DE102023102280A1

DE102023102280A1 - Verfahren und systeme für turbolader

Info

Publication number: DE102023102280A1
Application number: DE102023102280.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Michael Lavertu; Adam Edgar Klingbeil; James Robert Mischler
Original assignee: Transportation IP Holdings LLC
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2022-02-01
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Bereitgestellt werden Verfahren und Systeme für einen Turbolader bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Einstellen einer Wastegate-Positionen und/oder einer Position von Leitschaufeln bei Betrieb eines Turboladers, um eine gewünschte Turbolader-Drehzahl über eine Steuerung zu erreichen. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen von Motorbetriebsparametern, um die gewünschte Turbolader-Drehzahl zu erreichen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/267,402 mit dem Titel „METHODS AND SYSTEMS FOR TURBOCHARGER“, die am 1. Februar 2022 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der oben genannten Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke einbezogen.
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstands betreffen Verbrennungsmotoren mit Turbolader, und insbesondere die Einstellung der Position eines Wastegates während Bedingungen der Erhöhung einer Motorleistungsabgabe ohne Erhöhung einer Turbodrehzahl.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Manche Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor (auch einfach als Motor bezeichnet) können einen Turbolader verwenden. Eine Art von Turbolader ist ein E-Turbo. Der E-Turbo unterscheidet sich von einem normalen Turbolader dadurch, dass er selektiv überschüssige Energie aus dem Abgas für elektrische Energie gewinnen oder dem Verdichter durch den Elektromotor zusätzliche Energie bereitstellen kann. Ein Abgasstrom kann einen Verdichter über das Drehen der Turbine antreiben, um einen oder mehrere Zylinder des Motors mit Druckluft zu versorgen. Die Verdichtung der Luft auf diese Weise kann die Leistung und das Drehmoment des Motors erhöhen. Es kann erwünscht sein, ein System und Verfahren zu haben, das sich von den derzeit verfügbaren Systemen unterscheidet.
KURZBESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung Unterstützung für ein System bereit, welches einen Motor bzw. Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und einen Turbolader mit einem Wastegate aufweist. Eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind und die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung in die Lage versetzen, eine Kombination aus dem Turbolader und dem Wastegate einzustellen, um einen bestimmten Parameter zu erreichen.
In einer anderen Ausführungsform unterstützt die vorliegende Offenbarung ferner ein Verfahren, welches die Einstellung einer oder mehrerer Wastegate-Positionen und einer Position von Leitschaufeln bei Betrieb eines Turboladers umfasst, um eine bestimmte Turbolader-Drehzahl über eine Steuerung zu erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform bietet die aktuelle Offenbarung ferner Unterstützung für ein System eines Fahrzeugs, das einen mit einem Turbolader gekoppelten Motor, einen mit einer Welle des Turboladers gekoppelten Elektromotor und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen aufweist, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen, eine Wastegate-Position und/oder eine Position von Leitschaufeln bei Betrieb eines Turboladers einzustellen, um eine bestimmte Turbolader-Drehzahl als Reaktion darauf zu erreichen, dass eine Bahngeschwindigkeit kleiner als ein unterer Schwellenwert ist und/oder die Bahngeschwindigkeit größer als ein oberer Schwellenwert ist und/oder Traktionsverlust auftritt und/oder eine Turbolader-Drehzahl eine Grenzdrehzahl überschreitet.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Vorteile werden durch das Lesen eines Ausführungsbeispiels, das hier als ausführliche Beschreibung bezeichnet wird, besser verstanden, wenn es allein oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen betrachtet wird, wobei:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems mit einem Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine Ausführungsform einer Turbine mit variabler Geometrie.
3A zeigt ein übergeordnetes Verfahren zur Einstellung des Turboladerbetriebs auf Grundlage eines bestimmten Parameters.
3B zeigt ein Steuerungsdiagramm des Verfahrens von 3A.
4 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladers des Motors basierend auf Bedingungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Beschreibung und Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstands beziehen sich auf Verfahren und Systeme zur Änderung der Leistung eines Verbrennungsmotors (ICE). Der Verbrennungsmotor kann mit einem Turbolader gekoppelt sein. Der Turbolader kann ein elektrischer Turbolader sein, der selektiv über eine Kombination aus einer elektrischen Maschine und Abgas angetrieben werden kann. In diesem Zusammenhang wird der elektrische Turbolader als E-Turbo bezeichnet. Der Betrieb von Motor, E-Turbo und Wastegate/Leitschaufeln kann modifiziert und gesteuert werden, um einen bestimmten Betriebsparameter zu erreichen, zum Beispiel eine bestimmte Drehzahl des Turboladers.
1 zeigt ein Beispiel für ein Fahrzeugsystem, das einen Motor, einen E-Turbo, ein Nachbehandlungssystem, ein Kraftstoffsystem und ein Steuerungssystem aufweist. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Turbine mit variabler Geometrie. Eine Steuerung des Fahrzeugsystems kann eine Vielzahl verschiedener Steuerstrategien verwenden, um die Drehzahl des E-Turbos auf Grundlage der bestimmten Substitutionsraten einzustellen, wie in den Verfahren der 3A und 4 und dem Steuerdiagramm von 3B gezeigt.
Ausführungsformen der Offenlegung werden in der folgenden Beschreibung offenbart und können sich auf Verfahren und Systeme für ein Mehrkraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors (ICE) beziehen, welches den E-Turbo aufweist. Der Verbrennungsmotor kann mit einer Kombination aus verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden. Diese Kraftstoffe können relativ unterschiedliche Mengen an Kohlenstoff enthalten. In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor ein Vielstoffmotor sein, der derart konfiguriert ist, dass er eine Vielzahl von Kraftstoffen verbrennt. Jeder der mehreren Kraftstoffe kann in separaten Kraftstofftanks gelagert werden. In einer Ausführungsform können einer oder mehrere der Kraftstoffe und der zugehörige Kraftstofftank in einem anderen Kraftstofftank untergebracht sein, der einen anderen Kraftstoff enthält. In einem Beispiel kann ein Tank für gasförmigen Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoff in einem Innenvolumen eines Flüssigkraftstofftanks mit einem flüssigen Kraftstoff angeordnet sein.
Der ICE kann einen oder mehrere der folgenden Kraftstoffe verbrennen: Benzin, Diesel, hydrierter erneuerbarer Diesel (HDRD), Alkohol(e), Ether, Ammoniak, Biodiesel, Wasserstoff, Erdgas, Kerosin, Synthesegas und dergleichen. Die Vielzahl der Kraftstoffe kann gasförmige, flüssige und feste Kraftstoffe umfassen, einzeln oder in Kombination. Die Substitutionsrate eines Primärkraftstoffs des Verbrennungsmotors durch einen Sekundärkraftstoff kann auf Grundlage einer aktuellen Motorlast bestimmt werden. In einer Ausführungsform kann die Substitutionsrate einer Einspritzmenge eines Kraftstoffs mit relativ niedrigem Kohlenstoffgehalt oder ohne Kohlenstoffgehalt (zum Beispiel Wasserstoffgas oder Ammoniak) entsprechen. Mit zunehmender Substitutionsrate nimmt der relative Anteil des Kraftstoffs mit geringerem oder keinem Kohlenstoffgehalt zu und der Gesamtkohlenstoffgehalt des kombinierten Kraftstoffs nimmt ab. Zusätzlich oder alternativ kann die Substitutionsrate der Einspritzmenge oder der Abgabe eines gasförmigen Kraftstoffs im Verhältnis zu einem flüssigen Kraftstoff entsprechen.
In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor Kraftstoffe verbrennen, die sowohl Diesel als auch Wasserstoff enthalten. In manchen Betriebsarten kann der Verbrennungsmotor nur Diesel, nur Wasserstoff oder eine Kombination davon verbrennen (zum Beispiel während der ersten, zweiten bzw. dritten Bedingung). Wenn Wasserstoff bereitgestellt wird, können die Betriebsbedingungen derart eingestellt werden, dass eine bessere Verbrennung des Wasserstoffs gefördert wird. Das Motorsystem kann ferner derart konfiguriert sein, dass es ein Gemisch aus drei oder mehr Kraftstoffen einschließlich Diesel, Wasserstoff und Ammoniak verbrennt. Zusätzlich oder alternativ kann in dem Verbrennungsgemisch auch Ethanol enthalten werden.
In einem Beispiel können die Systeme und Verfahren für den Vielstoffmotor die Verbrennung eines Primärkraftstoffs in Kombination mit einem oder mehreren Sekundärkraftstoffen umfassen. Der Vielstoffmotor kann derart konfiguriert sein, dass er den Primärkraftstoff allein verbrennt. Während mancher Bedingungen kann der Vielstoffmotor derart konfiguriert sein, dass er die Menge des verbrauchten Primärkraftstoffs verringert, indem er einen oder mehrere Sekundärkraftstoffe in ein Verbrennungsgemisch einbringt. Die Sekundärkraftstoffe können im Vergleich zu dem Primärkraftstoff einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die sekundären Kraftstoffe weniger teuer, besser verfügbar und/oder effizienter sein. Die Sekundärkraftstoffe können sich hinsichtlich ihrer Zündfähigkeit und Brenngeschwindigkeit unterscheiden. Der Zündzeitpunkt des Vielstoffmotors kann in Abhängigkeit von dem Verbrennungsgemisch eingestellt werden, um die Einbeziehung der Sekundärkraftstoffe zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, wenn die Wasserstoffmenge erhöht wird. Als weiteres Beispiel kann der Zündzeitpunkt vorverlegt werden, wenn eine Menge an Ammoniak erhöht wird. Der Zündzeitpunkt kann auf diese Weise weiter als Reaktion darauf eingestellt werden, dass dem Verbrennungsgemisch der Primärkraftstoff und ein oder mehrere Sekundärkraftstoffe zugesetzt oder entnommen werden. Auf diese Weise können Klopfen und Vorverbrennung abgemildert werden.
