Motor angetrieben wird, der elektrische Energie von einer Batterie aufnimmt, und einen zweiten Turboladerverdichter, der von einer Abgasturbine angetrieben wird, wobei der zweite Verdichter stromabwärts des ersten Verdichters im Motoreinlass positioniert ist; eine Umgehung, die ein Umgehungsventil beinhaltet, das an den ersten Verdichter gekoppelt ist; ein Wastegate, das einen Wastegateaktor beinhaltet, der an die Abgasturbine gekoppelt ist; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für den zweiten Verdichter auf Grundlage des Drehmomentbedarfs vom Fahrzeugführer; wenn ein tatsächliches Druckverhältnis des zweiten Verdichters weiter weg von dem gesamten Druckverhältnis ist, Bereitstellen von positivem Elektromotordrehmoment, um ein Druckverhältnis des ersten Verdichters zu erhöhen; und wenn das tatsächliche Druckverhältnis des zweiten Verdichters näher am gesamten Druckverhältnis ist, Bereitstellen von negativem Elektromotordrehmoment, um das Druckverhältnis des ersten Verdichters zu verringern. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet das Befehlen des gesamten Druckverhältnisses zusätzlich oder optional Verkleinern der Öffnung des Wastegateaktors, wenn der Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers zunimmt, um das tatsächliche Druckverhältnis am zweiten Verdichter zu erhöhen, wobei Bereitstellen des positiven Elektromotordrehmoments Betreiben des elektrischen Motors in einem Autofahrmodus mit einer Elektromotorausgabe auf Grundlage eines Luftstrommangels beinhaltet, wobei der Luftstrommangel auf Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Druckverhältnis des zweiten Verdichters und dem gesamten Druckverhältnis geschätzt wird, und wobei Bereitstellen des negativen Drehmoments Betreiben des elektrischen Motors in einem Erzeugungsmodus mit einer Generatorausgabe auf Grundlage der Differenz beinhaltet. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet die Steuerung, zusätzlich oder optional, ferner Anweisungen zum: Schließen des ESBV während des Bereitstellens des positiven und des negativen Elektromotordrehmoments. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das System zusätzlich oder optional einen ersten Drucksensor, der an den Einlass stromaufwärts des ersten Verdichters gekoppelt ist, um Luftdruck zu schätzen; einen zweiten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des ersten Verdichters und stromaufwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, zum Schätzen des Turboladereinlassdrucks; einen dritten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, zum Schätzen eines Drosseleinlassdrucks; und wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Schätzen des gesamten Druckverhältnisses auf Grundlage einer Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors; Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses am zweiten Verdichter auf Grundlage einer Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des zweiten Drucksensors; und Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses des ersten Verdichters auf Grundlage einer Ausgabe des zweiten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors.
In einer weiteren Darstellung kann die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhalten: Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses des ersten Verdichters auf Grundlage einer Ausgabe des zweiten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors; Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses am zweiten Verdichter auf Grundlage der Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des zweiten Drucksensors; und Schätzen des gesamten Druckverhältnisses des Motoreinlasses auf Grundlage der Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors.
In einer anderen weiteren Darstellung beinhaltet ein Verfahren für ein aufgeladenes Motorsystem Leiten eines Befehls für das gesamten Druckverhältnis zu einem Turbolader; und dynamisches Anpassen der Zuordnung eines Teils des Befehls für das gesamte Druckverhältnis zum Kompressor auf Grundlage eines Luftstrommangels am Turboladerverdichter, wobei der Luftstrommangel auf der Turbinendrehzahl beruht. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet das Leiten eines Befehls für das gesamte Druckverhältnis zum Turbolader zusätzlich oder optional eine Wastegate-Anpassung. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird der Luftstrommangel zusätzlich oder optional auf Grundlage eines tatsächlichen Druckverhältnisses am Turbolader relativ zum Befehl für das gesamte Druckverhältnis geschätzt, wobei das tatsächliche Druckverhältnis von der Turbinendrehzahl abgeleitet wird.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der konkreten eingesetzten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewandt werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere in dieser Schrift offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr derartiger Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche, egal, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1927739 A1 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für eine erste Verdichtungsvorrichtung eines Motoreinlasses auf Grundlage von Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers; und Anpassen eines Zeitpunkts der elektrischen Ineingriffnahme, die einer zweiten Verdichtungsvorrichtung des Motoreinlasses bereitgestellt wird, auf Grundlage eines Luftstrommangels an der ersten Verdichtungsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anpassen eines Betrags der elektrischen Ineingriffnahme, die der zweiten Verdichtungsvorrichtung des Motoreinlasses bereitgestellt wird, auf Grundlage des Luftstrommangels an der ersten Verdichtungsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Zeitpunkt und der Betrag der