DE102019217554A1 - Method for operating an electrically assisted exhaust gas turbocharger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch unterstützen Abgasturboladers (30) eines Fahrzeuges (1) mit Abgasturboaufladung, wobei das Fahrzeug (1) durch wenigstens einen elektrischen Antrieb (22, 23) und durch eine Brennkraftmaschine (10) angetrieben wird, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:
- Betreiben des Abgasturboladers (30) in einem ersten Betriebszustand, bei welchem eine Rekuperation durch den Abgasturbolader (30) durch wenigstens ein Betriebskriterium begrenzt wird, wobei das Betriebskriterium zumindest für einen Wirkungsgrad der Abgasturboaufladung und/oder der Brennkraftmaschine (10) spezifisch ist,
- Überwachen wenigstens eines Betriebsparameters des Fahrzeuges (1) zur Detektion eines kritischen Zustands für den elektrischen Antrieb (22, 23),
- Betreiben des Abgasturboladers (30) in einem zweiten Betriebszustand, wenn der kritische Zustand detektiert wird, wobei im zweiten Betriebszustand die Begrenzung der Rekuperation durch das Betriebskriterium aufgehoben ist.
The invention relates to a method for operating an electrically assisted exhaust gas turbocharger (30) of a vehicle (1) with exhaust gas turbocharging, the vehicle (1) being driven by at least one electric drive (22, 23) and by an internal combustion engine (10), the the following steps are carried out:
- Operating the exhaust gas turbocharger (30) in a first operating state in which recuperation by the exhaust gas turbocharger (30) is limited by at least one operating criterion, the operating criterion being specific at least for an efficiency of the exhaust gas turbocharger and / or the internal combustion engine (10),
- Monitoring at least one operating parameter of the vehicle (1) to detect a critical state for the electric drive (22, 23),
- Operating the exhaust gas turbocharger (30) in a second operating state when the critical state is detected, the limitation of the recuperation by the operating criterion being lifted in the second operating state.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch unterstützen Abgasturboladers eines Fahrzeuges mit Abgasturboaufladung.The present invention relates to a method for operating an electrically assisted exhaust gas turbocharger of a vehicle with exhaust gas turbocharging.
Aus dem Stand der Technik sind Abgasturbolader (ATL) bekannt, bei welchen ein Teil der Energie des Motorabgases bei Kraftfahrzeugen mittels einer Abgasturbine wiederverwendet werden kann. Darüber hinaus ist es bekannt, dass das Verhalten des Abgasturboladers mittels einer Elektromaschine verbessert werden kann. Diese Technik wird auch als elektrisch unterstützter Abgasturbolader (kurz eATL oder E-Turbo) bezeichnet. Der zur Unterstützung eingesetzte Hilfsantrieb kann mit der Welle des ATL zur Unterstützung des Verdichters verbunden sein, und zusätzlich Leistung für den Antrieb des Verdichters zur Verfügung stellen. Auch kann durch den hierbei als Hilfsantrieb verwendeten Elektromotor Abgasenergie rekuperiert werden. Allerdings kann sich bei der Rekuperation der Ladungswechsel des Motors verschlechtern - es stellt sich ein höherer Abgasgegendruck ein. Daher wird die Rekuperation unter Berücksichtigung des Motorkennfeldes eingesetzt, und nur in solchen Bereichen des Motorkennfeldes die Abgasenergie in elektrische Energie umgewandelt, in denen sich die Motorparameter hierdurch nicht stark verändern. In anderen Worten wird die Rekuperation derart begrenzt, dass stets ein hoher Wirkungsgrad des Motors gewährleistet ist.Exhaust gas turbochargers are known from the prior art, in which part of the energy of the engine exhaust gas in motor vehicles can be reused by means of an exhaust gas turbine. In addition, it is known that the behavior of the exhaust gas turbocharger can be improved by means of an electric machine. This technology is also known as an electrically assisted exhaust gas turbocharger (eATL or E-Turbo for short). The auxiliary drive used for support can be connected to the shaft of the turbocharger to support the compressor, and also provide power for driving the compressor. The electric motor used here as an auxiliary drive can also be used to recuperate exhaust gas energy. However, the gas exchange of the engine can deteriorate during recuperation - there is a higher exhaust gas back pressure. Therefore, the recuperation is used taking into account the engine map, and the exhaust gas energy is only converted into electrical energy in those areas of the engine map in which the engine parameters do not change significantly as a result. In other words, the recuperation is limited in such a way that a high level of efficiency of the engine is always guaranteed.