Ausführungsformen des hier beschriebenen Systems können eine Vielzahl von Motortypen und eine Vielzahl von motorgetriebenen Systemen aufweisen. Manche dieser Systeme können stationär sein, wohingegen andere auf semimobilen oder mobilen Plattformen stehen können. Semimobile Plattformen können zwischen Betriebszeiten versetzt werden, zum Beispiel auf Tiefladern montiert. Zu den mobilen Plattformen können selbstfahrende Fahrzeuge gehören. Solche Fahrzeuge können Straßenfahrzeuge (zum Beispiel Autos), Bergbauausrüstungen, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, Schienenfahrzeuge und andere Geländefahrzeuge (OHVs) sein. Zur Veranschaulichung kann ein Schienenfahrzeug, wie zum Beispiel eine Lokomotive, als Beispiel für eine mobile Plattform angeführt werden. In einem Beispiel kann ein Fahrzeugsystem einen Motor, einen Turbolader, ein Nachbehandlungssystem, ein Kraftstoffsystem und ein Steuerungssystem aufweisen.
In manchen Beispielen kann die Substitutionsrate des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von den Parametern des E-Turbos eingestellt werden. Falls zum Beispiel die Drehzahl eines Turboladers begrenzt ist, weil die vom E-Turbo entnehmbare Leistung unter einem Schwellenwert liegt, kann die Substitutionsrate eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Substitutionsrate eingestellt werden, wenn ein Wastegate einer Turbine geöffnet oder geschlossen wird.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 mit einem Motorsystem dargestellt. Das Fahrzeugsystem umfasst ein Fahrzeug 106. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug (zum Beispiel eine Lokomotive), das über eine Vielzahl von Rädern 112, die auf Achsen 113 montiert sind, auf einer Schiene 102 fahren kann. In einer anderen Ausführungsform kann das Motorsystem in einem anderen Fahrzeugtyp angeordnet sein, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, einem Schiff oder einem Lastwagen. In wieder anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem Bergbauausrüstungen, landwirtschaftliche Ausrüstungen, Industrieausrüstungen oder andere Ausrüstungen umfassen, die auf eine Zugkraft angewiesen sind, die durch eine Kombination von einem oder mehreren Motoren und einem oder mehreren Motoren erzeugt wird.
Das Fahrzeugsystem weist einen Motor 104 auf. Der Motor kann eine Vielzahl von Zylindern aufweisen, welche den Zylinder 101 umfassen. Die Vielzahl der Zylinder kann jeweils zumindest ein Einlassventil 103, zumindest ein Auslassventil 105 und Injektoren 108 aufweisen. Jeder Kraftstoffinjektor kann einen Aktuator aufweisen, der über ein Signal von einer Steuerung 110 des Motors betätigt werden kann. Die Zylinder des Motors können über eine Kraftstoffleitung 107 Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem 109 aufnehmen. In manchen Beispielen kann die Kraftstoffleitung mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. einem Common Rail und der Vielzahl von Injektoren verbunden sein. Der Motor kann ein Fremdzündungsmotor oder ein Selbstzündungsmotor sein. In manchen Beispielen kann der Motor zusätzlich oder alternativ mehrere Kraftstoffe verbrennen, einschließlich zumindest eines ersten und eines zweiten Kraftstoffs. Die ersten und zweiten Kraftstoffen können Benzin, Diesel, hydrierten erneuerbaren Diesel (HDRD), Alkohol(e), Ether, Ammoniak, Biodiesel, Wasserstoff, Erdgas, Kerosin, Synthesegas, kryogene Flüssigkeiten und dergleichen umfassen.
Während des Betriebs kann jeder Zylinder innerhalb des Motors einen Viertaktzyklus verwenden. Der Zyklus umfasst den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Expansionstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil und das Einlassventil öffnet sich. Über den Ansaugkrümmer wird Luft in den Brennraum eingeleitet, und der Kolben bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen im Brennraum zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben in der Nähe des Zylinderbodens und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel wenn der Brennraum sein größtes Volumen erreicht hat), wird von Fachleuten üblicherweise als unterer Totpunkt (BDC bzw. UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil und das Auslassventil geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft im Brennraum zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben am Ende seines Hubs befindet und dem Zylinderkopf am nächsten ist (zum Beispiel wenn der Brennraum sein kleinstes Volumen hat), wird von Fachleuten üblicherweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. Bei einem Verfahren, das im Folgenden als Direkteinspritzung bezeichnet wird, wird der Kraftstoff in den Brennraum eingeleitet. In manchen Beispielen kann der Kraftstoff während eines einzelnen Zylinderzyklus mehrfach in einen Zylinder eingespritzt werden. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch Selbstzündung gezündet, was zu einer Verbrennung führt. Während des Expansionstakts drücken die expandierenden Gase den Kolben zurück in den oberen Totpunkt. Die Kurbelwelle wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Während des Ausstoßtakts öffnet sich schließlich das Auslassventil, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Abgaskrümmer auszuleiten, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es wird angemerkt, dass die obigen Ausführungen lediglich als Beispiel dienen und dass die Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile variieren können, um zum Beispiel eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu ermöglichen. So kann zum Beispiel der Zeitpunkt des Öffnens und/oder Schließens der Einlass- und/oder Auslassventile vorverlegt werden, um die Temperatur der Abgase, die in ein Nachbehandlungssystem des Fahrzeugsystems eintreten, zu senken und dadurch den Wirkungsgrad des Nachbehandlungssystems zu erhöhen. Ferner kann in manchen Beispielen ein Zweitaktzyklus anstelle eines Viertaktzyklus verwendet werden.
Der Motor bzw. Verbrennungsmotor kann Ansaugluft für die Verbrennung aus einem Ansaugkanal 114 aufnehmen. Die Ansaugluft umfasst Umgebungsluft von außerhalb des Fahrzeugs, die durch einen Luftfilter 160 in den Ansaugkanal strömt. Der Ansaugkanal kann einen Ansaugkrümmer des Motors umfassen und/oder mit diesem gekoppelt sein. Das bei der Verbrennung im Motor entstehende Abgas wird über die Abgasöffnung in einen Abgaskanal 116 geleitet. Das Abgas strömt durch den Abgaskanal, zu einem Schalldämpfer 118 und aus einem Auspuff 119 des Fahrzeugs.
In einem Beispiel ist das Fahrzeug ein dieselelektrisches Fahrzeug, bei dem der Motor mit einem Stromerzeugungssystem gekoppelt sein kann, das eine Lichtmaschine/Generator 122 und elektrische Fahrmotoren 124 aufweist. Die Lichtmaschine/der Generator kann zusätzlich einen Gleichstromgenerator (DC) umfassen. In anderen Beispielen kann es sich bei dem Motor um einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Biodieselmotor, einen Alkohol- oder Wasserstoffmotor, einen Erdgasmotor (mit Fremd- oder Selbstzündung) oder eine Kombination aus zwei oder mehreren der vorgenannten Motoren handeln, die im Betrieb ein Drehmoment erzeugen. Das Drehmoment kann über eine mechanische Kupplung vom Motor an den elektrischen Generator oder die Lichtmaschine übertragen werden. Wie hier dargestellt, entsprechen sechs Paare von Fahrmotoren jedem der sechs Antriebsradpaare des Fahrzeugs. In einem anderen Beispiel kann die Lichtmaschine/der Generator mit einem oder mehreren Widerstandsnetzen 126 oder einem Energiespeicher gekoppelt sein. Die Widerstandsgitter können den von den Fahrmotoren im dynamischen Bremsbetrieb erzeugten Strom als Wärme ableiten. Der Energiespeicher kann dazu verwendet werden, dynamische Bremsenergie oder Energie von dem Generator direkt oder Energie von einer beliebigen Anzahl von selektiv koppelbaren Stromquellen aufzunehmen (und kann umgekehrt Energie ausgeben, wenn dies sinnvoll ist).
Das Fahrzeugsystem kann einen Turbolader 120 aufweisen, der zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnet sein kann. Der Turbolader erhöht eine Luftladung der in den Ansaugkanal angesaugten Umgebungsluft, um bei der Verbrennung eine höhere Ladungsdichte bereitzustellen und dadurch die Leistung und/oder den Wirkungsgrad des Motors zu steigern. Der Turbolader kann einen Verdichter 121 (im Ansaugkanal angeordnet) aufweisen, der zumindest teilweise von einer Turbine 123 (im Abgaskanal angeordnet) angetrieben werden kann. Bei der Turbine kann es sich um eine Turbine mit fester Geometrie oder um eine Turbine mit variabler Geometrie handeln, bei der eine variable Leitschaufelsteuerung die Position der Turbinenschaufeln mit variabler Geometrie einstellt. Eine andere geeignete Turbine kann ein Turbolader mit variabler Geometrie sein, bei dem Gas durch Öffnungen in den Leitschaufeln gepresst wird, um die Leistung steuerbar zu verändern. Die Abgase können durch die Turbine strömen und weniger Energie zum Drehen der Turbine zuführen, wenn sich die Leitschaufeln in einer offenen Position befinden, während die Abgase durch die Turbine strömen und mehr Energie auf die Turbine übertragen können, wenn sich die Leitschaufeln in einer geschlossenen Position befinden. Wenn sich die Turbine dreht, können Wärme und kinetische Energie in den Abgasen in mechanische Energie umgewandelt werden, die zum Antrieb des Verdichters des Turboladers verwendet werden kann, um komprimierte Luft an den Motoreinlass zu liefern (zum Beispiel um den Zylindern des Motors je nach Motorbetriebsbedingungen eine Druckerhöhung zu verleihen). Obgleich in 1 ein einzelner Turbolader dargestellt ist, kann das System mehrere Turbinen- und/oder Verdichterstufen aufweisen. Die Turbine kann einen Turbinendrehzahlsensor 180 aufweisen, und ein Turbineneinlasstemperatursensor 125 kann in dem Abgaskanal stromaufwärts von einem Einlass der Turbine angeordnet sein.
