DE602006000892T2

DE602006000892T2 - Steuerung für elektrisch angetriebenen Lader

Info

Publication number: DE602006000892T2
Application number: DE602006000892T
Authority: DE
Inventors: Masaharu Aki-gun Marumoto; Yoshihisa Aki-gun Nakamoto; Yamagata Aki-gun Naoyuki; Fujii Aki-gun Mikihito
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: DE602006000892D1; JP2007071138A; US7628015B2; US20070051349A1; JP4544106B2; EP1762711B1; EP1762711A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung bzw. Regelung eines elektrisch angetriebenen Laders einer Brennkraftmaschine.
Herkömmlicherweise wird ein Turbolader oder ein mechanischer Lader verwendet, um das maximale Maschinendrehmoment zu erhöhen oder das Drehmoment zu „verstärken". Der mechanische Lader wird von der Maschine über eine mechanische Verbindung versorgt, wie etwa einen Riemenantriebsmechanismus, der die Maschinenkurbelwelle mit der Welle des Laders koppelt. Der Lader wird mit Abgasenergie der Maschine durch seine Turbine angetrieben, welche in dem Abgasdurchgang angeordnet ist, um seinen Kompressor bzw. Verdichter anzutreiben. So ist die Drehzahl des mechanischen Laders normalerweise proportional zu der Maschinendrehzahl, während die Maschinendrehzahl die Drehzahl des Turboladers in einem größeren Maß beeinflussen kann. Der Ladewirkungsgrad des mechanischen Laders oder des Turboladers kann durch die Maschinendrehzahl beeinflusst sein. Insbesondere kann sie bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl verschlechtert sein.
Um dieses Thema zu behandeln, ist ein elektrisch angetriebener Lader oder elektrischer Lader bekannt und zum Beispiel in US-A-6 684 863 vorgestellt. Da ein Elektromotor den Lader mit Elektrizität antreibt, die von einer Batterie geliefert wird, kann die Maschinendrehzahl den Betrieb des Laders nicht beeinflussen. Wenn die „Verstärkung" erforderlich ist, wird der vorgestellte elektrische Lader gesteuert bzw. geregelt, so dass er sich mit einer Nennbetriebsdrehzahl, wie etwa 60 000 U/min dreht. Wenn die Verstärkung nicht erforderlich ist, wie etwa während eines geringeren Lastzustandes, umgeht die Ansaugluft den Lader durch einen Umleitungsdurchgang, der während eines höheren Lastzustands von einem Umleitungsventil geschlossen sein kann, wodurch es unnötig gemacht wird, den Lader anzutreiben. Dann wird der Lader in dem niedrigeren Lastzustand jedoch nicht gesteuert, dass er stoppt, weil er benötigt wird, um während eines Übergangs in einen höheren Lastzustand, in dem die Verstärkung erforderlich ist, auf die Nenndrehzahl anzulaufen. Stattdessen wird der Lader gesteuert bzw. geregelt, sich mit einer Leerlaufdrehzahl zu drehen, die bis zu 20 000 U/min ist. Die Leerlaufdrehzahl wird entsprechend verschiedenen Bedingungen, einschließlich der Wahrscheinlichkeit für den Übergang zu der höheren Last und der Batterieladung, festgelegt.
Während des Übergangs von der Nichtverstärkung auf die Verstärkung wird die Drehzahl des Laders durch die Rückkopplungsregelung von der Leerlaufdrehzahl auf die Zieldrehzahl erhöht, wodurch die maximale Elektrizität oder der elektrische Anlaufstrom von der Leerlaufdrehzahl auf die Zieldrehzahl an den Elektromotor zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann der elektrische Anlaufstrom die elektrische Erzeugungskapazität des elektrischen Generators oder der Lichtmaschine übersteigen, wodurch elektrische Ladung der Batterie verbraucht wird. In dem '863-Patent wird die Leerlaufdrehzahl niedriger eingestellt, wenn die Batterieladung niedriger ist. Wenn die Batterie sich zum Beispiel aufgrund einer langen Verwendungszeit verschlechtert, wird die Leerlaufdrehzahl niedriger eingestellt, und die Rückkopplungsregelung der Laderdrehzahl macht den Anlaufstrom größer. Ein derartig großer Anlaufstrom kann eine weitere Verschlechterung der Batterie bewirken und kann dann ein Problem in einem Fall verursachen, der eine relativ hohe Elektrizität benötigt, wie etwa einem schweren Motorstart.
Die Erfinder haben hier das Problem des vorstehenden bisherigen Stands der Technik erkannt und haben eine Steuerung bzw. Regelung entwickelt, um die Steuerung bzw. Regelung des elektrischen Laders zu verbessern. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Folglich wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektrisch angetriebenen Laders einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Betreiben des Laders bei einer ersten Drehzahl während eines ersten Maschinenbetriebszustands. Das Verfahren umfasst ferner das Betreiben des Laders mit einer zweiten Drehzahl während eines zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei die zweite Drehzahl niedriger als die erste Drehzahl und höher ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Gemäß dem Verfahren wird während eines Übergangs von dem zweiten Maschinenbetriebszustand zu dem ersten Maschinenbetriebszustand, wie etwa einem Übergang von einem niedrigeren angeforderten Drehmoment zu einem höheren angeforderten Drehmoment, die Drehzahl des Laders von der zweiten Drehzahl auf die erste Drehzahl erhöht. Zu dieser Zeit ist die zweite Drehzahl höher, da die Kapazität der elektrischen Stromquelle, wie etwa einer Batteriespannung, die einen Teil der elektrischen Stromquelle bildet, abnimmt, so dass die Drehzahlzunahme während des Übergangs kleiner werden kann. Folglich kann der elektrische Anlaufstrom von der elektrischen Stromquelle an den Elektromotor während des Übergangs verringert werden, wodurch eine weitere Verschlechterung der elektrischen Stromquelle vermieden wird.
Der elektrisch angetriebene Lader kann einen Kompressor bzw. Verdichter, der fähig ist, die Ansaugluft in die Brennkraftmaschine zu verstärken, und einen Elektromotor umfassen, der mit Elektrizität von der elektrischen Stromquelle versorgt wird, um den Kompressor anzutreiben. Die elektrische Stromquelle kann einen von der Maschine angetriebenen elektrischen Generator, zum Beispiel eine Lichtmaschine, umfassen, die ausschließlich während des zweiten Betriebzustands, zu dem das angeforderte Drehmoment kleiner ist, Elektrizität an den Elektromotor des Laders zuführt. Mit anderen Worten ist die maximale an den Elektromotor während des zweiten Maschinenbetriebszustands zugeführte Elektrizität auf die elektrische Erzeugungskapazität des elektrischen Generators begrenzt. Die elektrische Stromquelle kann ferner eine Batterie umfassen, die von dem elektrischen Generator geladen werden kann und die während des ersten Maschinenbetriebszustands Elektrizität an den Elektromotor zuführen kann. Wenn daher die Batteriespannung abnimmt oder die Batterie verschlechtert sein kann, kann der Elektromotor während des zweiten Maschinenbetriebszustands ausschließlich mit Elektrizität von dem elektrischen Generator angetrieben werden. Folglich kann der Lader für eine verlängerte Zeitspanne mit der zweiten Drehzahl betrieben werden, während in der Batterie gespeicherte elektrische Ladung in gespart wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das angeforderte Maschinendrehmoment während des ersten Maschinenbetriebszustands größer als das während des zweiten Maschinenbetriebszustands angeforderte Maschinendrehmoment.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner das Zuführen von Elektrizität von der elektrischen Stromquelle an einen Elektromotor, um den Lader während des ersten Maschinenbetriebszustands zu betreiben, wobei die Elektrizität größer ist, wenn das angeforderte Maschinendrehmoment zunimmt.