Aus der
Ferner ist es bekannt, dass bei HEV-Antrieben, also bei Hybridelektrokraftfahrzeugen, die Spezifikation der Hochvolt-Batterie die elektrische Leistungsfähigkeit limitiert. So kann ein niedriger Ladungszustand, also State-of-Charge (SoC), als auch eine unzulässige Betriebstemperatur der Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) dazu führen, dass ein hybridischer Fahrmodus stark eingeschränkt oder sogar nicht verfügbar ist. Besonders problematisch kann dies bei Fahrzeugen sein, welche einen elektrischen Allradantrieb nutzen. Bspw. kann hier eine der Achsen, wie die Vorderachse, über die Hauptantriebseinheit und die andere der Achsen, wie die Hinterachse, über einen elektrischen Antrieb angetrieben werden. Eine Beschränkung oder ein Verlust des hybridischen Fahrmodus kann dann zum Verlust der Allradfähigkeit führen. It is also known that in HEV drives, that is to say in hybrid electric vehicles, the specification of the high-voltage battery limits the electrical performance. For example, a low state of charge (SoC) and an impermissible operating temperature of the high-voltage battery (HV battery) can result in a hybrid driving mode being severely restricted or even not available. This can be particularly problematic in vehicles that use electric all-wheel drive. For example, one of the axles, such as the front axle, can be driven via the main drive unit and the other of the axles, such as the rear axle, can be driven via an electric drive. Restricting or losing the hybrid driving mode can then lead to the loss of all-wheel drive capability.
Grundsätzlich kann es in den beschriebenen Situationen vorteilhaft sein, eine Energierückgewinnung über die Abgasturbine zu nutzen. Problematisch ist dennoch bei herkömmlichen Lösungen zur Energierückgewinnung aus dem Abgas, dass die zurückgewonnene Energie in manchen Situationen nicht ausreichen kann, um betriebsrelevante Funktionen des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten.In principle, it can be advantageous in the situations described to use energy recovery via the exhaust gas turbine. However, the problem with conventional solutions for energy recovery from the exhaust gas is that the recovered energy may not be sufficient in some situations to maintain operationally relevant functions of the vehicle.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Betrieb des Abgasturboladers vorzuschlagen.It is therefore an object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to propose an improved operation of the exhaust gas turbocharger.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The above object is achieved by a method with the features of
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben wenigstens eines, insbesondere elektrisch unterstützen, Abgasturboladers eines Fahrzeuges. Das Fahrzeug kann durch eine Brennkraftmaschine - und insbesondere auch durch wenigstens einen elektrischen Antrieb - angetrieben werden. Der Abgasturbolader wird nachfolgend kurz ATL und der elektrisch unterstützte Abgasturbolader auch kurz eATL bezeichnet.The object is achieved in particular by a method for operating at least one, in particular electrically assisted, exhaust gas turbocharger of a vehicle. The vehicle can be driven by an internal combustion engine - and in particular also by at least one electric drive. The exhaust gas turbocharger is hereinafter referred to as ATL for short and the electrically assisted exhaust gas turbocharger is also referred to for short as eATL.
Da der Abgasturbolader beim Fahrzeug vorgesehen ist, wird bei dem Fahrzeug eine Abgasturboaufladung durch den Abgasturbolader bereitgestellt, welche zur Steigerung der Motorleistung oder der Effizienz der Brennkraftmaschine dienen kann. In anderen Worten kann der Abgasturbolader primär zur Verbesserung eines Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Entsprechend kann als ein erster Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Abgasturbolader in einem ersten Betriebszustand betrieben wird, wobei im ersten Betriebszustand eine Rekuperation durch den Abgasturbolader durch wenigstens ein Betriebskriterium begrenzt wird. Im ersten Betriebszustand kann der Abgasturbolader damit vorzugsweise derart betrieben werden, dass gemäß dem Betriebskriterium der Wirkungsgrad optimiert wird. In anderen Worten handelt es sich um ein wirkungsgradoptimiertes Betreiben des Abgasturboladers im ersten Betriebszustand. Damit ist das Betriebskriterium zumindest für einen Wirkungsgrad der Abgasturboaufladung und/oder der Brennkraftmaschine spezifisch. Die Rekuperation wird hier zwar durchgeführt, aber nur begrenzt.Since the exhaust gas turbocharger is provided in the vehicle, exhaust gas turbocharging is provided in the vehicle by the exhaust gas turbocharger, which can serve to increase the engine output or the efficiency of the internal combustion engine. In other words, the exhaust gas turbocharger can be used primarily to improve the efficiency of the internal combustion engine. Accordingly, it can be provided as a first method step of the method according to the invention that the exhaust gas turbocharger is operated in a first operating state, with recuperation by the exhaust gas turbocharger being limited by at least one operating criterion in the first operating state. In the first operating state, the exhaust gas turbocharger can thus preferably be operated in such a way that the efficiency is optimized in accordance with the operating criterion. In other words, it is an efficiency-optimized operation of the exhaust gas turbocharger in the first operating state. The operating criterion is thus specific at least for an efficiency of the exhaust gas turbocharger and / or the internal combustion engine. The recuperation is carried out here, but only to a limited extent.