In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein E-Turbo sein, bei dem eine mechanisch mit der Turbine gekoppelte elektrische Maschine 190 die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln kann. Der E-Turbo kann in eine Welle des Turboladers integriert sein, wobei der Verdichter und die Turbine mechanisch miteinander verbunden sind. Der E-Turbo kann als Motor/Generator betrieben werden, der die Welle antreibt (zum Beispiel beschleunigt), um die Arbeitsleistung des Verdichters zu erhöhen, oder die Welle abbremst, um überschüssige Energie zu gewinnen. Im generatorischen Betrieb kann die Nutzung der überschüssigen Abgasenergie zu einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad des Motors führen. Im Fahrbetrieb kann der Verdichter dem Motor einen zusätzlichen Luftstrom zuführen, was die Verbrennung und/oder die Emissionen des Fahrzeugs verbessern kann. Darüber hinaus kann die elektrische Energie zum Antrieb eines oder mehrerer Zusatzgeräte des Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Elektromotors, verwendet und/oder in einem Energiespeicher (zum Beispiel einer Batterie, einer Kondensatorbank oder einem elektrochemischen Wandler) gespeichert werden. In einem Beispiel treibt der Elektromotor ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs an, indem er eine elektrische Last (zum Beispiel elektrischen Strom) an einen oder mehrere Fahrmotoren sendet, die mit einer oder mehreren Achsen des Fahrzeugs verbunden sind.
Das Fahrzeugsystem kann einen Verdichter-Umgehungskanal 140 aufweisen, der direkt mit dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters und stromaufwärts des Motors verbunden ist. In einem Beispiel kann der Verdichter-Umgehungskanal mit dem Ansaugkanal stromaufwärts des Ansaugkrümmers des Motors verbunden sein. Der Verdichter-Umgehungskanal kann den Luftstrom (zum Beispiel vor dem Verdichtereinlass) vom Motor (oder dem Ansaugkrümmer des Motors) weg und in die Atmosphäre leiten. Ein Verdichter-Umgehungsventil (CBV) 142 kann in dem Verdichter-Umgehungskanal angeordnet sein und einen Aktuator enthalten, der von der Steuerung gesteuert werden kann, um die Menge des vom Motor weg und in die Atmosphäre abgeleiteten Ansaugluftstroms einzustellen.
Zusätzlich kann in einem Umgehungskanal um die Turbine ein Wastegate 127 angeordnet sein, das durch Betätigung der Steuerung eingestellt werden kann, um den Abgasstrom durch die Turbine zu erhöhen oder zu verringern. So kann zum Beispiel das Öffnen des Wastegates (oder die Vergrößerung des Öffnungsgrades) den Abgasstrom durch die Turbine verringern und die Drehzahl des Verdichters entsprechend senken. Infolgedessen kann weniger Luft in den Motor gelangen, wodurch sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung verringert.
Der Betrieb des E-Turbos kann in Abhängigkeit von den Fahrzeugbedingungen derart eingestellt werden, dass er einen bestimmten Parameter erreicht. Der E-Turbo kann zumindest eine Achse des Fahrzeugsystems mit Energie versorgen. In einem Beispiel kann der E-Turbo nur eine Achse des Fahrzeugsystems mit Energie versorgen und der Motor kann die übrigen Achsen mit Energie versorgen. In einem Beispiel erzeugt der E-Turbo Strom, um die Drehzahl des Turboladers zu steuern, und liefert den Strom direkt an zumindest einen Fahrmotor, der mit zumindest einer Achse verbunden ist. Die Lichtmaschine/der Generator kann Strom von dem Motor aufnehmen und eine Vielzahl von Fahrmotoren antreiben, wobei jeder Fahrmotor mit einer entsprechenden Achse verbunden ist. Unter bestimmten Bedingungen ist es möglicherweise nicht erwünscht, die eine Achse über den E-Turbo anzutreiben. Der Motor kann unter bestimmten Bedingungen, bei denen die E-Turbodrehzahl eine Grenzdrehzahl (zum Beispiel eine Schwellenwert-Turbolader-Drehzahl) überschreitet, alle sechs Achsen mit Strom versorgen. Bei den hier beschriebenen Vorgängen kann jedoch die Nutzung des E-Turbos priorisiert werden, so dass der Motor fünf Achsen antreibt und der E-Turbo eine Achse. In einem Beispiel basiert die Grenzdrehzahl auf einer bestimmten Drehzahl des Turboladers bei oder oberhalb einer Fertigungstoleranz des Turboladers, bei der eine Verschlechterung auftreten kann. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können auf Fahrzeuge mit mehr als sechs oder weniger als sechs Achsen angewendet werden. Das Fahrzeug kann zum Beispiel vier Achsen aufweisen. Der Betrieb kann umfassen, dass prophylaktisch Zustände vermieden werden, in denen der E-Turbo die zumindest eine Achse nicht antreibt, wodurch der Einsatz des E-Turbos priorisiert werden kann. Bei Erreichen eines Schwellenwerts kann jedoch das Wastegate geöffnet und die Nutzung des E-Turbos verringert werden.
Das Fahrzeugsystem kann ferner ein Kühlsystem 150 (zum Beispiel ein Motorkühlsystem) aufweisen. Das Kühlsystem kann Kühlmittel durch den Motor zirkulieren lassen, um die Motorabwärme aufzunehmen und an einen Wärmetauscher, zum Beispiel einen Kühler 152 (zum Beispiel einen Kühlerwärmetauscher), weiterzuleiten. In einem Beispiel kann das Kühlmittel Wasser, Frostschutzmittel oder eine Mischung aus beidem sein. In einem anderen Beispiel kann das Kühlmittel Öl sein. Ein Lüfter 154 kann ferner mit dem Kühler verbunden sein, um einen Luftstrom durch den Kühler aufrechtzuerhalten, wenn das Fahrzeug langsam fährt oder steht, während der Motor läuft. In manchen Beispielen kann die Lüfterdrehzahl von einer Steuerung 110 gesteuert werden. Das von dem Kühler gekühlte Kühlmittel kann in einen Tank (in 1 nicht dargestellt) gelangen. Das Kühlmittel kann dann von einer Pumpe 156 zurück zum Motor oder zu einer anderen Komponente des Fahrzeugsystems gepumpt werden.
Das Fahrzeugsystem kann ein Nachbehandlungssystem 117 aufweisen, das in dem Abgaskanal stromabwärts des Turboladers angebracht ist. In einer Ausführungsform kann das Nachbehandlungssystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen aufweisen. Solche Emissionssteuerungsvorrichtungen können einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR), einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle oder verschiedene andere Vorrichtungen oder Systeme aufweisen. In einem Beispiel ist ein Nachbehandlungs-Temperatursensor 115 an oder stromaufwärts von einem Einlass des Nachbehandlungssystems angeordnet, der die Temperatur des Abgases vor dem Eintritt in das Nachbehandlungssystem messen kann. Zusätzlich können ein oder mehrere AFR-Sensoren oder Sauerstoffsensoren (O₂) an einer Abgasleitung stromaufwärts und/oder stromabwärts des Nachbehandlungssystems angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein AFR-Sensor oder O₂ -Sensor 181 an dem Einlass des Nachbehandlungssystems angeordnet sein, der eine AFR des Motors aus dem Abgas vor dem Eintritt in das Nachbehandlungssystem schätzen kann, oder ein AFR-Sensor oder O₂-Sensor 182 kann stromabwärts des Nachbehandlungssystems (zum Beispiel an einem Auspuffrohr) angeordnet sein, der die AFR aus dem Abgas, das das Nachbehandlungssystem verlässt, schätzen kann.
Es hat sich gezeigt, dass Katalysatoren bei einer bestimmten Abgastemperatur eine maximale (zum Beispiel maximale) NOx-Umwandlung aufweisen. Zur Minimierung der Fahrzeugemissionen kann es daher wünschenswert sein, die Temperaturen in einem Temperaturbereich nahe der maximalen Umwandlung des in dem Abgasnachbehandlungssystem verwendeten Katalysators zu halten. Zum Beispiel kann bei niedrigen Abgastemperaturen (zum Beispiel unter etwa 120 °C) weniger als ein bestimmtes Maß an Oxidation oder Umwandlung stattfinden. Wenn die Temperatur eines Katalysators im Nachbehandlungssystem steigt, können die Oxidations- oder Umwandlungsraten zunehmen. Wenn die Katalysatortemperatur über eine Schwellentemperatur (zum Beispiel 150 °C) steigt, können die Umwandlungsraten mit zunehmender Temperatur steil ansteigen und maximale Umwandlungsraten erreichen (zum Beispiel 90 % für Kohlenmonoxid (CO) und 70 % für Kohlenwasserstoff (HC)). Bei hohen Temperaturen (zum Beispiel 250 °C - 350 °C) stabilisiert sich die Katalysatorleistung und bildet ein charakteristisches Plateau auf der Hell-Dunkel-Kurve. Zur Minimierung der Fahrzeugemissionen kann es daher wünschenswert sein, die Abgastemperaturen oberhalb der Plateautemperatur zu halten, also in einem Bereich, in dem typische Abgasnachbehandlungssysteme eine nahezu maximale Umwandlungseffizienz aufweisen.