Ferner umfasst das Verfahren bevorzugt das Zuführen von Elektrizität von der elektrischen Stromquelle an den Elektromotor, um den Lader während des zweiten Maschinenbetriebszustands mit der zweiten Drehzahl zu betreiben, wobei die Elektrizität größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Noch weiter bevorzugt umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen eines Druckabfalls an dem Lader während des zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei der Druckabfall größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Am besten umfasst das Verfahren ferner:
Zuführen von Elektrizität von der elektrischen Stromquelle an den Elektromotor, um den Lader während eines Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands bei der zweiten Drehzahl zu betreiben, wobei die Elektrizität größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt; und
Erzeugen eines Druckabfalls an dem Lader während des anderen Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei der Ansaugluftstrom zu der Maschine zu dieser Zeit kleiner ist als der Ansaugluftstrom während des einen Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei der Druckabfall größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Zuführen von Elektrizität von der elektrischen Stromquelle an einen Elektromotor, um den Lader während des zweiten Maschinenbetriebszustands bei der zweiten Drehzahl zu betreiben, wobei die Elektrizität größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Bevorzugt wird diese Kapazität der elektrischen Stromquelle von einer Batteriespannung bestimmt, die einen Teil der elektrischen Stromversorgung bildet.
Weiter bevorzugt ist die maximale Elektrizität, die während des zweiten Maschinenbetriebszustands an den Elektromotor zugeführt wird, im Wesentlichen auf eine Kapazität eines elektrischen Generators beschränkt, der einen Teil der elektrischen Stromversorgung bildet.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen eines Druckabfalls an dem Lader während des zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei dieser Druckabfall größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Am besten umfasst das Verfahren ferner:
Zuführen von Elektrizität von der elektrischen Stromquelle an den Elektromotor, um den Lader während eines Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands bei der zweiten Drehzahl zu betreiben, wobei die Elektrizität größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt; und
Erzeugen eines Druckabfalls an dem Lader während eines anderen Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei der Ansaugluftstrom zu der Maschine zu dieser Zeit kleiner ist als der Ansaugluftstrom während des einen Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands, wobei dieser negative Druck größer ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Elektromotors bereitgestellt, um einen Kompressor anzutreiben, der fähig ist, Ansaugluft zu einer Brennkraftmaschine zu verstärken, das umfasst:
Zuführen von Elektrizität von einer elektrischen Stromquelle an den Elektromotor, um den Kompressor während eines ersten Maschinenbetriebszustands mit einer ersten Drehzahl zu betreiben; und
Zuführen von Elektrizität von der elektrischen Stromquelle an den Elektromotor, um den Kompressor während eines zweiten Maschinenbetriebszustands mit einer zweiten Drehzahl zu betreiben, wobei das angeforderte Maschinendrehmoment zu dieser Zeit kleiner ist als das angeforderte Maschinendrehmoment während des ersten Maschinenbetriebszustands, wobei die zweite Drehzahl niedriger als die erste Drehzahl ist und höher ist, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Gemäß der Erfindung wird ferner ein Maschinensystem bereitgestellt, das den elektrisch angetriebenen Lader hat, der einen Verstärkungsdurchgang haben kann, der Luft durch den Kompressor des Laders in die Maschine einführt, einen Umleitungsdurchgang, der Luft in die Maschine einführt und den Verstärkungsdurchgang umgeht, und ein Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil, das fähig ist, den Luftstrom durch den Umleitungsdurchgang zu regulieren. Das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil kann den Umleitungsdurchgang während des ersten Maschinenbetriebszustands schließen, wenn das angeforderte Maschinendrehmoment größer ist, so dass der ganze Luftstrom den Verstärkungsdurchgang durchläuft und von dem Kompressor des Laders verstärkt wird. Das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil kann den Umleitungsdurchgang während des zweiten Maschinenbetriebszustands, wenn das angeforderte Maschinendrehmoment kleiner ist, öffnen, so dass der wesentliche Teil des Luftstroms durch den Umleitungsdurchgang geht und den Kompressor des Laders umgeht. Wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle jedoch abnimmt, kann das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil den Luftstrom durch den Umleitungsdurchgang drosseln, so dass der Druckabfall an dem Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil und dem Kompressor des Laders erzeugt wird. Der Druckabfall kann den Lader beschleunigen.
Das System kann ferner einen gemeinsamen Ansaugdurchgang, der sowohl stromabwärtig von dem Verstärkungsdurchgang als auch dem Umleitungsdurchgang angeordnet ist, und ein Drosselventil umfassen, das fähig ist, den Luftstrom durch den gemeinsamen Ansaugdurchgang zu drosseln. Das Drosselventil kann ganz geöffnet werden, wenn der Druckabfall erzeugt wird, so dass der Druckabfall größer sein kann, da die Ansaugluftbewegung in die Maschine direkt auf die stromabwärtige Seite des Kompressors wirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Stromquelle einen elektrischen Generator, der von der Maschine angetrieben wird und fähig ist, zumindest während des zweiten Motorbetriebszustands ausschließlich Elektrizität an den Elektromotor zuzuführen.
Bevorzugt umfasst die elektrische Stromquelle eine Batterie, die fähig ist, von dem elektrischen Generator geladen zu werden und während des ersten Maschinenbetriebszustands Elektrizität an den Elektromotor zuzuführen.
Weiter bevorzugt umfasst die elektrische Stromquelle ferner einen elektrischen Generator, der von der Maschine angetrieben wird und fähig ist, die Batterie zu laden.
Noch weiter bevorzugt umfasst das System ferner:
einen Verstärkungsdurchgang, der Luft durch den Kompressor in die Maschine einführt;
einen Umleitungsdurchgang, der Luft in die Maschine einführt und den Verstärkungsdurchgang umgeht; und
ein Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil, das fähig ist, den Luftstrom durch den Umleitungsdurchgang zu regulieren, und
wobei die Steuerung bzw. Regelung ferner konfiguriert ist, um das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Umleitungsdurchgang während des ersten Maschinenbetriebszustands geschlossen ist.
Ferner bevorzugt ist die Steuerung bzw. Regelung konfiguriert, um das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Umleitungsdurchgang zumindest teilweise geschlossen wird, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle während des zweiten Maschinenbetriebszustands abnimmt.
Noch weiter bevorzugt ist die Steuerung bzw. Regelung ferner konfiguriert, um das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Umleitungsdurchgang zumindest teilweise geschlossen wird, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt, und ansonsten während des zweiten Maschinenbetriebszustands ganz geöffnet ist.
Am besten umfasst das System ferner:
einen gemeinsamen Ansaugdurchgang, der sowohl stromabwärtig von dem Verstärkungsdurchgang als auch dem Umleitungsdurchgang angeordnet ist; und
ein Drosselventil, das fähig ist, den Luftstrom durch den gemeinsamen Ansaugdurchgang zu drosseln, und
wobei die Steuerung bzw. Regelung ferner konfiguriert ist, um das Steuerventil und das Drosselventil derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der gemeinsame Ansaugdurchgang im Wesentlichen ganz geöffnet wird und der Umleitungsdurchgang gedrosselt wird, ansprechend auf das angeforderte Maschinendrehmoment, wenn die Kapazität der elektrischen Stromquelle abnimmt.