In einem zweiten Verfahrensschritt kann ein Überwachen wenigstens eines Betriebsparameters des Fahrzeuges zur Detektion eines kritischen Zustands für den elektrischen Antrieb erfolgen. Wenigstens ein möglicher Betriebsparameter, welcher für den elektrischen Antrieb relevant ist, kann ein Ladezustand und/oder eine Temperatur einer Traktionsbatterie für den elektrischen Antrieb sein. Somit kann die Überwachung z. B. durch ein Batteriemanagementsystem durchgeführt werden, welches entsprechende Sensoren (und/oder Messgeräte) an der Traktionsbatterie nutzt.In a second method step, at least one operating parameter of the vehicle can be monitored to detect a critical one State for the electric drive. At least one possible operating parameter that is relevant for the electric drive can be a state of charge and / or a temperature of a traction battery for the electric drive. Thus, the monitoring z. B. can be carried out by a battery management system, which uses appropriate sensors (and / or measuring devices) on the traction battery.
Anschließend kann gemäß einem dritten Verfahrensschritt ein Betreiben des Abgasturboladers in einem zweiten Betriebszustand erfolgen, insbesondere dann, wenn der kritische Zustand detektiert wird. Im zweiten Betriebszustand kann die Begrenzung der Rekuperation durch das Betriebskriterium aufgehoben sein. In anderen Worten kommt es im zweiten Betriebszustand nicht mehr auf das Betriebskriterium des ersten Betriebszustand primär an. Stattdessen kann der Abgasturbolader im zweiten Betriebszustand- im Gegensatz zum ersten Betriebszustand - primär zur Rekuperation betrieben werden. Bspw. der Wirkungsgrad wird somit nur noch sekundär oder nicht mehr im Betrieb des zweiten Betriebszustand berücksichtigt.Then, according to a third method step, the exhaust gas turbocharger can be operated in a second operating state, in particular when the critical state is detected. In the second operating state, the limitation of the recuperation by the operating criterion can be lifted. In other words, in the second operating state, the operating criterion of the first operating state is no longer primarily important. Instead, in the second operating state - in contrast to the first operating state - the exhaust gas turbocharger can be operated primarily for recuperation. For example, the efficiency is therefore only taken into account in a secondary manner or no longer in the operation of the second operating state.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann der Vorteil erzielt werden, dass in bestimmten Situationen, z. B. bei begrenzter Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie, die Betriebsfähigkeit des elektrischen Antriebs gewährleistet werden kann. Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn das Fahrzeug einen zumindest teilweise elektrisch betriebenen Allradantrieb aufweist. Dann kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auch im kritischen Zustand eine signifikante Allradfähigkeit sichergestellt werden.By means of a method according to the invention, the advantage can be achieved that in certain situations, e.g. B. with limited capacity of the traction battery, the operability of the electric drive can be guaranteed. Another advantage can be achieved if the vehicle has an at least partially electrically operated all-wheel drive. The method according to the invention can then ensure a significant all-wheel drive capability even in a critical state.
Die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens können nacheinander oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Einzelne und/oder sämtliche Schritte können dabei auch wiederholt durchgeführt werden. Die Verfahrensschritte können zumindest teilweise durch eine Fahrzeugelektronik, insbesondere durch wenigstens ein Steuergerät und/oder Batteriemanagementsystem und/oder dergleichen, durchgeführt werden.The process steps of a process according to the invention can be carried out one after the other or in any order. Individual and / or all steps can also be carried out repeatedly. The method steps can be carried out at least partially by vehicle electronics, in particular by at least one control device and / or battery management system and / or the like.
Konkret kann bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen sein, dass der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (insbesondere in der Funktion einer Hauptantriebseinheit des Fahrzeuges) im zweiten Betriebszustand derart gewählt wird, dass die Turbinenleistung des eATL maximal ist (d. h. maximal unter Einhaltung von Stabilitätskriterien des verbrennungsmotorischen Brennverfahrens). Mit dieser maximalen Turbinenleistung kann durch den eATL eine maximale elektrische Leistung rekuperiert werden, welche direkt für den Betrieb elektrischer Verbraucher und/oder direkt für den elektrischen Antrieb und vorzugsweise für einen Antrieb einer elektrischen Achse des Fahrzeuges eingesetzt werden kann. Dadurch kann bspw. der Vorteil bei einem Fahrzeug mit elektrischem Allradantrieb erzielt werden, dass auch bei begrenzter Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie eine signifikante Allradfähigkeit sichergestellt wird. Es kann sich also um ein bewusstes Einstellen eines aus Sicht des Wirkungsgrads und/oder weiterer Betriebskriterien wie des CO2-Ausstoßes des Fahrzeuges nicht optimalen Betriebspunks handeln, bei welchem eine Optimierung der Betriebsstrategie auf maximale Rekuperation von Abgasenergie zum Antrieb der elektrischen Achse erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist hierbei die Verfügbarkeit