Das Fahrzeugsystem kann ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem (EGR) 185 aufweisen, das mit dem Motor gekoppelt ist. Das Niederdruck-AGR-System kann Abgas aus dem Abgaskanal des Motors in den Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters leiten. In manchen Ausführungsformen kann das Abgasrückführungssystem ausschließlich mit einer Gruppe von einem oder mehreren Geberzylindern des Motors gekoppelt sein (auch als Geberzylindersystem bezeichnet). Das Fahrzeugsystem kann ferner ein Hochdruck-AGR-System 186 umfassen, das mit dem Motor gekoppelt ist. Das Hochdruck-AGR-System kann Abgas aus dem Abgaskanal des Motors stromaufwärts der Turbine in den Ansaugkanal stromabwärts des Verdichters leiten.
Die Steuerung kann verschiedene Komponenten und Vorgänge im Zusammenhang mit dem Fahrzeug steuern bzw. regeln. Zum Beispiel können verschiedene Komponenten des Fahrzeugsystems über einen Kommunikationskanal oder Datenbus mit der Steuerung verbunden sein. In einem Beispiel umfasst die Steuerung ein Computersteuerungssystem. Die Steuerung kann zusätzlich oder alternativ einen Speicher mit nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedien (nicht dargestellt) aufweisen, die einen Code zur Überwachung und Steuerung des Fahrzeugbetriebs an Bord enthalten. In manchen Beispielen kann die Steuerung mehr als eine Steuerung aufweisen, die alle miteinander kommunizieren, wie zum Beispiel eine erste Steuerung zur Steuerung des Motors und eine zweite Steuerung zur Steuerung anderer Betriebsparameter des Fahrzeugs (wie Motorlast, Motordrehzahl, Bremsmoment usw.). Die erste Steuerung kann verschiedene Aktuatoren auf Grundlage der vom zweiten Steuerung empfangenen Ausgabe steuern und/oder die zweite Steuerung kann verschiedene Aktuatoren auf Grundlage der von der ersten Steuerung empfangenen Ausgabe steuern.
Die Steuerung kann Informationen von einer Vielzahl von Sensoren empfangen und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktuatoren senden. Die Steuerung kann, während sie die Steuerung und Verwaltung des Fahrzeugs überwacht, Signale von einer Vielzahl von Motorsensoren empfangen. Die Signale können zur Bestimmung von Betriebsparametern und Betriebsbedingungen und zur entsprechenden Einstellung verschiedener Motoraktuatoren verwendet werden, um den Betrieb des Fahrzeugs zu steuern. Zum Beispiel kann die Motorsteuerung Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, einschließlich, ohne hierauf beschränkt zu sein, Motordrehzahl, Motorlast (abgeleitet von der vor Motorsteuerung angewiesenen Kraftstoffmenge, Turbolader-Drehzahl, von gemessenen Kraftstoffsystemparametern angezeigte Kraftstoffmenge, gemittelte Drehmomentdaten, Ladedruck und/oder elektrische Ausgangsleistung der Lichtmaschine oder der Generators), Luftmassenströmungsrate (zum Beispiel über einen Luftmassenmesser), Luftdruck in dem Ansaugkrümmer, Ladedruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur, Abgastemperatur (zum Beispiel die in die Turbine eintretende Abgastemperatur, die vom Turbineneinlasstemperatursensor 125 bestimmt wird, oder die in das Nachbehandlungssystem eintretende Abgastemperatur, die von dem Einlasstemperatursensor 115 bestimmt wird), Partikelfiltertemperatur, Partikelfiltergegendruck, Motorkühlmitteldruck, Abgasmenge an Stickoxiden (vom NOx-Sensor), Abgasrußmenge (vom Ruß-/Feinstaub-Sensor), Abgassauerstoffsensor oder dergleichen. Dementsprechend kann die Steuerung das Fahrzeug steuern, indem sie Anweisungen an verschiedene Komponenten sendet, zum Beispiel an die Fahrmotoren, die Lichtmaschine/den Generator, die Zylinderventile, die Kraftstoffinjektoren, eine Stufendrossel, das Verdichter-Umgehungsventil (oder ein Motor-Umgehungsventil in alternativen Ausführungsformen), das Wastegate oder dergleichen. Andere aktiv arbeitende und steuernde Aktuatoren können an verschiedenen Stellen in dem Fahrzeug gekoppelt sein.
Ferner kann die Steuerung eine Motordrossel bzw. -gaspedaleinstellung überwachen. Dies kann für einen Motorregler durchgeführt werden. Der Motorregler kann zum Beispiel auf die Drossel- bzw. Gaspedaleinstellung des Motors reagieren, um den Motorbetrieb anzupassen. In einer Ausführungsform kann die Drosseleinstellung stufenlos einstellbar sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Fahrer des Fahrzeugs eine Eingabegerät zwischen mehreren vorbestimmten Motorstufeneinstellungen einstellen. Auf Grundlage der gewählten Motoreinstellung kann die Steuerung den Motorbetrieb derart einstellen, dass die vorbestimmte Motorleistung (zum Beispiel eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit) erreicht wird. Eine Erhöhung des numerischen Wertes der Stufe kann (direkt oder indirekt) mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Motorleistung einhergehen. Sie kann den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Druck in der Kraftstoffleitung beeinflussen. So kann zum Beispiel die Stufe 0 dem Leerlauf entsprechen, die Stufe 4 einer mittleren Motordrehzahl und die Stufe 8 der maximalen Drosseleinstellung. Die Steuerung kann zum Beispiel die Motordrehzahl, das Getriebe, die Ventilsteuerzeiten und andere Parameter einstellen, um das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die der gewählten Motorstufe entspricht. Zum Beispiel kann der Motor derart eingestellt werden, dass er mehr Leistung erzeugt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen, oder um eine schwere Last (zum Beispiel aufgrund von Ladung und/oder Steigung) mit einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit zu bewältigen.
2 zeigt eine erste Ausführungsform 200 einer Turbine 202. Die Turbine kann ähnlich wie die Turbine 123 in der Turboladeranordnung 120 von 1 verwendet werden. Ein Achsensystem 290 ist dargestellt, das drei Achsen umfasst, nämlich eine x-Achse parallel zu einer horizontalen Richtung, eine y-Achse parallel zu einer vertikalen Richtung und eine z-Achse senkrecht zu jeder der x- und y-Achsen. Die Achsen können als Referenz verwendet werden, um Formen und Ausrichtungen von Komponenten der Turbine zu beschreiben.
Die Turbine umfasst ein Turbinengehäuse 204, das einen Abgaseinlass 206 bilden kann. Der Abgaseinlass 206 kann eine Spiralform aufweisen, die geeignet ist, Abgas von einem Motor, wie zum Beispiel dem Motor 104 von 1, aufzunehmen. Die Spiralform des Abgaseinlasses kann das Abgas um 360 Grad auf ein Turbinenrad verteilen (der Kreis 209 zeigt an, wo ein Turbinenrad in der Turbine angeordnet sein kann). Das Abgas kann das Turbinenrad in Drehung versetzen, was wiederum die Drehung eines Verdichterrads zur Folge haben kann.
Die Turbine kann eine Vielzahl von Leitschaufeln 210 aufweisen, die neben dem Turbinenrad angeordnet sind und dieses entlang eines Düsenrings 208 umgeben. Zusammen können der Düsenring und die Vielzahl von Leitschaufeln eine Düse der Turbine (zum Beispiel eine Turbinendüse) bilden, die eigenrichtet ist, den Abgasstrom zu dem Turbinenrad zu leiten. Die Vielzahl von Leitschaufeln kann in manchen Beispielen durch additive Fertigung auf den Düsenring gedruckt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Vielzahl der Leitschaufeln aus einer Form zusammengebaut, maschinell bearbeitet usw. werden. Die Vielzahl der Leitschaufeln kann fest und stationär sein. Zum Beispiel kann jede Leitschaufel stationär sein und sich nicht relativ zu den Düsenring und zu der Mittelachse 299 des Turbinenrads bewegen (zum Beispiel schwenken, drehen oder verschieben). Zudem kann die Vielzahl der Leitschaufeln innerhalb der Turbine mechanisch, hydraulisch, pneumatisch usw. betätigt werden.
Betätigung der Vielzahl von Leitschaufeln kann Betätigen einer oder mehrerer der Leitschaufeln in eine vollständig geschlossene Position, eine vollständig geöffnete Position oder eine Position dazwischen umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Vielzahl der Leitschaufeln im Tandem betätigt werden. Die vollständig geschlossene Position kann den Gasstrom blockieren und gleichzeitig seine Geschwindigkeit in Richtung Turbinenrad erhöhen, was eine Drehzahl des Turbinenrads bei niedrigeren Motordrehzahlen oder - leistungen erhöhen kann. Die vollständig geöffnete Position kann die durch die Leitschaufeln verursachte Behinderung des Gasstroms minimieren, was bei höheren Motordrehzahlen oder - leistungen erwünscht sein kann, wenn die Abgasströmungsrate größer ist. In manchen Beispielen kann die vollständig geöffnete Position zu einer Verzögerung der Turbine bei niedrigeren Motordrehzahlen führen und die vollständig geschlossene Position kann die Turbinendrehzahl bei höheren Motordrehzahlen übermäßig erhöhen. Einstellung der Vielzahl von Leitschaufeln in Positionen zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Position kann daher eine Feinabstimmung des Gasflusses bewirken, so dass eine bestimmte Turbinenraddrehzahl über einen größeren Bereich von Betriebsbedingungen erreicht wird.