elektrischen Ineingriffnahme angepasst wird, um ein Druckverhältnis an der zweiten Verdichtungsvorrichtung dynamisch zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Anpassen Folgendes beinhaltet: Betreiben des elektrischen Motors in einem Elektromotormodus, um positives Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung bereitzustellen, während der Luftstrommangel an der ersten Verdichtungsvorrichtung höher als ein Schwellenwert ist, und Betreiben des elektrischen Motors in einem Generatormodus, um negatives Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung bereitzustellen, während der Luftstrommangel an der ersten Verdichtungsvorrichtung kleiner als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Bereitstellen von positivem Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung Beschleunigen der zweiten Verdichtungsvorrichtung und Erhöhen des Druckverhältnisses an der zweiten Verdichtungsvorrichtung beinhaltet, und wobei Bereitstellen von negativem Elektromotordrehmoment zur zweiten Verdichtungsvorrichtung Beschleunigen der zweiten Verdichtungsvorrichtung und Verringern des Druckverhältnisses an der zweiten Verdichtungsvorrichtung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schwellenwert auf dem gesamten Druckverhältnis beruht, das der ersten Verdichtungsvorrichtung befohlen wird, und wobei der Drosseleinlassdruck während der elektrischen Ineingriffnahme unter einem Zielladedruck ist, auf Grundlage des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anpassen ferner Deaktivieren der elektrischen Ineingriffnahme als Reaktion darauf, dass der Drosseleinlassdruck bei dem Zielladedruck ist, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Verdichtungsvorrichtung ein Turbolader ist, die zweite Verdichtungsvorrichtung ein elektrischer Kompressor ist, und wobei die erste Verdichtungsvorrichtung stromabwärts der zweiten Verdichtungsvorrichtung im Motoreinlass gestuft ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für die erste Verdichtungsvorrichtung Anpassen einer Öffnung eines Abgas-Wastegateventils, das an die Abgasturbine des Turboladers gekoppelt ist, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Luftstrommangel in Echtzeit auf Grundlage eines tatsächlichen Druckverhältnisses an der ersten Verdichtungsvorrichtung relativ zum befohlenen gesamten Druckverhältnis geschätzt wird, wobei sich das tatsächliche Druckverhältnis am Turboladerverdichter verändert, wenn die Abgasturbine hochläuft.
Fahrzeugsystem, umfassend: einen Motor, der einen Einlass aufweist; ein Gaspedal zum Empfangen eines Drehmomentbedarfs eines Fahrzeugführers; ein Aufladungsverbundsystem, beinhaltend einen ersten Turboladerverdichter, der von einem elektrischen Motor angetrieben wird, der elektrische Energie von einer Batterie aufnimmt, und einen zweiten Turboladerverdichter, der von einer Abgasturbine angetrieben wird, wobei der zweite Verdichter stromabwärts des ersten Verdichters im Motoreinlass positioniert ist; eine Umgehung, die ein Umgehungsventil beinhaltet, das an den ersten Verdichter gekoppelt ist; ein Wastegate, das einen Wastegateaktor beinhaltet, der an die Abgasturbine gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Befehlen eines gesamten Druckverhältnisses für den zweiten Verdichter auf Grundlage des Drehmomentbedarfs vom Fahrzeugführer; wenn ein tatsächliches Druckverhältnis des zweiten Verdichters weiter weg von dem gesamten Druckverhältnis ist, Bereitstellen von positivem Elektromotordrehmoment, um ein Druckverhältnis des ersten Verdichters zu erhöhen; und wenn das tatsächliche Druckverhältnis des zweiten Verdichters näher am gesamten Druckverhältnis ist, Bereitstellen von negativem Elektromotordrehmoment, um das Druckverhältnis des ersten Verdichters zu verringern.
System nach Anspruch 11, wobei Befehlen des gesamten Druckverhältnisses Verkleinern der Öffnung des Wastegateaktors beinhaltet, wenn der Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers zunimmt, um das tatsächliche Druckverhältnis am zweiten Verdichter zu erhöhen, wobei Bereitstellen des positiven Elektromotordrehmoments Betreiben des elektrischen Motors in einem Autofahrmodus mit einer Elektromotorausgabe auf Grundlage eines Luftstrommangels beinhaltet, wobei der Luftstrommangel auf Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Druckverhältnis des zweiten Verdichters und dem gesamten Druckverhältnis geschätzt wird, und wobei Bereitstellen des negativen Drehmoments Betreiben des elektrischen Motors in einem Erzeugungsmodus mit einer Generatorausgabe auf Grundlage der Differenz beinhaltet.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Schließen des ESBV während des Bereitstellens des positiven und des negativen Elektromotordrehmoments.
System nach Anspruch 12, ferner umfassend: einen ersten Drucksensor, der an den Einlass stromaufwärts des ersten Verdichters gekoppelt ist, um Luftdruck zu schätzen; einen zweiten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des ersten Verdichters und stromaufwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, zum Schätzen des Turboladereinlassdrucks; und einen dritten Drucksensor, der an den Einlass stromabwärts des zweiten Verdichters gekoppelt ist, zum Schätzen eines Drosseleinlassdrucks.
System nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Schätzen des gesamten Druckverhältnisses auf Grundlage einer Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors; Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses am zweiten Verdichter auf Grundlage einer Ausgabe des dritten Drucksensors relativ zur Ausgabe des zweiten Drucksensors; und Schätzen des tatsächlichen Druckverhältnisses des ersten Verdichters auf Grundlage einer Ausgabe des zweiten Drucksensors relativ zur Ausgabe des ersten Drucksensors.