elektrischer Leistung zum Betrieb der elektrischen Achse unabhängig von der Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie. Durch die zusätzlich erzeugte Energie kann die Größe der kostenintensiven Traktionsbatterie verringert werden, da die elektrische Energie rekuperiert wird und für den Antrieb der elektrischen Achse genutzt werden kann.Specifically, in the solution according to the invention, it can be provided that the operating point of the internal combustion engine (in particular in the function of a main drive unit of the vehicle) is selected in the second operating state in such a way that the turbine output of the eATL is at its maximum (i.e. maximum while adhering to the stability criteria of the internal combustion engine combustion process). With this maximum turbine power, the eATL can recuperate a maximum electrical power which can be used directly for the operation of electrical consumers and / or directly for the electrical drive and preferably for driving an electrical axle of the vehicle. In this way, for example, in a vehicle with electric all-wheel drive, the advantage can be achieved that a significant all-wheel capability is ensured even with limited capacity of the traction battery. It can therefore be a deliberate setting of an operating point that is not optimal from the point of view of efficiency and / or other operating criteria such as the vehicle's CO2 emissions, in which the operating strategy is optimized for maximum recuperation of exhaust gas energy to drive the electric axle. Another advantage here is the availability of electrical power to operate the electric axle regardless of the performance of the traction battery. The additional energy generated can reduce the size of the cost-intensive traction battery, since the electrical energy is recuperated and can be used to drive the electric axle.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug, insbesondere gleisloses Landkraftfahrzeug, ausgebildet ist. So kann das Fahrzeug z. B. als ein Hybridfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine zur Traktion umfasst, ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Fahrzeug mit einem Hochvolt-Bordnetz und/oder wenigstens einem Elektromotor (insbesondere als der elektrische Antrieb des Fahrzeuges) ausgeführt sein. Das Fahrzeug kann eine wiederaufladbare Traktionsbatterie, insbesondere Hochvoltbatterie, zum Betreiben des Elektromotors bzw. des elektrischen Antriebs aufweisen. Auch kann das Fahrzeug als ein Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet sein. Es kann sich weiter bei dem Fahrzeug um ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug handeln. Darüber hinaus kann das Fahrzeug einen Allradantrieb aufweisen. Der Allradantrieb ist insbesondere ein elektrischer Allradantrieb, bei welchem ein Verlust des hybridischen Fahrmodus zu einem Verlust der Allradfähigkeit führen kann. Die Traktionsbatterie kann vorzugsweise als eine Hochvoltbatterie des Fahrzeuges ausgeführt sein, welche wiederaufladbar ausgeführt ist. Dabei kann die Traktionsbatterie zum Antrieb des Fahrzeuges, also für den elektrischen Antrieb, dienen.It is also advantageous if the vehicle is designed as a motor vehicle, in particular a trackless land motor vehicle. So the vehicle can z. B. be designed as a hybrid vehicle comprising an internal combustion engine and an electric machine for traction. The vehicle can preferably be designed with a high-voltage electrical system and / or at least one electric motor (in particular as the electric drive of the vehicle). The vehicle can have a rechargeable traction battery, in particular a high-voltage battery, for operating the electric motor or the electric drive. The vehicle can also be designed as a fuel cell vehicle. The vehicle can also be a passenger vehicle or a truck. In addition, the vehicle can have all-wheel drive. The all-wheel drive is in particular an electric all-wheel drive, in which a loss of the hybrid driving mode can lead to a loss of the all-wheel drive capability. The traction battery can preferably be designed as a high-voltage battery of the vehicle, which is designed to be rechargeable. The traction battery can be used to drive the vehicle, i.e. for the electric drive.
Es kann möglich sein, dass eine der Achsen des Fahrzeuges, wie die Vorderachse, über die Hauptantriebseinheit und die andere der Achsen, wie die Hinterachse, über einen elektrischen Antrieb, insbesondere Elektromotor, angetrieben werden. In diesem Zusammenhang kann auch von einem elektrischen Allradantrieb gesprochen werden. Die elektrisch angetriebene Achse kann dabei auch unabhängig von der Hauptantriebseinheit angetrieben werden, und damit als unabhängige elektrische Achse.It may be possible for one of the axles of the vehicle, such as the front axle, to be driven via the main drive unit and the other of the axles, such as the rear axle, to be driven via an electric drive, in particular an electric motor. In this context, one can also speak of an electric all-wheel drive. The electrically driven axle can also be driven independently of the main drive unit, and thus as an independent electric axle.
Der erste Betriebszustand kann vorteilhafterweise einen Normalbetrieb bezeichnen, welcher überwiegend beim Betrieb des Fahrzeuges genutzt wird. Entsprechend kann es sich bei dem zweiten Betriebszustand um einen Ausnahmebetrieb handeln.The first operating state can advantageously designate normal operation, which is mainly used when the vehicle is in operation. Correspondingly, the second operating state can be an exceptional operation.