Die Vielzahl von Leitschaufeln können um den gesamten Umfang des Düsenrings zwischen dem Turbinenrad und dem Abgaseinlass angeordnet sein. Die Vielzahl von Leitschaufeln können derart geformt sein, dass sie die Geometrie der Turbine auf Grundlage eines oder mehrerer Motorzustände, wie zum Beispiel der Motorleistung, der Turbodrehzahl, eines Krümmerdrucks und der Abgastemperatur einstellen. Die Vielzahl von Leitschaufeln können eine Düsenfläche der Turbine einstellen, wodurch sich die Strömungsrate der durch die Turbine strömenden Abgase ändern kann. In manchen Beispielen kann die Durchflussmenge von Abgasen zur Turbine über die Vielzahl von Leitschaufeln verringert werden, was die Turbodrehzahl verringern kann. In einem Beispiel kann die Vielzahl der Leitschaufeln in Kombination mit dem Wastegate verwendet werden. Alternativ kann das Wastegate entfallen und die Vielzahl der Leitschaufeln können das einzige Element sein, das den Abgasstrom zur Turbine regulieren kann.
Unter Bezugnahme auf 3A ist ein Flussdiagramm auf hoher Ebene dargestellt, das ein Verfahren 300 zum Einstellen der Betriebsbedingungen des Motors, des E-Turbos und des Wastegates und/oder der Leitschaufeln veranschaulicht. Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens können von einer Steuerung mit einer Vielzahl von Prozessoren ausgeführt werden. Die Ausführung kann zumindest teilweise auf Anweisungen basieren, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen erfolgen, die von Sensoren des Motorsystems empfangen werden, wie zum Beispiel den oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktuatoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen. Die Einstellung des Motorbetriebs kann das Umschalten von einem Motorbetriebsmodus in einen anderen Motorbetriebsmodus umfassen.
In Schritt 302 kann das Verfahren das Bestimmen eines Turbolader-Drehzahlzielwerts auf Grundlage der Betriebsbedingungen umfassen. Zu den Betriebsbedingungen können ein Drehmoment, eine Motorleistung, ein Krümmerdruck und eine Abgastemperatur gehören. In einem Beispiel kann der Drehzahlzielwert des Turboladers gleich der Grenzdrehzahl sein. Zusätzlich oder alternativ ist der Drehzahlzielwert des Turboladers gleich einer Turbolader-Drehzahl, die auf den aktuellen Betriebsparametern basiert, um das Erreichen eines bestimmten Drehmoments, Motorleistung, Radschlupfs und anderer Werte zu ermöglichen und/oder zu unterstützen.
In Schritt 304 kann das Verfahren das Bestimmen umfassen, ob die Turbodrehzahl gleich dem Drehzahlzielwert des Turboladers ist. Falls die Turbodrehzahl gleich dem Drehzahlzielwert des Turboladers ist, umfasst das Verfahren in Schritt 306 das Beibehalten von aktuellen Betriebsparametern. Wastegate- und/oder Leitschaufelpositionen können beibehalten werden.
Falls die Turbodrehzahl nicht gleich dem Drehzahlzielwert des Turboladers ist, umfasst das Verfahren in Schritt 308 das Einstellen eines Leistungsziels des Motors mit Turbolader, um den Drehzahlzielwert zu erreichen. Ist die Turbolader-Drehzahl zum Beispiel höher als das Drehzahlziel, kann der Leistungszielwert verringert werden. Ist die Drehzahl des Turboladers niedriger als das Drehzahlziel, kann der Leistungszielwert erhöht werden. Einstellen der dem Turbolader zugeführten Leistung dahingehend, zu dem Leistungszielwert zu passen, kann das Einstellen des Wastegates, der Leitschaufeln und/oder das Erzeugen von Energie von der Turboladerwelle über die elektrische Maschine zum Antrieb des zumindest einen Rades umfassen.
In Schritt 310 bestimmt das Verfahren, ob die Leistungsrückmeldung gleich dem Leistungszielwert ist. Falls die Leistungsrückmeldung gleich dem Leistungszielwert ist, fährt das Verfahren wie oben beschrieben mit Schritt 306 fort.
Falls die Leistungsrückmeldung immer noch nicht gleich dem Leistungszielwert ist, kann das Verfahren in Schritt 312 das Einstellen einer Position des Wastegates und/oder der Vielzahl von Leitschaufeln umfassen, um die Turbodrehzahl einzustellen. In einem Beispiel kann die Position des Wastegates und der Vielzahl von Leitschaufeln auf Grundlage einer Änderung der Turbodrehzahl nacheinander eingestellt werden. Wenn zum Beispiel durch die Einstellung des Wastegates die Turbodrehzahl auf den Drehzahlzielwert des Turboladers eingestellt wird, können die Leitschaufeln nicht eingestellt werden. Zum Beispiel kann das Öffnen des Wastegates die Drehzahl des Turboladers verringern. Das Einstellen der Leitschaufeln in eine weiter geschlossene Position kann die Drehzahl des Turboladers verringern.
In Schritt 314 kann das Verfahren die fortgesetzte Koordinierung der Betriebseinstellungen von Motor, E-Turbo und des Wastegates/Leitschaufeln umfassen, bis die Turbolader-Drehzahl dem Turbolader- Drehzahlzielwert entspricht. Sobald die Turbodrehzahl gleich dem Zielwert der Turbolader-Drehzahl ist, können zum Beispiel die Betriebsparameter weiter überwacht und Einstellungen vorgenommen werden, um die Turbolader-Drehzahl in Übereinstimmung mit dem Zielwert zu halten.
Auf diese Weise kann eine Kombination aus Motor, Turbolader und Wastegate/Leitschaufeln betrieben werden, um bestimmte Parameter zu erreichen. Zu den vorbestimmten Parametern können Turbodrehzahl und Luftstrom gehören. Die Koordinierung von Motor, Turbolader und Wastegate/Leitschaufeln kann die Turbodrehzahl dahingehend verringern, ein Überschreiten der Grenzdrehzahl zu verhindern. Die Nutzung des E-Turbos kann priorisiert werden, bis eine bestimmte Bedingung erreicht ist, zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit, dass der Drehzahlschwellenwert überschritten wird. In einer Ausführungsform überwacht die Steuerung die Änderungsrate und beginnt bei Annäherung an eine Betriebsgrenze mit dem Umschalten der Betriebsarten.
In manchen Beispielen kann die Substitutionsrate in Abhängigkeit von der Turbolader-Drehzahl eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Substitutionsrate verringert werden, wenn sich die Drehzahl des Turboladers der Grenzdrehzahl nähert oder diese überschreitet. So kann die Menge des Sekundärkraftstoffs im Verhältnis zur Menge des Primärkraftstoffs verringert werden. Zusätzlich oder alternativ kann in manchen Ausführungsformen die Substitutionsrate erhöht werden, wenn sich die Drehzahl des Turboladers der Grenzdrehzahl nähert oder diese überschreitet.
Unter Bezugnahme auf 3B ist ein Steuerdiagramm 350 dargestellt, in dem die an die Turbolader-Steuerung 355 bereitgestellten Eingaben dargestellt sind. Die Eingaben können ein Turbo-Drehzahlzielwert 352 und eine Turbo-Drehzahlrückmeldung 354 umfassen. Die Turbodrehzahlrückmeldung kann von einem Drehzahlsensor des Turboladers bereitgestellt werden. Der Turbo-Drehzahlzielwert kann auf den oben beschriebenen aktuellen Betriebsparametern basieren. Die Turbolader-Steuerung kann eine Teil-Steuerung der Steuerung 110 aus 1 sein. Die Turbolader-Steuerung kann ein Leistungszielwert der elektrischen Maschine (zum Beispiel der elektrischen Maschine 190 aus 1; austauschbar als Turbogenerator bezeichnet) auf Grundlage der Eingaben bestimmen. Die Turbolader-Steuerung kann an eine Traktions-Steuerung 360 ausgeben, wobei die Traktions-Steuerung den Leistungszielwert empfängt und zumindest eine Achse des Fahrzeugs antreibt.
Die Turbolader-Steuerung kann den Leistungszielwert der Lichtmaschine an einen Komparator 365 weiterleiten. Der Komparator kann einen Leistungsfehler auf Grundlage einer Differenz zwischen dem Leistungsziel der Lichtmaschine und einer dem Komparator zur Verfügung gestellten Rückmeldung 362 der Lichtmaschinenleistung bestimmen. Die Differenz (zum Beispiel ein Leistungsfehler) wird an eine Tabelle 370 gesendet. Die Tabelle kann den Leistungsfehler in einen Wastegate-Positionsbefehl und/oder einen Turbinenleitschaufel-Positionsbefehl umwandeln. Der Wastegate-Positionsbefehl wird an ein Wastegate-Ventil 375 gesendet, und eine Position des Wastegate-Ventils wird auf Grundlage des Befehls eingestellt.