Gemäß der Erfindung wird ferner ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das insbesondere auf einem computerlesbaren Speichermedium oder Signal ausgeführt ist, welches, wenn es auf ein geeignetes System geladen und dort ausgeführt wird, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer bevorzugten Ausführungsformen die Schritte eines Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln eines elektrisch angetriebenen Laders einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung oder einer ihrer bevorzugten Ausführungsformen ausführt.
Die hier beschriebenen Vorteile werden unter Bezug auf die Zeichnungen vollständiger verstanden, indem ein Beispiel für Ausführungsformen gelesen wird, in dem die vorstehenden Aspekte vorteilhaft verwendet werden, worauf hier als die detaillierte Beschreibung Bezug genommen wird. Es sollte sich verstehen, dass, wenngleich Ausführungsformen getrennt beschrieben sind, einzelne ihrer Merkmale zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Maschinensystems mit einem elektrisch angetriebenen Lader gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung;
2 ist ein Diagramm, das ein Betriebmoduskennfeld zeigt, auf das von einer Steuer- bzw. Regelungsroutine gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird;
3 ist ein Diagramm, das maximale Drehmomentkurven jeweils von einer aufgeladenen Maschine und einer selbstansaugenden Maschine zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das die Steuer- bzw. Regelungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zeigt;
5 ist ein Diagramm einer Zielleerlaufdrehzahl gegen eine Batteriespannung gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Änderungen einer Ladermotordrehzahl und eines elektrischen Stroms an den Ladermotor über einen Übergang von dem Nichtverstärkungsmodus zu dem Verstärkungsmodus gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das die Steuer- bzw. Regelungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zeigt;
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Änderungen einer Ladermotordrehzahl und eines elektrischen Stroms an den Ladermotor über einen Übergang von dem Nichtverstärkungsmodus zu dem Verstärkungsmodus gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein Betriebmoduskennfeld zeigt, auf das von einer Steuer- bzw. Regelungsroutine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird; und
10 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuer- bzw. Regelungsroutine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zeigt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung werden nun beschrieben unter Bezug auf die Zeichnungen, beginnend mit 1, die einen Überblick über ein Luftansaugsystem 1 einer Brennkraftmaschine 200, wie etwa eines Vier-Zylinder-Benzinmotors, zeigt.
Das Luftansaugsystem 1 hat einen Ansaugdurchgang 2, durch den frische Luft in die Maschine 200 eingesaugt wird. Der Ansaugdurchgang 2 umfasst ein Luftfilter 10, einen Verstärkungsdurchgang 20, einen Umleitungsdurchgang 21, und einen gemeinsamen Durchgang 22. Der Verstärkungsdurchgang 20 und der Umleitungsdurchgang 21 zweigen stromabwärtig von dem Luftfilter 10 voneinander ab und laufen stromaufwärtig von dem gemeinsamen Durchgang 22 zumindest teilweise wieder zusammen. Dort sind stromabwärtig von dem gemeinsamen Durchgang 22 ein Druckausgleichsbehälter 23 und ein oder mehrere einzelne Ansaugdurchgänge 24 angeordnet, durch die Luft schließlich in die jeweiligen Zylinder #1 bis #4 (oder Gruppen von ihnen) der Maschine 200 strömt. Auf dem Verstärkungsdurchgang 20 ist ein Lader 11 angeordnet. Auf dem Umleitungsdurchgang 21 ist ein Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 angeordnet und wird von einem Umleitungsventilaktuator 45 angetrieben, um den Luftstrom in dem Umleitungsdurchgang 21 zu regulieren oder zu steuern, so dass Luft den Verstärkungsdurchgang 20 zumindest teilweise umgeht, wenn der Umleitungsdurchgang 21 zumindest teilweise geöffnet ist. Auf dem gemeinsamen Durchgang 22, ist ein Drosselventil 13 angeordnet und wird von einem Drosselaktuator 44 angetrieben oder gesteuert, um den eingeführten Luftstrom und/oder die Menge in die Maschine 200 zu regulieren oder zu steuern.
Der Lader 11 umfasst einen Kompressor 11a, der, wie in der Technik wohlbekannt ist, eingeführte Luft von stromaufwärtig nach stromabwärtig pumpt oder komprimiert. Der Kompressor 11a kann von einem Verdrängungstyp, wie etwa ein Roots-Kompressor, Drehkolbentyp oder jeder andere Typ, wie etwa ein Zentrifugaltyp eines Kompressors sein. Der Lader 11 umfasst bevorzugt einen Elektromotor 11b, der mit dem Kompressor 11a verbunden ist, um ihn anzutreiben. Der Elektromotor 11b in dieser Ausführungsform verbraucht etwa 2 kW Elektrizität als seine Nennausgangsleistung.
Eine Antriebsschaltung 30 steuert bzw. regelt den an den Motor 11b des Laders 11 angelegten elektrischen Strom. Die Antriebsschaltung 30 wird mit Elektrizität von einer Batterie 31 und/oder einer Lichtmaschine 32 versorgt. Die Batterie 31 ist bevorzugt eine elektrische 12-Volt-Stromquelle und, wie durch einen Pfeil A gezeigt, fähig, Elektrizität an die Antriebsschaltung 30 zuzuführen. Die Lichtmaschine 32 wird von der Maschine 200 z. B. durch einen Riemen und Riemenscheiben angetrieben, wie ebenfalls in der Technik bekannt, um vorzugsweise elektrischen Gleichstrom mit etwa 14 Volt zu erzeugen. Die von der Lichtmaschine erzeugte Elektrizität kann, wie durch einen Pfeil B gezeigt, direkt an die Antriebsschaltung 30 zugeführt werden oder kann, wie durch einen Pfeil C gezeigt, in der Batterie 31 gespeichert werden oder sie laden.
Eine Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 umfasst, wie in der Technik wohlbekannt, eine mikrocomputerbasierte Steuerung bzw. Regelung mit einem Mikroprozessor, einem Speicher, der ein von dem Mikroprozessor ausgeführtes Programm und Daten speichert, und eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle und steuert zumindest einen Teil des Betriebs der Maschine 200. Die Maschinensteuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 empfängt verschiedene Signale einschließlich zumindest eines der folgenden: ein Signal (PAP) von einem Gaspedalstellungssensor 40, der eine Stellung eines Gaspedals 40a als eine angeforderte Last oder Leistung von der Maschine 200 erfasst, ein Signal (N_E) von einem Maschinendrehzahlsensor 41, der eine Drehzahl der Maschine 200 erfasst, ein Signal (V_B) von einem Spannungssensor 42, der eine Spannung der Batterie 31 erfasst, und ein Signal (N_M) von einem Motordrehzahlsensor 43, der eine Drehzahl des Motors 11a des elektrischen Laders 11 erfasst. Das Signal (V_B) von dem Batteriespannungssensor 42 kann die Verschlechterung des Ladezustands der Batterie 31 bestimmen. Alternativ kann die Verschlechterung der Batterie 31 durch einen Spannungsabfall bei einem Durchdrehen der Maschine 200 durch einen nicht gezeigten Anlasser bestimmt werden oder durch Erfassen elektrischer Ströme während des Ladens und Entladens der Batterie 31 mit einem oder mehreren elektrischen Stromsensoren, die auf den durch die Pfeile B und C angezeigten Leitungen angeordnet sind, und Vergleichen der Ströme. Basierend auf diesen Eingangssignalen gibt die Maschinensteuer- bzw. Regelungseinheit 100 verschiedene Steuer- bzw. Regelungssignale an den Drosselaktuator 44, die Ansaugsystemsteuerung bzw. Regelung 101 und andere aus.
