EP3359792A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer antriebsvorrichtung, antriebsvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer antriebsvorrichtung, antriebsvorrichtung

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EP3359792A1
EP3359792A1 EP16760059.2A EP16760059A EP3359792A1 EP 3359792 A1 EP3359792 A1 EP 3359792A1 EP 16760059 A EP16760059 A EP 16760059A EP 3359792 A1 EP3359792 A1 EP 3359792A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
gas turbocharger
power
electric machine
drive device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16760059.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Matrohs
Detlev BAREUTHER
Klaus Theiss
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3359792A1 publication Critical patent/EP3359792A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive device of a motor vehicle, comprising an internal combustion engine with a first
  • Exhaust gas turbocharger and a second exhaust gas turbocharger and at least one electric machine wherein the exhaust gas turbochargers are connected in series, wherein at least the second exhaust gas turbocharger has means for varying its power, wherein the power of at least the second exhaust gas turbocharger in response to a requested desired torque of the
  • the invention relates to a device for operating the above
  • At least one of the exhaust gas turbochargers usually two exhaust gas turbochargers, each associated with means for influencing the power of the respective exhaust gas turbocharger.
  • the means are, for example, electro-pneumatic actuators, actuatable wastegate valves and / or variable flow geometries.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2007 012 303 A1 already discloses a method for operating a hybrid drive, which has an internal combustion engine and an electric machine as drive units, in which the electric machine is actuated, a deviation of an actual torque from a setpoint torque compensate.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a delay of the torque build-up following a variation of the power of one of the exhaust gas turbochargers is compensated.
  • the electric machine is controlled in dependence on the time of the variation in order to compensate for a deviation of an actual torque of the drive device from the desired torque.
  • Electric machine is thus driven in response to a change in performance of the exhaust gas turbocharger, so that early on the electric machine is driven to generate a supporting drive torque.
  • Exhaust gas turbocharger increased to increase the boost pressure, which leads to a higher torque of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas turbocharger dimensioned differently, it can also be provided that at
  • Exceeding the first limit value is changed from the one exhaust gas turbocharger to the other exhaust gas turbocharger or switched.
  • Exhaust gas turbocharger is varied such that the second exhaust gas turbocharger is connected only when the first limit value is exceeded.
  • the second exhaust gas turbocharger is thus initially deactivated and does not contribute to the boost pressure control.
  • the second exhaust gas turbocharger is associated with a bypass, in which an operable valve, in particular wastegate valve is located. By opening the valve, the exhaust gas flow past the turbine of the exhaust gas turbocharger, so that it is not driven by the exhaust gas.
  • the first exhaust gas turbocharger also has means for varying its power, wherein the power of the first
  • Exhaust gas turbocharger is varied in response to the requested target torque. Alternatively, it may be provided that the power of the
  • Exhaust gas turbocharger alone from the turbine supplied exhaust gas mass flow of the internal combustion engine can be influenced.
  • a bypass with a switchable valve is also associated with the first exhaust gas turbocharger, through which the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine can be guided past the turbine of the first exhaust gas turbocharger.
  • the power of the second exhaust gas turbocharger can be varied by the valve of the associated bypass.
  • the current actual speed or the current boost pressure of at least the second exhaust gas turbocharger is detected, and that the timing of the variation in
  • a Betuschists the means or the manipulated variable of an actuator for varying the power of at least the second exhaust gas turbocharger monitors and the time for activation of the electric machine or the time of
  • Variation is determined depending on the BetuschistsistSh or the actuator position / manipulated variable.
  • the BetuschistSh or the actuator position / manipulated variable.
  • control of the electric machine is terminated, in particular in response to a hysteresis, when the actual speed and / or the BetreliistsistGra a target speed
  • Actuation target state it can be assumed that the second exhaust gas turbocharger has reached its desired performance. Thus, the support of the electric machine can be stopped. Due to the advantageous hysteresis is taken into account that due to the fluid dynamics conditions in the air system of the combustion engine, the charge pressure increases delayed to the increase in output of the exhaust gas turbocharger.
  • Hysteresis circuit is thus ensured that the support by the electric machine is not terminated prematurely.
  • the electric machine is advantageously controlled in response to a requested gear change.
  • a short-term traction interruption during a switching operation can be compensated.
  • the total torque provided by the drive device can be maintained even during a shift, which among other things, the change to the next transmission ratio improved and downshifts are avoided.
  • the change to the next transmission ratio improved and downshifts are avoided.
  • Electric machine can be compensated, prevented the downshift and instead controlled the electric machine accordingly.
  • the required additional power or the required torque of the electric machine determined to the
  • the device according to the invention with the features of claim 9 is characterized by a specially prepared control unit, the
  • inventive method performs under normal use. This results in the already mentioned advantages.
  • the drive device according to the invention with the features of claim 10 is characterized by the device according to the invention. This results in the already mentioned advantages.