4 zeigt ein Verfahren 400 zum Betrieb eines Wastegates eines E-Turbos in Abhängigkeit von verschiedenen Motorbetriebsparametern und/oder -modi. In Schritt 402 kann das Verfahren eine Turbodrehzahl bestimmen. Die Turbodrehzahl kann auf Grundlage einer Rückmeldung von einem Drehzahlsensor bestimmt werden. Der Drehzahlsensor kann die Drehzahl einer Turbinen-Leitschaufel und/oder einer Verdichter-Leitschaufel und/oder einer Turbowelle erfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Turbodrehzahl auf Grundlage einer Abgastemperatur und/oder eines Krümmerdrucks und/oder eines Abgasströmungsrate und/oder einer Ansaugkrümmertemperatur geschätzt werden. In einer Ausführungsform kann die Turbodrehzahl auf Grundlage der elektrischen Signatur des E-Turbomotors bestimmt werden.
In Schritt 404 kann das Verfahren die Bestimmung einer Bahngeschwindigkeit umfassen. In einem Beispiel kann die Bahngeschwindigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen, die über einen Beschleunigungssensor, einen Raddrehzahlsensor und/oder einen Tachometer bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Bahngeschwindigkeit auf Grundlage der Motordrehzahl, der Drosselposition und des Abgasmassenströmungsrate geschätzt werden.
In Schritt 406 kann das Verfahren das Bestimmen umfassen, ob eine Selbstlastdiagnose durchgeführt wird. Die Selbstlastdiagnose kann ausgeführt werden, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Der Motor kann betrieben werden, um einen wiederholbaren, genauen und präzisen Prozess für den Lasttest des Fahrzeugs zu standardisieren. Die Motorleistung kann über einen bestimmten Zeitraum hinweg verfolgt werden, was zu Kraftstoffeinsparungen führen und die Effizienz des Fahrers durch die Verringerung der Gesamtzykluszeit für die Diagnose verbessern kann. Der Lasttest kann ferner die Wartungszykluszeiten verringern und den Arbeitsaufwand optimieren, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Der Lasttest kann ferner eine Dauer des Kaltstarts verkürzen. Bremsen können die vom Motor während des Lasttests bereitgestellte Leistung zurückweisen. Leistung von dem E-Turbo darf jedoch nicht zurückgewiesen werden. Daher kann das Wastegate geöffnet werden, wenn der Selbstlasttest ausgeführt wird.
Falls die Selbstlastdiagnose nicht ausgeführt wird, kann das Verfahren in Schritt 408 das Bestimmen umfassen, ob eine Bahngeschwindigkeit unter einem unteren Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit liegt. In einem Beispiel ist der untere Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit gleich Null. Zudem kann das Verfahren das Bestimmen umfassen, ob das Fahrzeug beschleunigt. Unter Bedingungen, bei denen die Fahrzeuggeschwindigkeit unter dem unteren Schwellenwert liegt, kann es unerwünscht sein, Leistung von dem E-Turbo zu beziehen, da der E-Turbo den Luftstrom an den Motor begrenzt und dadurch die von dem Motor erzeugte Leistung begrenzt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht unter dem unteren Schwellenwert der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt und eine Beschleunigung nicht auftritt, kann das Verfahren in Schritt 410 das Bestimmen umfassen, ob die Bahngeschwindigkeit größer als ein oberer Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit ist.
Der obere Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit kann auf einer Bahngeschwindigkeit basieren, bei der der Leistungs- oder Spannungsbedarf des Fahrmotors (zum Beispiel des Elektromotors) relativ hoch ist. Wenn der Leistungsbedarf vergleichsweise hoch ist, kann der E-Turbo möglicherweise nicht in der Lage sein, eine ausreichende Menge an Energie bei einer berechneten Spannung und einem berechneten Strombedarf zu extrahieren, und der Turbolader kann beginnen, die Drehzahl zu überschreiten. Bei hohen Bahngeschwindigkeiten kann es sein, dass der E-Turbo aufgrund von Spannung und/oder Stromstärke und/oder Raddrehzahl nicht genügend Energie zur Deckung des Leistungsbedarfs extrahiert.
Ist die Bahngeschwindigkeit nicht größer als der obere Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit, kann in Schritt 412 bestimmt werden, ob ein Radschlupf oder Traktionsverlust vorliegt. In einem Beispiel kann der Radschlupf und/oder der Traktionsverlust auf Grundlage eines Radumfangs und einer zurückgelegten Strecke geschätzt werden. Als weiteres Beispiel kann zusätzlich oder alternativ der Radschlupf als Prozentsatz auf Grundlage der Anzahl der Umdrehungen der Räder zur Zurücklegung einer vorbestimmten Strecke bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Radschlupf bestimmt werden, indem die Anzahl der Umdrehungen eines Rades mit der Anzahl der Umdrehungen eines oder mehrerer anderer Räder verglichen wird, wobei, wenn Radschlupf bestimmt wird, die Leistungsaufnahme des E-Turbos möglicherweise nicht der Leistung entspricht, die der Fahrmotor zur Aufrechterhaltung der Leistung benötigt.
Wenn kein Radschlupf und/oder Traktionsverlust auftritt, kann das Verfahren in Schritt 414 das Einstellen der Wastegate- und/oder Turbinenleitschaufelposition auf Grundlage einer bestimmten E-Turbodrehzahl umfassen. Die bestimmte E-Turbo-Drehzahl kann auf einer Anforderung des Fahrers und/oder einer Motorlast und/oder einer Abgasmassenströmungsrate und/oder einem Batterieladezustand (SOC) und/oder einem Leistungsbedarf des Fahrmotors basieren. Zusätzlich oder alternativ kann das Wastegate entfallen und die Position der Turbinenschaufeln des E-Turbos eingestellt werden, um die bestimmte E-Turbodrehzahl zu erreichen. In manchen Ausführungsformen kann der E-Turbo das Wastegate und die Leitschaufeln umfassen, die gemeinsam eingestellt werden können, um die bestimmte E-Turbodrehzahl zu erreichen.
Kehrt man zu den Schritten 406, 408 und 410 zurück, so kann das Verfahren in Schritt 416 das Öffnen des Wastegates umfassen, wenn eine der Selbstlastdiagnosen ausgeführt wird, die Bahngeschwindigkeit unter dem unteren Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit liegt und/oder die Bahngeschwindigkeit über dem oberen Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit liegt. Dadurch kann die E-Turbo-Drehzahl abnehmen. In einem Beispiel kann das Wastegate in eine vollständig geöffnete Position bewegt werden.
In Schritt 418 kann das Verfahren das Offenhalten des Wastegates umfassen, bis die Bahngeschwindigkeit zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit liegt oder die Diagnose abgeschlossen ist. Sobald die Bahngeschwindigkeit zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert liegt und die Diagnose abgeschlossen ist, kann das Wastegate auf Grundlage einer bestimmten E-Turbodrehzahl betätigt werden.
Kehrt man zu Schritt 412 zurück, so kann das Verfahren bei Auftreten von Radschlupf oder Traktionsverlust in Schritt 420 das Öffnen des Wastegate umfassen, ähnlich wie in Schritt 416 oben. In einem Beispiel wird das Wastegate bis zur vollständig geöffneten Position geöffnet. Zusätzlich oder alternativ kann eine Position der Vielzahl von Leitschaufeln eingestellt werden.
In Schritt 422 kann das Verfahren das Offenhalten des Wastegate umfassen, bis der Prozentsatz des Radschlupfes/des Traktionsverlustes unter dem Schwellenprozentsatz liegt. Sobald der Prozentsatz des Radschlupfes/des Traktionsverlustes unter dem Schwellenwert liegt, kann das Wastegate auf Grundlage einer bestimmten E-Turbo-Drehzahl betrieben werden. Zusätzlich oder alternativ können die Leitschaufeln in eine geöffnete Position gebracht werden, bis der Prozentsatz des Radschlupfes bzw. des Traktionsverlustes unter dem Schwellenwert liegt. Die Leitschaufeln können dann auf Grundlage der bestimmten E-Turbo-Drehzahl betrieben werden. In manchen Beispielen können die Leitschaufeln zusätzlich oder alternativ mit dem Wastegate betrieben werden, um den Prozentsatz des Radschlupfes/des Traktionsverlustes zu steuern.
In einem Beispiel kann bei Vorliegen eines Radschlupfzustands (zum Beispiel auf Grundlage eines prozentualen Radschlupfes, der einen Schwellenwert überschreitet) der elektrische Turbo die zumindest eine Achse nicht mehr antreiben, und die Motorleistung kann gleichmäßig auf die Motoren aller Achsen verteilt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Motor als Reaktion auf Radschlupf entlastet werden. Der Motor kann alle Achsen der Lokomotive für eine bestimmte Zeitdauer antreiben. Wenn der Radschlupf während der gesamten vorbestimmten Zeitspanne nicht wieder auftritt, kann der E-Turbo aktiviert und so gesteuert werden, dass er zumindest eine Achse antreibt.
Zusätzlich oder alternativ kann Radschlupf auf Grundlage eines berechneten elektrischen Turbozugmoments bestimmt werden, das unter einen Schwellenwert des Zugmoments fällt. In einem Beispiel basiert der Schwellenwert des Zugmoments auf einem durchschnittlichen Zugmoment aller Achsen. Zusätzlich oder alternativ kann der Schwellenwert des Zugmoments einen Spielraum oder einen anderen Wert umfassen, der auf einem Betrag des Zugmoments basiert, bei dem zuvor ein Drehmoment erfasst wurde (zum Beispiel über einen Sensor). Das berechnete elektrische Turbotraktionsmoment kann auf einem maximalen Drehmoment basieren, das der Elektromotor an der zumindest einen Achse erreichen kann. In einem Beispiel kann das Raddrehmoment auf Grundlage der den Traktionsumrichtern bereitgestellten elektrischen Leistung geschätzt werden.