Während die in dieser Ausführungsform dargestellte Ansaugsystemsteuerung bzw. Regelung eine von der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 getrennte mikrocomputerbasierte Steuerung bzw. Regelung umfasst, können die zwei Einheiten 100 und 101 zu einer einzigen mikrocomputerbasierten Einheit kombiniert werden, können in einem einzigen Gehäuse oder auf einer einzigen Leiterplatte installiert werden, aber immer noch getrennte Computer sein, oder sie können jede der Technik entsprechende und bekannte Form haben. Die Luftansaugsteuerung bzw. Regelung 101 gibt basierend auf der Eingabe von der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 Steuer- bzw. Regelungssignale an Aktuatoren einschließlich den Umleitungsventilaktuator 45 und/oder die Laderantriebsschaltung 30 aus.
Der Speicher der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 speichert ein Betriebsmoduskennfeld, wie in 12 gezeigt, oder eine Tabelle oder eine Beziehung, die den Betriebsmoduls bestimmen, basierend auf der Gaspedalstellung (P_AP) und der Motordrehzahl (N_E). Ein Verstärkungsmodus BM wir auf der höheren Last- und niedrigeren Drehzahlseite festgelegt. Ein Nichtverstärkungsmodus oder Selbstansaugmodus NBM wird auf der niedrigeren Lastseite oder der hohen Drehzahlseite festgelegt.
In dem Nichtverstärkungsmodus NBM steuert bzw. regelt die Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 den Drosselaktuator 44, um die Öffnung des Drosselventils 13 basierend auf verschiedenen Betriebsbedingungen einzustellen, die vorzugsweise die Gaspedalstellung (P_AP) und die Motordrehzahl (N_E) umfassen, so dass die Drosselventilöffnung nicht notwendigerweise proportional zu P_AP ist. Und die Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 sendet ein Signal an die Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101, um den Umleitungsaktuator 45 zu steuern bzw. zu regeln, um den Umleitungsdurchgang 21 mit dem Umleitungssteuerungs- bzw. Regelungsventil 12 (bevorzugt im Wesentlichen ganz) zu öffnen. Auch sendet sie bevorzugt ein Signal an die Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101, um die Antriebsschaltung 30 zu steuern bzw. zu regeln, um einen elektrischen Strom (I_Motor ₎ an den Motor 11a des Laders 11 zu liefern, um eine tatsächliche Drehzahl (N_M) des Motors 11a auf eine Zielleerlaufdrehzahl einzustellen oder zu ändern (N_Ziel = N_Leerlauf).
Andererseits steuert bzw. regelt die Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 in dem Verstärkungsmodus den Drosselaktuator 44, um die Öffnung des Drosselventils 13 einzustellen, wie sie es im Nichtverstärkungsmodus NBM tut. Die Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 sendet ein Signal an die Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101, um den Umleitungsaktuator 45 zu steuern bzw. zu regeln, um den Umleitungsdurchgang 21 mit dem Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 (bevorzugt im Wesentlichen ganz) zu schließen. Auch sendet die Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 bevorzugt ein Signal an die Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101, um die Antriebsschaltung 30 zu steuern bzw. zu regeln, um den elektrischen Strom (I_Motor) an den Motor 11a des Laders 11 zuzuführen.
In einem der Nichtverstärkungs- oder Verstärkungsmodi NBM, BM wird der elektrische Storm (I_Motor) bevorzugt gemäß der nachstehenden Gleichung (1) bestimmt. IMotor = IBasis + (NZiel – NMotor)·G (1)wobei

I_Basis:: Basisstrom
N_Ziel:: Zieldrehzahl des Motors 11a
N_Motor:: Tatsächliche Drehzahl des Motors 11a
G:: Verstärkung

Der Basisstrom (I_Basis) wird bevorzugt derart festgelegt, dass er etwa 1 kW Elektrizität an den Motor 11a zuführt. Während die Zieldrehzahl N_Ziel, wie vorstehend beschrieben, in dem Nichtverstärkungsmodus NBM als die Leerlaufdrehzahl (N_Leerlauf) bestimmt wird, wird sie in dem Verstärkungsmodus BM entsprechend der Gaspedalsstellung (P_AP) und der Motordrehzahl (N_E) bestimmt, vorzugsweise aus einem Kennfeld oder einer Tabelle oder einer Beziehung der Zieldrehzahl (N_Ziel = N_Laden) für den Verstärkungsmodus BM, der mit den Parametern P_AP und N_E indiziert ist, gelesen und in dem Speicher der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 und/oder die Ansaugsteuerung bzw.
Regelung 101 gespeichert. Die tatsächliche Drehzahl (N_Motor) wird, wie vorstehend beschrieben, von dem Motordrehzahlsensor 43 erfasst. Die Verstärkung (G) ist ein vorgegebener (vorbestimmter oder vorbestimmbarer) Wert.
Der Betrieb des Ansaugsystems 1 wird nun beschrieben. In dem Nichtverstärkungsmodus NBM wird das Drosselventil 13 von der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 gesteuert bzw. geregelt, und das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 wird von der Ansaugsteuerung bzw. Regelung (vorzugsweise) ganz geöffnet. Dann strömt in den Ansaugdurchgang 2 eingeführte Luft durch den Umleitungsdurchgang 21 zu dem gemeinsamen Durchgang 22 und wird mit einem Durchsatz oder einer Menge an Luft in die Maschine 200 eingeführt, die von der Öffnung des Drosselventils 13 abhängt, so dass das meiste der eingeführten Luft durch den Umleitungsdurchgang 21 strömt. Die Drosselventilöffnung (TVO) wird bevorzugt derart bestimmt, dass sie den Luftstrom erzielt, damit die Maschine 200 im Wesentlichen ein Zieldrehmoment (T_Ziel) bei einer gegebenen Motordrehzahl (N_E) erzeugt, wobei sie bevorzugt auf ein mit den zwei Parametern T_Ziel und N_E indiziertes Kennfeld oder eine Tabelle oder Beziehung der Drosselventilöffnung Bezug nimmt, die von diesen abhängt, die in dem Speicher der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 gespeichert ist. Das Zieldrehmoment (T_Ziel) wird basierend auf der Gaspedalstellung (P_AP) und der Motordrehzahl (N_E) bestimmt, vorzugsweise indem auf ein Kennfeld oder eine Tabelle oder Beziehung des Zieldrehmoments Bezug genommen wird, die mit den zwei Parametern P_AP und N_E indiziert oder von diesen abhängig sind und in dem Speicher der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 gespeichert sind.
In dem Nichtverstärkungsmodus NBM wird der relativ kleine Leerlaufstrombetrag (I_Motor = I_Leerlauf) an den Motor 11a des Laders 11 zugeführt, um die Leerlaufdrehzahl (N_Leerlauf) aufrechtzuerhalten, die wie später detaillierter beschrieben bestimmt wird. Dadurch, dass der Motor 11a immer etwa bei der Leerlaufdrehzahl umdreht, kann die Antriebsschaltung 30 die Winkelphase des Motors 11a bevorzugt jederzeit erkennen, wenn der Motor 11a ein Dreiphaseninduktionsmotor oder irgendein anderer passender Motor ist, eine Antwort des Laders 11 kann während eines Übergangs von dem Nichtverstärkungsmodus NBM in den Verstärkungsmodus BM verbessert werden, wodurch vorteilhafterweise eine schnellere Erhöhung des Verstärkungsdrucks erreicht wird. Folglich wird, wie in einem Diagramm von 3 gezeigt, nur bei einer höheren Maschinendrehzahl durch Selbstansaugung in dem Nichtverstärkungsmodus NBM ein höheres Drehmoment erzeugt.