Im ersten Betriebszustand kann es entsprechend dem Betriebskriterium vorgesehen sein, dass die Auswirkungen der Rekuperation durch den eATL auf den motorischen Betrieb des Fahrzeuges so klein wie möglich gehalten werden. Entsprechend kann bei der Rekuperation durch eine Elektromaschine des eATL die Last der Brennkraftmaschine (d. h. Verbrennungskraftmaschine oder kurz VKM) des Fahrzeuges im Wesentlichen konstant bleiben. So kann eine maximal mögliche Rekuperation je nach Betriebspunkt der VKM vordefiniert sein. Diese maximale Rekuperation kann bspw. zuvor am Motor-Prüfstand ermittelt worden sein, und bspw. in der Form eines Kennfeldes vorgegeben werden. Der Druck vor der Turbine des eATL kann bei der Rekuperation ansteigen, wobei im ersten Betriebszustand eine Grenze für den maximalen Druck genutzt werden kann. Die Begrenzung der Rekuperation kann dann anhand dieser Grenze erfolgen, wobei die Grenze abhängig vom Betriebspunkt gewählt sein kann. Um die Rekuperation energieeffizient durchzuführen, kann eine variable Turbinengeometrie (VTG) des eATL eingestellt werden. Der Einsatz der Rekuperation und/oder die Einstellung der VTG kann im ersten Betriebszustand derart erfolgen, dass eine Verbesserung des Wirkungsgrads und des Betriebsverhaltens der Abgasturboaufladung und der VKM erfolgt. In anderen Worten erfolgt im ersten Betriebszustand bzw. im Normalbetrieb ein wirkungsgradoptimierter Betrieb der eATL und eine wirkungsgradoptimierte Rekuperation. Auch kann hierbei die VTG, also die variable Geometrie der Turbine, wirkungsgradoptimiert eingestellt werden, und/oder die Elektromaschine des eATL verwendet werden, um als zuschaltbarer Generator einen von der Turbine bereitgestellten Leistungsüberschuss aufzunehmen. Wird durch den wirkungsgradoptimierten Betrieb der Turbine mehr Leistung an der Welle des eATL zur Verfügung gestellt als beabsichtigt, kann sich die an der Welle zur Verfügung gestellte Leistung mittels der von der Elektromaschine als Generator aufgenommenen Leistung mindern lassen.In the first operating state, it can be provided in accordance with the operating criterion that the effects of recuperation by the eATL on the engine operation of the vehicle are kept as small as possible. Correspondingly, during recuperation by an electric machine of the eATL, the load on the internal combustion engine (i.e. internal combustion engine or ICE for short) of the vehicle can remain essentially constant. A maximum possible recuperation can be predefined depending on the operating point of the ICE. This maximum recuperation can, for example, have been determined beforehand on the engine test bench and, for example, can be specified in the form of a characteristic map. The pressure in front of the turbine of the eATL can increase during recuperation, whereby a limit for the maximum pressure can be used in the first operating state. The recuperation can then be limited on the basis of this limit, the limit being able to be selected as a function of the operating point. In order to carry out the recuperation in an energy-efficient manner, a variable turbine geometry (VTG) of the eATL can be set. The use of recuperation and / or the setting of the VTG can take place in the first operating state in such a way that the efficiency and operating behavior of the exhaust gas turbocharger and the ICE are improved. In other words, in the first operating state or in normal operation, there is an efficiency-optimized operation of the eATL and an efficiency-optimized recuperation. The VTG, i.e. the variable geometry of the turbine, can also be set in an efficiency-optimized manner and / or the electric machine of the eATL can be used as a switchable generator to absorb excess power provided by the turbine. If more power is made available on the shaft of the eATL than intended due to the efficiency-optimized operation of the turbine, the power made available on the shaft can be reduced by means of the power consumed by the electric machine as a generator.
Es ist möglich, dass zum zweiten Betriebszustand gewechselt wird, wenn der kritische Zustand detektiert wird, also bspw. ein Ladezustand der Traktionsbatterie unterhalb eines Grenzwertes fällt oder die Temperatur der Traktionsbatterie unter einem weiteren Grenzwert fällt. Durch den Wechsel zum zweiten Betriebszustand wird der erste Betriebszustand verlassen. Auf diese Weise kann die Rekuperation freigegeben und aktiviert werden. Auf eine weitere Voraussetzung für die Aktivierung der Rekuperation gemäß dem Betriebskriterium kann dabei verzichtet werden. Konkret kann es hinsichtlich der Einhaltung von Grenzen für einen wirkungsgradoptimierten Betrieb ungeprüft bleiben, dass ein zulässiger Betriebspunkt der VKM vorliegt, wobei Stabilitätskriterien für die Verbrennung selbstverständlich weiterhin eingehalten werden.It is possible to switch to the second operating state when the critical state is detected, for example a charge state of the traction battery falls below a limit value or the temperature of the traction battery falls below a further limit value. By changing to the second operating state, the first operating state is exited. In this way, recuperation can be released and activated. Another prerequisite for activating recuperation in accordance with the operating criterion can be dispensed with. Specifically, with regard to compliance with limits for an efficiency-optimized operation, it can remain unchecked that a permissible operating point of the ICE is present, whereby stability criteria for the combustion are of course still adhered to.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass im zweiten Betriebszustand der Wirkungsgrad verringert wird, um eine durch den Abgasturbolader rekuperierte elektrische Leistung zum Betreiben des elektrischen Antriebs zu erhöhen. Dies hat den Vorteil, dass die Rekuperation maximiert werden kann, wenn hierbei die Verschlechterung des Wirkungsgrads in Kauf genommen wird.For example, it can be provided that the efficiency is reduced in the second operating state in order to increase the electrical power recuperated by the exhaust gas turbocharger for operating the electrical drive. This has the advantage that recuperation can be maximized if the deterioration in efficiency is accepted.