Ein technischer Effekt der Einstellung der Position des Wastegates kann darin liegen, das Durchdrehen der Turbine (zum Beispiel Überschreiten der Turbodrehzahl über die Grenzdrehzahl) zu vermindern. Das Wastegate kann in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie Motorleistung, Turbodrehzahl, Krümmerdruck und Abgastemperatur betätigt werden.
Die Offenbarung bietet Unterstützung für ein System mit einem Turbolader, der ein Wastegate und einen Elektromotor aufweist, wobei der Turbolader an einen Motor gekoppelt werden kann, und mit einer Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind und die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen, eine Betriebskombination des Turboladers und des Wastegates einzustellen, um einen bestimmten Betriebsparameter zu erreichen. Ein erstes Beispiel des Systems umfasst ferner, dass der bestimmte Betriebsparameter eine Turbolader-Drehzahl ist. Ein zweites Beispiel für das System, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass die Anweisungen die Steuerung veranlassen, den Turbolader und das Wastegate derart einzustellen, dass ein bestimmter Luftstrom erreicht wird. Ein drittes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorstehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Anweisungen die Steuerung dazu veranlassen, das Wastegate als Reaktion darauf, dass eine Turbolader-Drehzahl eine Grenzdrehzahl überschreitet, in eine offene Position einstellt. Ein viertes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Anweisungen es der Steuerung ermöglichen, Motorbetriebsparameter einzustellen, um Bedingungen zu begrenzen, welche die Turbolader-Drehzahl über die Grenzdrehzahl hinaus erhöhen, und um die Verwendung des Elektromotors zu priorisieren. Ein fünftes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorstehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass der Turbolader derart konfiguriert ist, dass er zumindest eine Achse eines Fahrzeugs antreibt, das den Motor umfasst, wobei die Anweisungen ferner die Steuerung veranlassen, die zumindest eine Achse mit dem Motor oder dem Turbolader oder sowohl dem Motor als auch dem Turbolader anzutreiben. Ein sechstes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorstehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass der Turbolader derart konfiguriert ist, dass er elektrischen Strom erzeugt und den elektrischen Strom an eine Hilfslast eines Fahrzeugs zuführt, das den Motor aufnimmt.
Die Offenbarung bietet weitere Unterstützung für ein Verfahren, das die Einstellung einer Positionen des Wastegates und/oder einer Position der Leitschaufeln umfasst, um eine bestimmte Drehzahl eines Turboladers zu erreichen. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst ferner, dass der Turbolader einen Elektromotor umfasst, und das Verfahren umfasst ferner die Versorgung des Elektromotors mit Strom oder eine Belastung des Elektromotors, um die Drehzahl des Turboladers zu steuern. Ein zweites Beispiel für das Verfahren, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass das Wastegate in eine vollständig geschlossene Position umgeschaltet wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Position des Wastegates in eine offene Position und die Position der Leitschaufeln in eine offene Position als Reaktion auf eine Bahngeschwindigkeit, die kleiner als eine untere Schwellenbahngeschwindigkeit ist, oder als Reaktion auf eine Bahngeschwindigkeit, die größer als eine obere Schwellenbahngeschwindigkeit ist, eingestellt wird. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Wastegate-Position in eine vollständig geöffnete Position und die Position der Leitschaufeln in eine vollständig geöffnete Position als Reaktion auf die Ausführung einer Selbstlastdiagnose eingestellt wird. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Wastegate-Position und/oder die Position der Leitschaufeln in eine vollständig geöffnete Position eingestellt wird, wenn der prozentuale Radschlupf einen Schwellenwert überschreitet. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass Radschlupf eines Fahrzeugs mit mehreren Achsen erfasst wird, wobei das Fahrzeug einen Motor mit einer Lichtmaschine und den Turbolader mit einem Elektromotor aufweist, dass zumindest eine Achse des Fahrzeugs als Reaktion auf einen erfassten Radschlupf, der einen Schwellenwert für den Radschlupf übersteigt, unter Verwendung der mit dem Motor gekoppelten Lichtmaschine für eine bestimmte Zeitdauer angetrieben wird, und dass die zumindest eine Achse nach der bestimmten Zeitdauer unter Verwendung von Strom von dem Elektromotor angetrieben wird. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Einstellung als Reaktion auf die Bestimmung einer Turbolader-Drehzahl oder einer Motorleistung oder beider erfolgt.
Die Offenbarung bietet zusätzliche Unterstützung für ein System für ein Fahrzeug, das einen Turbolader, der an einen Motor gekoppelt werden kann, einen Elektromotor, der mit einer Welle des Turboladers gekoppelt ist; und
ein Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert sind und die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen, eine Wastegate-Position und/oder eine Position von Leitschaufeln in Verbindung mit einem Betrieb des Turboladers einzustellen, um eine bestimmte Drehzahl des Turboladers als Reaktion auf eine oder mehrere der folgenden Größen zu erreichen: eine Bahngeschwindigkeit des Fahrzeugs, die kleiner als ein unterer Schwellenwert ist, eine Bahngeschwindigkeit, die größer als ein oberer Schwellenwert ist, ein Verlust der Traktion der Räder des Fahrzeugs und eine Drehzahl des Turboladers, die eine bestimmte Grenzdrehzahl überschreitet. Ein erstes Beispiel des Systems umfasst ferner, dass die Steuerung derart konfiguriert ist, dass es eine Leistungsabgabe des Motors zumindest in Reaktion darauf einstellt, dass die Drehzahl des Turboladers die vorbestimmte Grenzdrehzahl überschreitet. Ein zweites Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel umfasst, umfasst ferner, dass die Steuerung derart konfiguriert ist, dass sie die Position des Wastegates und/oder die Position der Leitschaufeln zumindest teilweise als Reaktion darauf einstellt, dass der Motor in einem Selbstlastmodus arbeitet. Ein drittes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die Bahngeschwindigkeit unter dem unteren Schwellenwert liegt, wenn eine Beschleunigung auftritt. Ein viertes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele umfasst, umfasst ferner, dass die gewünschte Turbolader-Drehzahl zumindest teilweise auf einem Leistungsbedarf des Fahrers und/oder Motorlast und/oder einer Abgasmassenströmungsrate und/oder einem Batterieladezustand (SOC) und/oder einem Leistungsbedarf des Traktionsmotors basiert.
In einer Ausführungsform kann das Steuerungssystem oder der Controller ein lokales Datenerfassungssystem aufweisen und maschinelles Lernen verwenden, um ableitungsbasierte Lernergebnisse zu ermöglichen. Die Steuerung kann aus einer Reihe von Daten (einschließlich der von den verschiedenen Sensoren bereitgestellten Daten) lernen und Entscheidungen treffen, indem es datengesteuerte Vorhersagen trifft und sich entsprechend der Datenreihe einstellt. In Ausführungsformen kann das maschinelle Lernen die Durchführung einer Vielzahl von maschinellen Lernaufgaben durch maschinelle Lernsysteme umfassen, wie überwachtes Lernen, nicht überwachtes Lernen und Verstärkungslernen. Überwachtes Lernen kann umfassen, dass den maschinellen Lernsystemen ein Satz von Beispieleingaben und -ausgaben vorgelegt wird. Nicht überwachtes Lernen kann umfassen, dass der Lernalgorithmus seinen Input durch Methoden wie Mustererkennung und/oder Merkmalslemen strukturiert. Verstärkungslernen kann umfassen, dass die maschinellen Lernsysteme in einer dynamischen Umgebung arbeiten und dann Rückmeldungen über richtige und falsche Entscheidungen geben. In Beispielen kann das maschinelle Lernen eine Vielzahl anderer Aufgaben umfassen, die auf einer Ausgabe des maschinellen Lernsystems basieren. Bei den Aufgaben kann es sich um Probleme des maschinellen Lernens handeln, wie Klassifizierung, Regression, Clustering, Dichteschätzung, Dimensionalitätsreduktion, Erkennung von Anomalien und dergleichen. In Beispielen kann das maschinelle Lernen eine Vielzahl von mathematischen und statistischen Techniken umfassen. Die Algorithmen des maschinellen Lernens können Entscheidungsbaum-basiertes Lernen, Assoziationsregel-Lernen, Deep Learning, künstliche neuronale Netze, genetische Lernalgorithmen, induktive Logikprogrammierung, Support-Vektor-Maschinen (SVMs), Bayes'sche Netze, Verstärkungslernen, Repräsentationslernen, regelbasiertes maschinelles Lernen, Sparse-Dictionary-Learning, Ähnlichkeits- und metrisches Lernen, lernende Klassifizierungssysteme (LCS), logistische Regression, Random Forest, K-Means, Gradientenverstärkung, K-nearest neighbors (KNN), A-priori-Algorithmen und Ähnliches umfassen. In bestimmten Ausführungsformen können bestimmte Algorithmen des maschinellen Lernens verwendet werden (zum Beispiel zur Lösung sowohl von eingeschränkten als auch von nicht eingeschränkten Optimierungsproblemen, die auf natürlicher Auswahl basieren können). In einem Beispiel kann der Algorithmus verwendet werden, um Probleme der gemischtganzzahligen Programmierung zu lösen, bei denen manche Komponenten auf ganzzahlige Werte beschränkt sind. Algorithmen und Techniken und Systeme des maschinellen Lernens können in den Bereichen computergestützte Intelligenzsysteme, Computer-Vision, Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP), Empfehlungssysteme, Verstärkungslernen, Erstellung grafischer Modelle und dergleichen verwendet werden. Zum Beispiel kann maschinelles Lernen für die Fahrzeugleistung und -steuerung, die Verhaltensanalyse und ähnliches verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann der Controller eine Policy Engine aufweisen, die eine oder mehrere Richtlinien anwenden kann. Diese Richtlinien können zumindest teilweise auf den Merkmalen eines bestimmten Geräts oder einer bestimmten Umgebung basieren. In Bezug auf die Steuerungsrichtlinien kann ein neuronales Netz eine Reihe von umwelt- und aufgabenbezogenen Parametern als Eingabe erhalten. Das neuronale Netz kann so trainiert werden, dass es auf Grundlage dieser Eingaben eine Ausgabe erzeugt, die eine Aktion oder eine Folge von Aktionen darstellt, die das Motorsystem ausführen sollte. Dies kann nützlich sein, um konkurrierende Anforderungen an den Motor auszugleichen. Während des Betriebs einer Ausführungsform kann eine Bestimmung erfolgen, indem die Eingaben durch die Parameter des neuronalen Netzes verarbeitet werden, um einen Wert am Ausgangsknoten zu erzeugen, der diese Aktion als die gewünschte Aktion bezeichnet. Diese Aktion kann in ein Signal umgesetzt werden, das den Motor in Betrieb setzt. Dies kann über Backpropagation, Feed-Forward-Prozesse, geschlossene Rückkopplungsschleifen oder offene Rückkopplungsschleifen erreicht werden. Anstelle von Backpropagation kann das maschinelle Lernsystem der Steuerung auch Evolutionsstrategien verwenden, um verschiedene Parameter des künstlichen neuronalen Netzes abzustimmen. Die Steuerung kann neuronale Netzarchitekturen mit Funktionen verwenden, die mit Backpropagation nicht immer lösbar sind, zum Beispiel Funktionen, die nicht konvex sind. In einer Ausführungsform hat das neuronale Netz einen Satz von Parametern, die die Gewichte seiner Knotenverbindungen darstellen. Es wird eine Reihe von Kopien dieses Netzes erstellt, dann werden verschiedene Einstellungen an den Parametern vorgenommen und Simulationen durchgeführt. Sobald die Ergebnisse der verschiedenen Modelle vorliegen, können sie anhand einer bestimmten Erfolgsmetrik auf ihre Leistung hin bewertet werden. Das beste Modell wird ausgewählt, und das Fahrzeugsteuerung führt diesen Plan aus, um die gewünschten Eingabedaten zu erhalten, die das vorhergesagte beste Ergebnisszenario widerspiegeln. Außerdem kann die Erfolgsmetrik eine Kombination der optimierten Ergebnisse sein. Diese können relativ zueinander gewichtet werden.