Andererseits wird das Drosselventil 13 in dem Verstärkungsmodus BM von der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 gesteuert bzw. geregelt, und das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 wird von der Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101 (bevorzugt ganz) geschlossen. Dann kann in den Ansaugdurchgang 2 eingeführte Luft aufgrund des geschlossenen Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventils 12 nicht durch den Umleitungsdurchgang 21 gehen und kann nur durch den Verstärkungsdurchgang 20 strömen. Ein durch die Gleichung (1) ausgedrückter Verstärkungsstrom (I_Ziel = I_Verstärkung) wird an den Motor 11a zugeführt, wodurch die Drehzahl des Motors 11a auf die Zieldrehzahl (N_Ziel = N_Laden) geregelt wird. Folglich wird die in den Verstärkungsdurchgang 20 eingeführte Luft stromabwärtig von dem Lader 11 gepumpt und in den gemeinsamen Durchgang 22 eingeführt, wodurch sie entsprechend der Öffnung des Drosselventils 13 in die Maschine 100 eingeführt wird. Als ein Ergebnis kann in dem Verstärkungsmodus BM, wie in dem Diagramm von 3 gezeigt, hauptsächlich bei der niedrigeren Motordrehzahl, mehr Drehmoment erzeugt werden als das, das nur durch Selbstansaugung erzeugt wird.
Nun wird eine Steuer- bzw. Regelungsroutine für das Ansaugsystem 1, die in dem Speicher der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 und/oder der Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101 gespeichert und von deren Mikroprozessor ausgeführt wird, unter Bezug auf ein Flussdiagramm von 4 beschrieben.
Zuerst liest die Routine bei einem Schritt S1 verschiedene Signale, die zumindest einen Teil der folgenden umfassen: die Stellung P_AP des Gaspedals 40a, die von dem Gaspedalstellungssensor 40 erfasst wird, die Maschinendrehzahl N_E, die von dem Maschinendrehzahlsensor 41 erfasst wird, die Batteriespannung V_B, die von dem Batteriespannungssensor 42 erfasst wird, und die Motordrehzahl N_E, die von dem Motordrehzahlsensor 43 erfasst wird. Die Routine geht weiter zu einem Schritt S2, in dem basierend auf der Gaspedalstellung P_AP und der Maschinendrehzahl N_E, vorzugsweise unter Bezugnahme auf das Betriebsmoduskennfeld, wie in 2 dargestellt oder eine entsprechende Tabelle oder Beziehung, bestimmt wird, ob der Betriebsmodus der Verstärkungsmodus BM ist.
Wenn der Betriebsmodus bei dem Schritt S2 als der Verstärkungsmodus BM bestimmt wird (JA), geht die Routine weiter zu Schritt S3, wo das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 geschlossen wird. Dann geht sie weiter zu einem Schritt S4, wo die Zieldrehzahl N_Ziel des Motors 11a des Laders 11, wie vorstehend beschrieben, basierend auf der Gaspedalstellung P_AP und der Maschinendrehzahl N_E bestimmt wird. Als nächstes wird bei Schritt S5 der an den Motor 11a zugeführte Motorstrom I_Motor gemäß der Gleichung (1), wie vorstehend beschrieben, basierend auf der bei Schritt S4 bestimmten Zieldrehzahl N_Ziel bestimmt. Schließlich wird der bei dem Schritt S5 bestimmte Motorstrom I_Motor bei einem Schritt S6 an den Motor 11a des Laders 11 zugeführt, dann kehrt die Routine zurück.
Wenn der Betriebsmodus bei dem Schritt S2 als in dem Nichtverstärkungsmodus NMB (NEIN) bestimmt wird, geht die Routine weiter zu einem Schritt S7, in dem das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 zumindest teilweise geöffnet wird. Dann geht sie weiter zu einem Schritt S4, in dem bestimmt wird, ob die Batteriespannung V_B niedriger als ein vorgegebener oder vorgebbarer Wert V_B1 ist oder nicht. Wenn sie niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert ist, kann die Batterie 31 als verschlechtert bestimmt werden.
Wenn die Batteriespannung V_B bei dem Schritt S4 nicht als niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 bestimmt wird (NEIN), geht die Routine weiter zu einem Schritt S9, in dem die Zieldrehzahl N_Ziel des Motors 11a des Laders 11 als eine normale Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N}, zum Beispiel etwa 5000 U/min bestimmt wird. In einem anderen Beispiel kann die normale Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N} 0 U/min sein, mit anderen Worten kann der Lader 11 in dem Nichtverstärkungsmodus NBM gestoppt werden, wenn die Batterie 31 als nicht verschlechtert bestimmt wird. Dann geht sie weiter zu dem Schritt S5, in dem der elektrische Strom an den Ladermotor 11a (I_Motor) gemäß der Gleichung (1) basierend auf der Zieldrehzahl N_Ziel = N_{Leerlauf_N} bestimmt wird, dann zu dem Schritt S6, in dem der gemäß der Gleichung (1) bestimmte elektrische Strom I_Motor in der gleichen Weise wie in dem vorstehend beschriebenen Verstärkungsmodus an den Motor 11a zugeführt wird.
Wenn die Batteriespannung V_B andererseits bei dem Schritt S4 als niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 bestimmt wird (JA), kann angenommen werden, dass die Batterie 31 verschlechtert ist. Dann geht die Routine weiter zu einem Schritt S10, wo die Zieldrehzahl N_Ziel des Motors 11 als eine höhere Zielleerlaufdrehzahl bei der Batterieverschlechterung (N_{Leerlauf_H}) bestimmt wird. Dann geht die Routine weiter zu den Schritten S5 und S6, wo der elektrische Strom I_Motor bestimmt und, wie vorstehend beschrieben, an den Ladermotor 11a zugeführt wird.
Wenn die Batteriespannung V_B niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 ist, wird die höhere Zielleerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_H} als zunehmend bestimmt, wenn die Batteriespannung V_B niedriger ist, mit anderen Worten ist die Batterie 31 stärker verschlechtert, bis sie, wie in einem Diagramm von 5 gezeigt, eine vorgegebene oder vorgebbare Drehzahl (zum Beispiel etwa 15000 U/min) bei einer Batteriespannung V_B2 erreicht. Jenseits von V_B2 ist die höhere Zieldrehzahl N_{Leerlauf_H} im Wesentlichen konstant, so dass sie N_{Leerlauf_H1} ist. Abhängig von einem bestimmten Aufbau des Fahrzeugelektrizitätserzeugungssystems einschließlich der Lichtmaschine 32, wird die vorgegebene oder vorgebbare Drehzahl N_{Leerlauf_H1} derart festgelegt, dass sie einem maximalen elektrischen Strom entspricht, den die Lichtmaschine 32 erzeugen kann, wenn sie mit ihrer minimalen Drehzahl, mit anderen Worten einer Leerlaufdrehzahl der Maschine 200, rotiert. Daher wird, ganz gleich, welche höhere Zielleerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_H} bestimmt wird, keine Elektrizität von der Batterie 31, die bereits verschlechtert ist, abgeleitet.