Es kann weiter möglich sein, dass im zweiten Betriebszustand eine Turbinenleistung des Abgasturboladers erhöht wird, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verringert und die Rekuperation erhöht wird. Somit wird die Erhöhung der Turbinenleistung als eine konkrete Maßnahme vorgeschlagen, um ohne Rücksicht auf den Wirkungsgrad ein Maximum an elektrischer Leistung zum Betreiben des elektrischen Antriebs des Fahrzeuges durch Rekuperation zu erhalten.It can furthermore be possible for a turbine output of the exhaust gas turbocharger to be increased in the second operating state, as a result of which the efficiency of the internal combustion engine is reduced and the recuperation is increased. Thus, increasing the turbine power is proposed as a specific measure in order to obtain a maximum of electrical power for operating the electrical drive of the vehicle through recuperation, regardless of the degree of efficiency.
Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie (VTG) ausgeführt ist, insbesondere um die Turbinenleistung einstellen zu können. Konkret kann es vorgesehen sein, dass die Turbine des Abgasturboladers, also die Abgasturbine, die VTG aufweist. Dies gestattet eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der VKM durch Verstellen der Turbinengeometrie und insbesondere des wirksamen Turbinenquerschnittes. Dabei kann ggf. in einem gewissen Umfang eine drehzahlabhängige bzw. lastabhängige Regelung der Turbinengeometrie erfolgen. Im Eintrittsbereich der Turbine können Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet sein. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades können die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine rotieren. Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln - soweit vorhanden - nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Wird hingegen eine Turbine mit VTG eingesetzt, sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluss genommen werden kann.Advantageously, within the scope of the invention it can be provided that the exhaust gas turbocharger is designed with a variable turbine geometry (VTG), in particular in order to be able to adjust the turbine power. Specifically, it can be provided that the turbine of the exhaust gas turbocharger, that is to say the exhaust gas turbine, has the VTG. This allows further adaptation to the respective operating point of the ICE by adjusting the turbine geometry and in particular the effective turbine cross-section. If necessary, a speed-dependent or load-dependent regulation of the turbine geometry can take place to a certain extent. In the inlet area of the turbine, guide vanes can be arranged to influence the direction of flow. In contrast to the rotating blades of the rotating impeller, the guide blades cannot rotate with the shaft of the turbine. If the turbine has a fixed, unchangeable geometry, the guide vanes - if they exist - are not only stationary but also completely immovable in the inlet area, i.e. H. rigidly fixed. If, on the other hand, a turbine with VTG is used, the guide vanes are stationary, but not completely immobile, but rotatable around their axis, so that the flow to the rotor blades can be influenced.
Die VKM kann zur Aufladung den mindestens einen Abgasturbolader, insbesondere eATL aufweisen. Diese aufgeladene VKM kann neben dem ATL zusätzlich ein Ansaugsystem zur Zuführung von Ladeluft und ein Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases aufweisen. Der ATL kann eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter aufweisen. Die Turbine und der Verdichter können dabei auf derselben drehbaren Welle des ATL angeordnet sein. Die Turbine des ATL kann eine variable Turbinengeometrie aufweisen. Weiter kann ein mit der Welle des mindestens einen ATL zumindest antriebsverbindbarer Hilfsantrieb vorgesehen sein, welcher zur Unterstützung des Verdichters genutzt wird, und zusätzlich Leistung für den Antrieb des Verdichters zur Verfügung stellen und an den Verdichter abgeben kann. Der Hilfsantrieb und die variable Geometrie der Turbine kann in Abhängigkeit voneinander gesteuert werden. Dabei ist es möglich, dass im ersten Betriebszustand die variable Geometrie der Turbine wirkungsgradoptimiert eingestellt wird, wobei der Hilfsantrieb verwendet wird, um als zuschaltbarer Hilfsantrieb einen angeforderten Leistungsmehrbedarf zu befriedigen. Als Hilfsantrieb kann hierbei eine Elektromaschine verwendet werden. Auch kann es möglich sein, dass die mit der Welle antriebsverbundene Elektromaschine als Generator betrieben wird und Leistung von der Turbine aufnimmt, wodurch die für den Antrieb des Verdichters von der Turbine zur Verfügung gestellte Leistung vermindert wird und der Ladedruck stromabwärts des Verdichters gesenkt wird. Außerdem ist es möglich, dass die vom Generator aufgenommene Leistung als elektrische Energie in einer Traktionsbatterie gespeichert wird, also die Rekuperation durch die Elektromaschine bereitgestellt wird.The ICE can have the at least one exhaust gas turbocharger, in particular eATL, for charging. In addition to the turbocharger, this charged ICE can also have an intake system for supplying charge air and an exhaust gas discharge system for discharging the Have exhaust gas. The turbocharger can have a turbine arranged in the exhaust gas discharge system and a compressor arranged in the intake system. The turbine and the compressor can be arranged on the same rotatable shaft of the ATL. The turbine of the ATL can have a variable turbine geometry. Furthermore, an auxiliary drive that can be at least drive-connected to the shaft of the at least one turbocharger can be provided, which is used to support the compressor and can additionally provide power for driving the compressor and output it to the compressor. The auxiliary drive and the variable geometry of the turbine can be controlled as a function of one another. It is possible in the first operating state for the variable geometry of the turbine to be set in an efficiency-optimized manner, with the auxiliary drive being used as a connectable auxiliary drive to satisfy a requested additional power requirement. An electric machine can be used as an auxiliary drive. It may also be possible that the electric machine drive-connected to the shaft is operated as a generator and takes power from the turbine, whereby the power provided by the turbine for driving the compressor is reduced and the boost pressure is lowered downstream of the compressor. It is also possible that the power consumed by the generator is stored as electrical energy in a traction battery, that is to say that recuperation is provided by the electric machine.