  • Figure 2 shows a method for operating the drive device
  • FIG. 3 shows a further method for operating the drive device.
  • FIG. 1 shows a simplified representation of a drive device 1 of a motor vehicle not shown here.
  • the drive device 1 has an internal combustion engine 2, which is designed as a tension piston engine.
  • Internal combustion engine 2 is connected to an electric machine 3.
  • a rotor of the electric machine 3 is arranged rotationally fixed directly on the crankshaft 2 or the output shaft of the internal combustion engine 2.
  • Electric machine 3 is in turn connected to a transmission 4, which connects the drive device 1 with drive wheels of the motor vehicle.
  • the Transmission 4 has in particular several gear ratios, between which can be changed.
  • the internal combustion engine 2 is associated with two exhaust gas turbochargers 5 and 6, which are connected in series with each other. Both exhaust-gas turbochargers 5, 6 each have a turbine T 5 , T 6 and a compressor V 5 and V 6 connected to the turbine.
  • the exhaust gas turbochargers 5 and 6 are connected in series with each other, so that exhaust gas coming from the engine 2 is first supplied to the turbine T 6 of the exhaust gas turbocharger 6 and then to the turbine T 5 of the exhaust gas turbocharger 5. Accordingly, fresh air is first supplied to the compressor V 5 of the exhaust gas turbocharger 5 and then to the compressor V 6 of the exhaust gas turbocharger 6, so that the fresh air is compressed by the compressor V 5 and then the compressor V 6 and only then the internal combustion engine 2 is supplied.
  • the turbines T 5 and T 6 are each assigned a bypass B 5 or B 6 , each having a switchable wastegate valve W 5 or W 6 , by means of which a flow cross section of the respective bypass B 5 , B 6 , is adjustable. If the respective bypass B 5 , B 6 is completely closed by the respective wastegate valve W 5 , W 6 , then the exhaust gas or the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine 2 is completely guided by the turbines T 6 and T 5 to the two exhaust gas turbochargers T 5 and T 6 drive.
  • the compressor V 6 another bypass BV 6 is associated with another valve WV 6 , through which the compressor V 6 supplied fresh air flow is adjustable.
  • the wastegate valves W 5, W 6 and WV 6 represent, in particular, means for varying the power of the respective exhaust-gas turbocharger 5, 6. By actuating the waste -gate valves W 5 and W 6, it is possible, for example during operation of the
  • Drive device 1 is a switching from a 2-stage operation, in which both exhaust gas turbochargers 5, 6 are operated, to a single-stage operation, in which only one of the exhaust gas turbocharger 5 or 6 is operated, are switched. In such a switch there is a delayed boost pressure buildup of the internal combustion engine 2 due to fluid dynamic conditions in the air duct system. As a result, the actual torque of the drive device 1 follows a delayed predetermined by a driver or requested by a driver target torque of the drive device. 1
  • the electric machine is driven to a
  • the power of the exhaust gas turbocharger 6 is varied by the control of the bypass. It is provided that the wastegate valve W 6 , as well as the other Wastegate- valves, a particular electric-pneumatic actuator is assigned, which moves the respective valve accordingly or operated. The actuator is driven in particular with a predeterminable duty cycle, in dependence of which a specifiable position of the respective valve results.
  • the duty cycle is monitored continuously, in response to the actuating position of the actuator, the performance of
  • Combustion engine 2 not immediately representable share of the torque increase to compensate.
  • the electric machine 3 is taken so early in operation that for the driver or occupant of a drive device 1 having motor vehicle, a uniform torque increase and in particular, no interruption of traction is noticeable.
  • the time of switching is advantageously set such that the
  • Additional torque of the electric machine 3 acts vorumblend and thereby a speed drop is avoided.
  • This can be implemented for example by a control logic of the control unit 7 as a function of the determined time of
  • FIG. 2 shows in a simplified representation a method for operating the drive device 1, in which the time of the changeover to
  • a step 8 the actuator of the wastegate valve 6 is driven to set a target duty ratio (E PWsoii). From the actuator's characteristic results in dependence on the electric current, a desired duty cycle from which an actual duty cycle TV or an actual position of the wastegate valve 6 results. As a result, the duty cycle TV of the actuator and, as a result, the time T are determined at which a variation of the power of the exhaust gas turbocharger 6 takes place. Depending on this duty cycle TV or time, the electric machine 3 is driven, wherein a release hysteresis in the following step 9 is used to control the electric machine 3.
  • a target duty ratio E PWsoii
  • Traction interruption of the transmission 4 is bridged during the switching operation.
  • the torque of the drive device 1 can also be kept at a higher level during the switching process, which improves the connection of the next gear ratio and Avoid downshifts.
  • the advantage in an additional torque assistance by the electric machine 3 as a function of a gear change, is the avoidance of traction loss and the avoidance of a downshift, since a higher gear can be used longer by the electric auxiliary drive.