Wenn die Batteriespannung der Batterie 31 verschlechtert sein kann, wird die Leerlaufdrehzahl des Motors 11a, wie in einem unteren Diagramm von 6 gezeigt, von der normalen Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N} (zum Beispiel etwa 5000 U/min) auf eine höhere Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_H} erhöht (zum Beispiel etwa 15000 U/min). Als ein Ergebnis wird eine Differenz zwischen der Leerlaufdrehzahl N_Leerlauf und der Zieldrehzahl N_Laden für den Verstärkungsmodus BM (zum Beispiel etwa 60000 U/min) wesentlich verringert.
Wie in einem oberen Diagramm von 6 gezeigt, wird der elektrische Strom I_Motor, der während eines Nichtverstärkungsmodus NBM an den Motor 11 zugeführt wird, derart reguliert, dass der Leerlaufstrom I_Leerlauf ist, um die Motordrehzahl N_Motor per Rückkopplung auf N_Leerlauf zu regeln Der elektrische Strom während des Verstärkungsmodus BM wird auf den Verstärkungsstrom (Laden reguliert, um die Motordrehzahl N_Motor per Rückkopplung auf N_Laden zu regeln. Während eines Übergangs von dem Nichtverstärkungsmodus NBM in den Verstärkungsmodus wird der elektrische Strom I_Motor erhöht, um die Motordrehzahl N_Motor gemäß bekannter Regelungsmethodik (wie etwa Proportionalregelung), die in der Gleichung (1) ausgedrückt ist, und proportionaler und integraler (PI) Regelung von N_Leerlauf auf N_Laden zu erhöhen. Dann ist zumindest ein proportionaler Term der Rückkopplungsregelung des elektrischen Stroms I_Motor bevorzugt proportional zu der Differenz zwischen der Zieldrehzahl N_Ziel und der tatsächlichen Drehzahl N_Motor des Motors 11a für eine bedarfsgerechte Regelung des Verstärkungsdrucks, wie vorstehend unter Bezug auf Gleichung (1) beschrieben. Daher wird während des Übergangs ein größerer Spitzenanlaufstrom von der elektrischen Stromversorgung an den Motor 11a zugeführt, da die Drehzahldifferenz zwischen dem N_Leerlauf und dem N_Laden größer ist. Der Spitzenanlaufstrom übersteigt die Elektrizitätserzeugungskapazität der Lichtmaschine 32, so dass der wesentliche Anteil davon von der Batterie 31 zugeführt wird. Wenn die Batterie 31 verschlechtert ist, kann der übermäßige Anlaufstrom sie weiter verschlechtern und die Batteriealterung oder Verschlechterung beschleunigen.
Wenn die Batterie 31 gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, jedoch verschlechtert sein kann, wird die Drehzahldifferenz zwischen dem N_Leerlauf und dem N_Laden verringert, indem die Zielleerlaufdrehzahl N_Leerlauf von der normalen Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N} auf die höhere Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_H} erhöht wird, was die Steuer- bzw. Regelungsroutine bei dem Schritt S33 in 4 bestimmt. Folglich kann der Anlaufstrom von der Batterie 31 verringert werden, wodurch die weitere Verschlechterung der Batterie 31 verhindert wird.
Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung unter Bezug auf 7 und 8 beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich in Bezug auf die Steuerung bzw. Regelung, die während der Verschlechterung der Batterie 31 durchgeführt wird.
Die von der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 und/oder den Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101 durchgeführte Steuer- bzw. Regelungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform ist in einem Flussdiagramm von 7 dargestellt. Zuerst liest die Routine bei Schritt 521 verschiedene Signale in der gleichen Weise wie sie es bei dem Schritt S1 der ersten Ausführungsform in 4 tut. Dann bei Schritt S22 wird das Zieldrehmoment T_Ziel, wie vorstehend beschrieben, basierend auf der Gaspedalstellung P_AP und der Maschinendrehzahl N_E bestimmt. Dann geht die Routine weiter zu einem Schritt S23, in dem basierend auf der Gaspedalstellung P_AP und der Maschinendrehzahl N_E bevorzugt unter Bezugnahme auf das Betriebsmoduskennfeld von 2 oder eine Betriebsmodustabelle oder Beziehung bestimmt wird, ob der Betriebsmodus der Verstärkungsmodus BM ist.
Wenn der Betriebsmodus in Schritt S23 als der Verstärkungsmodus BM (JA) bestimmt wird, geht die Routine weiter zu einem Schritt S23, in dem die Zieldrehzahl N_Ziel des Motors 11a des Laders 11, wie vorstehend beschrieben, basierend auf der Gaspedalstellung P_AP und der Maschinendrehzahl N_E bestimmt wird. Dann geht sie weiter zu einem Schritt S25, wo das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 geschlossen wird. Dann bei einem Schritt S26 wird eine Öffnung TVO des Drosselventils 13 bestimmt, vorausgesetzt, der Lader 11 pumpt oder komprimiert Luft mit der bei dem Schritt S24 bestimmten Zieldrehzahl N_Ziel, und das Umleitungssteuer- bzw.
Regelungsventil wird bei Schritt S25 geschlossen, so dass das bei dem Schritt S22 bestimmte Zieldrehmoment T_Ziel erzeugt wird und der Drosselventilaktuator 44 derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass er die bestimmte Drosselöffnung TVO erfüllt.
Nach dem Schritt S26 geht die Routine weiter zu einem Schritt S27, in dem der elektrische Strom I_Motor an den Ladermotor 11a in der gleichen Weise wie bei dem Schritt S5 der ersten Ausführungsform bestimmt wird. Schließlich wird der bei Schritt S27 bestimmte Motorstrom I_Motor bei einem Schritt S28 an den Ladermotor 11a zugeführt, dann kehrt die Routine zurück.
Wenn der Betriebsmodus bei dem Schritt S23 als der Nichtverstärkungsmodus NBM (NEIN) bestimmt wird (NEIN), geht die Routine weiter zu einem Schritt S29, in dem die Zieldrehzahl N_Ziel des Motors 11a des Laders 11 als eine Leerlaufdrehzahl N_Leerlauf, zum Beispiel etwa 5000 U/min, bestimmt wird, was in dieser Ausführungsform ein fester (vorgegebener oder vorgebbarer) Wert ist. Dann geht sie weiter zu einem Schritt S30, in dem bestimmt wird, ob die Batteriespannung V_B niedriger als ein vorgegebener Wert V_B1 ist oder nicht. Wenn sie niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert ist, kann die Batterie 31 als verschlechtert bestimmt werden.
Wenn die Batteriespannung V_B bei dem Schritt S30 nicht als niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 bestimmt wird, geht der Schritt weiter zu einem Schritt S31, in dem das Umleitungsventil 12 für den normalen Nichtverstärkungsmodus NBM geöffnet wird, da die Batterie 31 nicht verschlechtert ist. Dann werden die Schritte S26, S27 und S28 in der gleichen Weise wie in dem Verstärkungsmodus BM ausgeführt, um das Zieldrehmoment T_Ziel von der Maschine 200 zu erzeugen. Die Routine kehrt zurück.