Ein Element oder ein Schritt, der in der Einzahl genannt wird und dem das Wort „a“ oder „an“ vorangestellt ist, schließt die Vielzahl dieser Elemente oder Schritte nicht aus, es sei denn, ein solcher Ausschluss wird ausdrücklich erwähnt. Darüber hinaus schließen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung das Vorhandensein weiterer Ausführungsformen nicht aus, die ebenfalls die genannten Merkmale aufweisen. Darüber hinaus können Ausführungsformen, die ein Element oder eine Vielzahl von Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen“, „enthalten“ oder „aufweisen“, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, zusätzliche Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen. Die Begriffe „umfassend“ und „in denen“ werden als Klartextentsprechungen der jeweiligen Begriffe „die umfassen“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen nicht dazu dienen, ihren Objekten numerische Anforderungen oder eine bestimmte Reihenfolge aufzuerlegen.
Die hier beschriebenen Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und vom Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Verbindung mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. So können verschiedene Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel oder in manchen Fällen auch ohne diese durchgeführt werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient nur der einfacheren Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach der verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem zu programmieren ist, wo die beschriebenen Aktionen durch Ausführung der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardwarekomponenten des Motors in Kombination mit dem elektronischen Steuerung umfasst.
In dieser schriftlichen Beschreibung wird die Erfindung, einschließlich der vorteilhaftesten Ausführungsform, anhand von Beispielen offenbart, um einem Fachmann auf diesem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von integrierten Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die dem Fachmann bekannt sind. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht vom wörtlichen Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem wörtlichen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/267402 [0001]

Claims

System, aufweisend: einen Turbolader, der ein Wastegate und einen Elektromotor aufweist, wobei der Turbolader an einen Motor gekoppelt werden kann; und ein Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung dazu veranlassen: eine Betriebskombination aus dem Turbolader und dem Wastegate einzustellen, um einen bestimmten Betriebsparameter zu erreichen.
System nach Anspruch 1, wobei der bestimmte Betriebsparameter eine Turbolader-Drehzahl ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen die Steuerung ferner veranlassen, den Turbolader und das Wastegate derart einzustellen, dass ein bestimmter Luftstrom erreicht wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen die Steuerung ferner veranlassen, das Wastegate als Reaktion darauf, dass eine Turbolader-Drehzahl eine Grenzdrehzahl überschreitet, in eine offene Position einzustellen.
System nach Anspruch 4, wobei die Anweisungen es der Steuerung ferner ermöglichen, Motorbetriebsparameter einzustellen, um Bedingungen zu begrenzen, die die Turbolader-Drehzahl über die Grenzdrehzahl hinaus erhöhen, und um die Verwendung des Elektromotors zu priorisieren.
System nach Anspruch 1, wobei der Turbolader konfiguriert ist, zumindest eine Achse eines Fahrzeugs anzutreiben, das den Motor aufweist, wobei die Anweisungen die Steuerung ferner veranlassen, die zumindest eine Achse mit dem Motor oder dem Turbolader, oder sowohl dem Motor als auch dem Turbolader anzutreiben.
System nach Anspruch 1, wobei der Turbolader konfiguriert ist, elektrischen Strom zu erzeugen und den elektrischen Strom an eine Hilfslast eines Fahrzeugs zuzuführen, das den Motor aufnimmt.
Verfahren, umfassend: Einstellen einer Wastegate-Position und/oder einer Position von Leitschaufeln, um eine bestimmte Drehzahl eines Turboladers zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Turbolader einen Elektromotor aufweist und das Verfahren ferner das Zuführen von elektrischem Strom an oder einer Last an den Elektromotor umfasst, um die Drehzahl des Turboladers zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Umschalten des Wastegate in eine vollständig geschlossene Position.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Einstellen der Wastegate-Position in eine offene Position und der Position der Leitschaufeln in eine offene Position als Reaktion darauf, dass eine Bahngeschwindigkeit kleiner als ein unterer Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit ist, oder als Reaktion darauf, dass eine Bahngeschwindigkeit größer als ein oberer Schwellenwert der Bahngeschwindigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Einstellen der Wastegate-Position in eine vollständig geöffnete Position und/oder der Position der Leitschaufeln in eine vollständig geöffnete Position als Reaktion darauf, dass eine Selbstlastdiagnose durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Einstellen der Wastegate-Position in eine vollständig geöffnete Position und/oder der Position der Leitschaufeln in eine vollständig geöffnete Position als Reaktion darauf, dass ein Prozentsatz von Radschlupf einen Schwellenprozentsatz überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Erfassen eines Radschlupfs eines Fahrzeugs mit mehreren Achsen, wobei das Fahrzeug einen Motor mit einer Lichtmaschine sowie den Turbolader mit einem Elektromotor aufweist; Antreiben zumindest einer Achse des Fahrzeugs für eine bestimmte Zeitdauer unter Verwendung der mit dem Motor gekoppelten Lichtmaschine als Reaktion darauf, dass ein erfasster Radschlupf einen Radschlupf-Schwellenwert überschreitet; und Antreiben der zumindest einen Achse nach der bestimmten Zeitdauer unter Verwendung von Leistung von dem Elektromotor.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen als Reaktion auf das Bestimmen einer Turbolader-Drehzahl und/oder einer Motorleistung erfolgt.
System für ein Fahrzeug, aufweisend: einen Turbolader, der an einen Motor koppelbar ist; einen Elektromotor, der mit einer Welle des Turboladers gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher davon gespeichert sind, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung dazu veranlassen: eine Wastegate-Position und/oder eine Position von Leitschaufeln in Verbindung mit einem Betrieb des Turboladers einzustellen, um eine bestimmte Drehzahl des Turboladers als Reaktion darauf zu erreichen, dass: eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als ein unterer Schwellenwert ist, und/oder die Bahngeschwindigkeit größer als ein oberer Schwellenwert ist, und/oder ein Traktionsverlust der Räder des Fahrzeugs stattfindet, und/oder eine Drehzahl des Turboladers eine bestimmte Grenzdrehzahl überschreitet.
System nach Anspruch 16, wobei die Steuerung derart konfiguriert ist, dass sie eine Leistungsabgabe des Motors basierend zumindest als Reaktion darauf einstellt, dass die Drehzahl des Turboladers die bestimmte Grenzdrehzahl überschreitet.
System nach Anspruch 16, wobei die Steuerung derart konfiguriert ist, dass sie die Wastegate-Position und/oder die Position der Leitschaufeln zumindest teilweise als Reaktion darauf einstellt, dass der Motor in einem Selbstlastmodus arbeitet.
System nach Anspruch 16, wobei, dass die Bahngeschwindigkeit unter dem unteren Schwellenwert liegt, ferner umfasst, dass eine Beschleunigung stattfindet.
System nach Anspruch 16, wobei die gewünschte Turbolader-Drehzahl zumindest teilweise auf dem Leistungsbedarf des Fahrers und/oder der Motorlast und/oder der Abgasmassenströmungsrate und/oder einem Batterieladezustand (SOC) und/oder einem Leistungsbedarf des Fahrmotors basiert.