Auch ist es optional denkbar, dass der überwachte Betriebsparameter für einen Ladezustand einer Traktionsbatterie des Fahrzeuges spezifisch ist, um einen niedrigen Ladezustand zur Detektion des kritischen Zustands zu erfassen. Insbesondere wenn der Ladezustand unter einen Grenzwert fällt, kann dies als der kritische Zustand detektiert werden. Hierzu kommt z. B. die Spannungsmessung an der Traktionsbatterie mittels eines Batteriemanagementsystems in Frage.It is also optionally conceivable that the monitored operating parameter is specific for a charge state of a traction battery of the vehicle in order to detect a low charge state for the detection of the critical state. In particular, if the state of charge falls below a limit value, this can be detected as the critical state. To this comes z. B. the voltage measurement on the traction battery by means of a battery management system in question.
Ein weiterer Vorteil kann im Rahmen der Erfindung erzielt werden, wenn der überwachte Betriebsparameter für eine Betriebstemperatur einer Traktionsbatterie des Fahrzeuges spezifisch ist, um wenigstens eine kritische Betriebstemperatur zur Detektion des kritischen Zustands zu erfassen. Insbesondere bei tiefen Temperaturen kann die Energiebereitstellung durch die Traktionsbatterie eingeschränkt sein. Hier kann der zweite Betriebszustand die Funktionsfähigkeit des elektrischen Antriebs erhalten.Another advantage can be achieved within the scope of the invention if the monitored operating parameter is specific for an operating temperature of a traction battery of the vehicle in order to detect at least one critical operating temperature for the detection of the critical state. The supply of energy by the traction battery can be restricted, especially at low temperatures. Here, the second operating state can maintain the functionality of the electric drive.
Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung optional möglich, dass das Fahrzeug als Hybridelektrokraftfahrzeug ausgeführt ist, wobei der kritische Zustand dafür spezifisch ist, dass ein hybridischer Fahrmodus des Fahrzeuges eingeschränkt oder verhindert ist. Dies kann konkret dann vorliegen, wenn die Traktionsbatterie des Fahrzeuges nicht in der Lage ist, ausreichend Energie zum Betrieb des elektrischen Antriebs bereitzustellen. Der Wechsel vom ersten in den zweiten Betriebszustand kann dann dazu dienen, den hybridischen Fahrmodus dennoch zu erhalten.Furthermore, it is optionally possible within the scope of the invention for the vehicle to be designed as a hybrid electric motor vehicle, the critical state being specific to the fact that a hybrid driving mode of the vehicle is restricted or prevented. Specifically, this can be the case when the traction battery of the vehicle is not able to provide sufficient energy to operate the electric drive. The change from the first to the second operating state can then serve to maintain the hybrid driving mode.
Zudem ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Fahrzeug einen Allradantrieb aufweist, bei welchem die Vorder- oder Hinterachse, insbesondere nur, durch den elektrischen Antrieb angetrieben wird. In anderen Worten kann eine der Achsen des Fahrzeuges als elektrische Achse ausgeführt sein. Damit ist es vorgesehen, dass diese Achse nur elektrisch angetrieben werden kann, und somit der Antrieb dieser Achse von einer ausreichenden Bereitstellung elektrischer Energie abhängig ist. Die Energie kann im ersten Betriebsmodus überwiegend durch eine Traktionsbatterie, und im zweiten Betriebsmodus überwiegend durch die Rekuperation des eATL bereitgestellt werden.In addition, it is conceivable within the scope of the invention that the vehicle has an all-wheel drive in which the front or rear axle, in particular only, is driven by the electric drive. In other words, one of the axles of the vehicle can be designed as an electric axle. It is thus provided that this axis can only be driven electrically, and thus the drive of this axis is dependent on a sufficient supply of electrical energy. In the first operating mode, the energy can be provided predominantly by a traction battery, and in the second operating mode predominantly through recuperation of the eATL.