Wenn die Batteriespannung V_B andererseits bei dem Schritt S30 als niedriger als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 bestimmt wird (JA), kann angenommen werden, dass die Batterie 31 verschlechtert ist, und die Routine geht weiter zu einem Schritt S32, bei dem das Drosselventil 13 (bevorzugt im Wesentlichen ganz) geöffnet wird. Dann wird bei einem Schritt S33 eine Öffnung des Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventils 12 bestimmt, vorausgesetzt der Lader 11 läuft leer und etwas Luft strömt durch den Kompressor 11b, wie nachstehend detaillierter beschrieben, und dass das Drosselventil bei dem Schritt S32 ganz geöffnet wird, so dass das bei dem Schritt S22 bestimmte Zieldrehmoment T_Ziel erzeugt wird und der Umleitungsventilaktuator 45 gesteuert bzw. geregelt wird, dass die bestimmte Ventilöffnung erfüllt wird. Dann geht die Routine weiter zu einem Schritt S34, in dem der Motorstrom I_Motor als ein fester (vorgegebener oder vorgebbarer) Wert I_{Leerlauf_1} bestimmt wird, der der Leerlaufdrehzahl N_Leerlauf entspricht. Der Motorstrom I_Motor wird bei dem Schritt S28 an den Ladermotor 11a zugeführt, und die Routine kehrt zurück.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird das Drosselventil 13 bei den Schritten S32 und S33 in dem Nichtverstärkungsmodus NBM, wenn die Batterie 31 verschlechtert sein kann, ganz geöffnet, und das Umleistungsteuer- bzw. Regelungsventil 12 ist zumindest teilweise geschlossen, um das Maschinendrehmoment auf das Zieldrehmoment T_Ziel zu steuern bzw. zu regeln, wodurch ein Vakuumdruck in dem Ansaugluftdurchgang 2 stromabwärtig von dem Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 vorzugsweise mit einer Pumpfunktion der Maschine 200 erzeugt wird. Folglich wird es eine Druckdifferenz in dem Verstärkungsdurchgang 20 zwischen der stromabwärtigen und stromabwärtigen Seite des Kompressors 11b geben, die einen Luftstrom an dem Kompressor 11b bewirkt.
Der Luftstrom durch den Kompressor 11b kann die Rotation des Laders 11 von der normalen Leerlaufdrehzahl N_Leerlauf (z. B. etwa 5000 U/min) auf eine höhere Drehzahl (z. B. etwa 15000 U/min) beschleunigen, wie in einem unteren Diagramm von 8 gezeigt. Folglich wird die Drehzahldifferenz zwischen der Leerlaufdrehzahl N_Leerlauf und der Verstärkungsdrehzahl N_Laden des Laders 11 verringert, wodurch der Spitzenanlaufstrom von der Batterie 31 während eines Übergangs von dem Nichtverstärkungsmodus NBM in den Verstärkungsmodus BM, wie in der ersten Ausführungsform verringert wird, während der Leerlaufstrom I_Leerlauf auf normal gehalten wird, so dass der elektrische Verbrauch in dem Nichtverstärkungsmodus NBM niedrig gehalten wird.
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 9 und 10 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird anstelle des in 2 gezeigten Betriebsmoduskennfelds ein in 9 gezeigtes anderes Betriebsmoduskennfeld oder eine Modustabelle oder eine Beziehung verwendet.
Wie in 9 gezeigt, sind der Verstärkungsmodus BM und der Nichtverstärkungsmodus NBM, wie in dem Kennfeld von 2. Aber der Nichtverstärkungsmodus NBM ist in zumindest einen ersten Nichtverstärkungsmodus NB1 und einen zweiten Nichtverstärkungsmodus NB2 unterteilt. Der erste Nichtverstärkungsmodus NB1 wird während des niedrigeren Last- und niedrigeren Drehzahlzustands verwendet, während der zweite Nichtverstärkungsmodus NB2 ansonsten verwendet wird. Wenn erwägt wird, dass die Batterie nicht verschlechtert sein kann, indem, wie unter Bezug auf die Schritte S8 und S30 der Steuer- bzw. Regelungsroutinen in 4 und 7 beschrieben, bevorzugt die Batteriespannung V_B mit dem vorgegebenen oder vorgebbaren Wert V_B1 verglichen wird, wird in beiden der ersten und zweiten Nichtverstärkungsmodi NB1, NB2 das gleiche Steuer- bzw. Regelungsverfahren für das Ansaugsystem 1 verwendet. Wenn jedoch erwägt wird, dass die Batterie verschlechtert sein kann, werden in den ersten und zweiten Nichtverstärkungsmodi NB1, NB2 jeweils verschiedene Steuer- bzw. Regelungsverfahren genommen, wie nachstehend detaillierter beschrieben.
Die Steuer- bzw. Regelungsroutine, die von der Maschinensteuerung bzw. Regelung 100 und/oder der Ansaugsteuerung bzw. Regelung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird, ist in einem Flussdiagramm von 10 dargestellt. Die Schritte S41 bis S48 sind grundsätzlich gleich wie die Schritte S21 bis S28 in der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform, so wird die Beschreibung für diese Schritte hier weggelassen.
Wenn der Betriebsmodus bei dem Schritt S43 nicht als der Verstärkungsmodus BM bestimmt wird (NEIN), mit anderen Worten wenn er einer der ersten und zweiten Nichtverstärkungsmodi NB1, NB2 ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt S49, in dem bestimmt wird, ob die Batteriespannung V_B geringer als ein vorgegebener oder vorgebbarer Wert V_B1 ist oder nicht, um, wie in den vorstehenden Ausführungsformen eine Beweisbarkeit für die Verschlechterung der Batterie zu bestimmen.
Wenn die Batteriespannung V_B bei dem Schritt S49 als nicht geringer als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 bestimmt wird (NEIN), wird die normale Leerlaufregelung bzw. Steuerung des Laders 11 durchgeführt. Mit anderen Worten wird bei einem Schritt S50 die Zielleerlaufdrehzahl N_Ziel als die normale Leerlaufdrehzahl N_{Leelauf_N} (z. B. etwa 5000 U/min) bestimmt, und das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 wird bei einem Schritt S51 geöffnet. Danach geht die Routine weiter zu den Schritten S47 und S48 und führt die Steuer- bzw. Regelungsschritte wie in der zweiten Ausführungsform aus, dann kehrt sie zurück.
Wenn die Batteriespannung V_B bei dem Schritt S49 andererseits als geringer als der vorgegebene oder vorgebbare Wert V_B1 bestimmt wird (JA), kann angenommen werden, dass die Batterie 31 verschlechtert ist, und die Routine geht weiter zu einem Schritt S52, um basierend auf der Gaspedalstellung P_AP und der Maschinendrehzahl N_E unter Bezugnahmen auf das in 9 gezeigte Kennfeld oder auf die Betriebsmodustabelle oder die Beziehung zu bestimmen, ob der Betriebsmodus der erste Nichtverstärkungsmodus NB1 ist oder nicht.
Wenn der Betriebsmodus bei dem Schritt S52 als der erste Nichtverstärkungsmodus bestimmt wird (JA), führt die Routine mit der verschlechterten Batterie im Wesentlichen die gleiche Steuerung bzw. Regelung durch wie in der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform. Mit anderen Worten wird die Zielleerlaufdrehzahl N_Ziel bei einem Schritt S53 als die höhere Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N} (z. B. etwa 5000 U/min) bestimmt, und das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 wird bei dem Schritt S51 geöffnet. Danach geht die Routine weiter zu den Schritten S47 und führt die Steuer- bzw. Regelungsschritte wie vorstehend beschrieben durch.
Wenn der Betriebsmodus andererseits bei dem Schritt S52 als der zweite Nichtverstärkungsmodus NB2 bestimmt wird (NEIN), führt die Routine im Wesentlichen die gleiche Steuerung bzw. Regelung mit der verschlechterten Batterie wie in der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform durch. Insbesondere wird das Drosselventil 13 bei einem Schritt S54 (bevorzugt ganz) geöffnet. Als nächstes wird bei einem Schritt S55 das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 derart gesteuert bzw. geregelt, dass die Maschine 200 das bei dem Schritt S42 bestimmte Zieldrehmoment T_Ziel erzeugt. Dann wird bei einem Schritt S55 der Motorstrom I_Motor als der feste Wert I_Leerlauf bestimmt, der der normalen Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N} entspricht. Der Motorstrom I_Motor wird bei dem Schritt S48 an den Ladermotor 11a zugeführt, und die Routine kehrt zurück.
Wenn die Batterie 31 gemäß der dritten Ausführungsform verschlechtert sein kann, wird die Leerlaufdrehzahl des Laders 11, indem dies bei dem Schritt S49 bestimmt wird, in dem ersten Nichtverstärkungsmodus NB1 von der normalen Leerlaufdrehzahl (z. B. etwa 5000 U/min) auf die höhere Leerlaufdrehzahl (z. B. etwa 15000 U/min) erhöht, indem bei dem Schritt S53, wie in der ersten Ausführungsform, die Zielleerlaufdrehzahl N_Ziel als die höhere Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_H} bestimmt wird, oder in dem zweiten Verstärkungsmodus NB2, indem der Lader 11 von der normalen Leerlaufdrehzahl N_{Leerlauf_N} auf eine höhere Drehzahl beschleunigt wird, wobei die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des Kompressors 11b wie in der zweiten Ausführungsform ist. Folglich wird in beiden Modi die Drehzahldifferenz zwischen der Leerlaufdrehzahl N_Leerlauf und der Verstärkungsdrehzahl N_Laden (z. B. etwa 60000 U/min) des Laders 11 verringert, wodurch der Spitzenanlaufstrom von der Batterie 31 während eines Übergangs von den Nichtverstärkungs- zu Verstärkungsmodi verringert wird.
Ferner reguliert das Umleitungssteuerungs- bzw. Regelungsventil 12 in der dritten Ausführungsform den Luftstrom zu der Maschine nur in dem zweiten Nichtverstärkungsmodus NB2, so dass eine überschüssige Lufteinführung in die Maschine 200 in dem ersten Nichtverstärkungsmodus NB1 während des niedrigeren Last- und niedrigeren Drehzahlzustands, in dem ein kleinerer Prozentsatz des gesamten Luftstroms durch den Umleitungsdurchgang 21 mit dem Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil 12 eingeführt wird, vermieden werden kann.
Es ist überflüssig zu sagen, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedene Verbesserungen und alternative Ausführungen möglich sind, ohne vom Wesentlichen der Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen beansprucht, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektrisch angetriebenen Laders (11) einer Brennkraftmaschine (200), das die folgenden Schritte umfasst: Betreiben des Laders (11) bei einer ersten Drehzahl (N_Laden) während eines ersten Maschinenbetriebszustands (BM); und Betreiben des Laders (11) mit einer zweiten Drehzahl (N_Leerlauf) während eines zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM), wobei die zweite Drehzahl (N_Leerlauf) niedriger als die erste Drehzahl (N_Laden) ist, wobei die zweite Drehzahl (N_Leerlauf) höher ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) an den elektrischen Lader (11) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das angeforderte Maschinendrehmoment während des ersten Maschinenbetriebszustands (BM) größer als das angeforderte Maschinendrehmoment während des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner den Schritt des Zuführens von Elektrizität (I_Motor) von der elektrischen Stromquelle (31, 32) an einen Elektromotor (11a) umfasst, um den Lader (11) während des ersten Maschinenbetriebszustands (BM) zu betreiben, wobei die Elektrizität (I_Motor) größer ist, wenn das angeforderte Maschinendrehmoment (T_Ziel) zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner den Schritt des Zuführens von Elektrizität (I_Motor) von der elektrischen Stromquelle (31, 32) an den Elektromotor umfasst, um den Lader (11) während des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) mit der zweiten Drehzahl (N_Leerlauf) zu betreiben, wobei die Elektrizität (I_Motor) größer ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, das ferner den Schritt des Erzeugens eines Druckabfalls an dem Lader (11) während des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) umfasst, wobei der Druckabfall größer ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Zuführen von Elektrizität (I_Motor) von der elektrischen Stromquelle (31, 32) an den Elektromotor, um den Lader (11) während eines Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) bei der zweiten Drehzahl (N_Leerlauf) zu betreiben, wobei die Elektrizität (I_Motor) größer ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) abnimmt; und Erzeugen eines Druckabfalls an dem Lader (11) während eines anderen Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM), wobei der Ansaugluftstrom zu der Maschine (200) zu dieser Zeit kleiner ist als der Ansaugluftstrom während des einen Teils des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM), wobei der Druckabfall größer ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) abnimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kapazität der elektrischen Stromquelle durch eine Spannung (V_B) einer Batterie (31) bestimmt wird, die aus einem Teil der elektrischen Stromversorgung besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die maximale an den Elektromotor (11a) zugeführte Elektrizität während des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) im Wesentlichen auf eine Kapazität eines elektrischen Generators (32) begrenzt ist, der aus einem Teil der elektrischen – Stromversorgung besteht.
Maschinensystem mit einem elektrisch angetriebenen Lader (11), umfassend: eine Brennkraftmaschine (200); einen Kompressor bzw. Verdichter (11b), der fähig ist, die Ansaugluft in die Brennkraftmaschine (200) hinein zu verstärken bzw. aufzuladen; einen Elektromotor (11a), der fähig ist, den Kompressor (11b) anzutreiben; eine elektrische Stromquelle (31, 32), die fähig ist, Elektrizität an den Elektromotor (11a) zuzuführen, um den Elektromotor (11a) zu betreiben; und eine Steuerung bzw. Regelung (100, 101), die konfiguriert ist, um: den Kompressor (11b) bei einer ersten Drehzahl (N_Laden) während eines ersten Maschinenbetriebszustands (BM) zu betreiben; und den Lader (11b) mit einer zweiten Drehzahl (N_Leerlauf) während eines zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) zu betreiben, wobei die zweite Drehzahl (N_Leerlauf) niedriger als die erste Drehzahl (N_Laden) ist, wobei die zweite Drehzahl (N_Leerlauf) höher ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) an den Elektromotor (11) abnimmt.
System nach Anspruch 9, ferner umfassend: einen Verstärkungsdurchgang (20), der Luft durch den Kompressor (11b) in die Maschine (200) einführt; einen Umleitungsdurchgang (21), der Luft in die Maschine (200) einführt und den Verstärkungsdurchgang (20) umgeht; und ein Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil (12), das fähig ist, den Luftstrom durch den Umleitungsdurchgang (21) zu regulieren, wobei die Steuerung bzw. Regelung (100, 101) ferner konfiguriert ist, um das Umleitungssteuer- bzw. Regelungsventil (12) derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Umleitungsdurchgang (21) zumindest teilweise geschlossen ist, wenn die Kapazität (V_B) der elektrischen Stromquelle (31, 32) während des zweiten Maschinenbetriebszustands (NBM) abnimmt.
Computerprogrammprodukt, das, wenn es auf ein geeignetes System geladen und dort ausgeführt wird, die Schritte eines Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln eines elektrisch angetriebenen Laders (11) einer Brennkraftmaschine (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.