Des Weiteren ist es denkbar, dass im zweiten Betriebszustand eine Begrenzung der Rekuperation nur durch ein Stabilitätskriterium erfolgt, welche für das verbrennungsmotorische Brennverfahren der Brennkraftmaschine spezifisch sind. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass lediglich die Stabilität der VKM beim zweiten Betriebszustand berücksichtigt wird. Bspw. wird die Rekuperation nur dann im zweiten Betriebszustand deaktiviert, wenn die Stabilität des Brennverfahrens gefährdet ist, z. B. ein Grenzwert für die Last der VKM überschritten wird.Furthermore, it is conceivable that, in the second operating state, the recuperation is limited only by a stability criterion which is specific to the internal combustion engine's internal combustion engine. In other words, it can be provided that only the stability of the ICE is taken into account in the second operating state. For example, the recuperation is only deactivated in the second operating state when the stability of the combustion process is endangered, e.g. B. a limit value for the load of the ICE is exceeded.
Ein weiterer Vorteil im Rahmen der Erfindung ist erzielbar, wenn im ersten Betriebszustand die Aktivierung der Rekuperation von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig ist, und insbesondere die Rekuperation anhand eines vordefinierten Kennfeldes aktiviert wird, um die Rekuperation wirkungsgradoptimiert durchzuführen, wobei vorteilhafterweise die wirkungsgradoptimierte Aktivierung im zweiten Betriebszustand aufgehoben ist. Bspw. kann im Normalbetrieb die Aktivierung der Rekuperation des eATL entsprechend dem Kennfeld dann, wenn ein Spülgefälle (d.h. eine Differenz zwischen Saugrohrdruck und Abgasgegendruck) positiv ist. Damit kann ein wirkungsgradoptimierter Betrieb erfolgen, welcher allerdings im zweiten Betriebszustand aufgehoben sein kann.Another advantage within the scope of the invention can be achieved if, in the first operating state, the activation of the recuperation is dependent on an operating point of the internal combustion engine, and in particular the recuperation is activated on the basis of a predefined map in order to carry out the recuperation in an efficiency-optimized manner, with the efficiency-optimized activation in the second Operating state is canceled. For example, in normal operation, recuperation of the eATL can be activated according to the map when a scavenging gradient (i.e. a difference between intake manifold pressure and exhaust gas back pressure) is positive. Efficiency-optimized operation can thus take place, which, however, can be canceled in the second operating state.
Das Begrenzen der Rekuperation durch das Betriebskriterium kann entsprechend zumindest dadurch erfolgen, dass die Aktivierung der Rekuperation von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig ist und/oder die Rekuperation anhand eines vordefinierten Kennfeldes aktiviert wird. Damit ist das Betriebskriterium spezifisch für den Wirkungsgrad der Abgasturboaufladung und/oder der Brennkraftmaschine. Das Kennfeld kann bspw. angeben, für welchen Betriebspunkt der VKM die Rekuperation freigegeben ist.The limitation of the recuperation by the operating criterion can take place accordingly at least in that the activation of the recuperation is dependent on an operating point of the internal combustion engine and / or the recuperation is activated on the basis of a predefined characteristic map. The operating criterion is therefore specific to the efficiency of the exhaust gas turbocharger and / or the internal combustion engine. The map can, for example, indicate For which operating point of the ICE recuperation is released.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
-
1 bis8 schematische Darstellungen von Fahrzeugen mit ATL, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren betreibbar ist, -
9 eine schematische Darstellung zur Visualisierung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 to8th schematic representations of vehicles with ATL, which can be operated by a method according to the invention, -
9 a schematic representation for the visualization of method steps of a method according to the invention.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following figures, the same reference numerals are used for the same technical features from different exemplary embodiments.
In
Es ergibt sich mit dieser erweiterten Topologie die Möglichkeit, mit einer E-Maschine
Die in
In
In
In den
Die
In
Gemäß einem ersten Verfahrensschritt
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided that they are technically sensible, without departing from the scope of the present invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Fahrzeug vehicle
- 1010
- Brennkraftmaschine, Verbrennungskraftmaschine, VKMInternal combustion engine, internal combustion engine, ICE
- 1111
- Riemenstartergenerator, RSG Belt starter generator, RSG
- 2121
- TraktionsbatterieTraction battery
- 2222nd
- ElektromotorElectric motor
- 2323
- elektrische Hinterachse, elektrischer Achsantriebelectric rear axle, electric final drive
- 2424
- Gleichspannungswandler DC-DC converter
- 3030th
- Abgasturbolader Exhaust gas turbocharger
- 101101
- erster Verfahrensschrittfirst procedural step
- 102102
- zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
- 103103
- dritter Verfahrensschrittthird process step
- 22,2322.23
- elektrischer Antriebelectric drive
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013106643 A1 [0003]DE 102013106643 A1 [0003]
- DE 102014221331 A1 [0003]DE 102014221331 A1 [0003]
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Legal Events
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R163 | Identified publications notified |