  • FIG. 3 shows, for example, the additional power P to be provided by the electric machine 3 or the additional torque to be made available as a function of different gear changes G between the gears 1, 2, 3, 4 and 5 of the transmission 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor (2) mit einem ersten Abgasturbolader (5) und einem zweiten Abgasturbolader (6) und wenigstens eine Elektromaschine (3) aufweist, wobei die Abgasturbolader (5,6) in Reihe geschaltet sind, wobei zumindest der zweite Abgasturbolader (6) Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist, und wobei die Leistung zumindest des zweiten Abgasturboladers (6) in Abhängigkeit von einem angeforderten Soll-Drehmoment der Antriebsvorrichtung (1) variiert wird. Es ist vorgesehen, dass die Elektromaschine (3) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt der Variierung angesteuert wird, um eine Abweichung eines Ist-Drehmoments der Antriebsvorrichtung (1) von dem Soll-Drehmoment zu kompensieren.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung,
Antriebs Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor mit einem ersten
Abgasturbolader und einem zweiten Abgasturbolader und wenigstens eine Elektromaschine aufweist, wobei die Abgasturbolader in Reihe geschaltet sind, wobei zumindest der zweite Abgasturbolader Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist, wobei die Leistung zumindest des zweiten Abgasturboladers in Abhängigkeit von einem angeforderten Soll-Drehmoment der
Antriebsvorrichtung variiert wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben der oben
beschriebenen Antriebsvorrichtung sowie eine entsprechende
Antriebsvorrichtung.
Stand der Technik
Verfahren, Vorrichtungen und Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um die Leistung eines
Verbrennungsmotors zu erhöhen, ist es bekannt, dem Verbrennungsmotor einen Abgasturbolader zuzuordnen, der vom Abgas des Verbrennungsmotors angetrieben wird und komprimierte Frischluft dem Verbrennungsmotor zur Verbrennung zuführt. Um die Leistung weiter zu erhöhen, und um eine erhöhte Variabilität zu erhalten, ist es außerdem bekannt, dem Verbrennungsmotor zwei Abgasturbolader zuzuordnen, die in Reihe geschaltet sind, wobei in Abhängigkeit von einem angeforderten Soll-Drehmoment der Antriebsvorrichtung der
Verbrennungsmotor und die Abgasturbolader angesteuert werden, um einerseits das Soll-Drehmoment beziehungsweise Wunschdrehmoment umzusetzen, und um andererseits in Bezug auf Verbrauch und Emission optimale Betriebspunkte der Komponenten der Antriebsvorrichtung zu erhalten. Dazu sind zumindest einem der Abgasturbolader, üblicherweise beiden Abgasturboladern, jeweils Mittel zum Beeinflussen der Leistung des jeweiligen Abgasturboladers zugeordnet. Bei den Mitteln handelt es sich beispielsweise um elektro- pneumatische Stellglieder, betätigbare Wastegate-Ventile und/oder veränderbare Strömungsgeometrien. Bei einer Variierung der Leistung von zumindest einem der Abgasturbolader, insbesondere bei einer Umschaltung von einem
zweistufigen auf einen einstufigen Betrieb, kommt es zu nicht vermeidbaren Ladedruckeinbrüchen. Beim Beschleunigen wird der Ladedruck außerdem auch verzögert aufgebaut, da die für den Ladedruck erforderliche Enthalpie auf der Turbinenseite (noch) nicht zur Verfügung steht. Ursächlich für eine derartige Abweichung des Ladedrucks von einem gewünschten Soll-Ladedruck ist, dass der Abgasmassenstrom nicht schnell genug auf die erforderliche Regelgröße, also auf den Soll-Ladedruck, eingeregelt werden kann.
Dadurch kann ein gewünschtes Soll-Drehmoment nur verzögert durch die Antriebsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Bei einer plötzlichen
Erhöhung des Soll-Drehmoments und bei Variierungen der Leistung der einen oder beiden Abgasturbolader führt eine derartige Verzögerung zu
Komforteinbußen, insbesondere zu mangelnder Agilität, im Fahrbetrieb.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 012 303 AI ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs, der einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine als Antriebsaggregate aufweist, bekannt, bei welchem die Elektromaschine dazu angesteuert wird, eine Abweichung eines Ist- Drehmoments von einem Soll-Drehmoment zu kompensieren.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine bei einer Variierung der Leistung eines der Abgasturbolader folgende Verzögerung des Drehmomentaufbaus kompensiert wird. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, dass auf kostengünstigere und leistungsärmere Abgasturbolader zurückgegriffen werden kann, bei gleichbleibender Leistung der Antriebsvorrichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Elektromaschine in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der Variierung angesteuert wird, um eine Abweichung eines Ist-Drehmoments der Antriebsvorrichtung von dem Soll-Drehmoment zu kompensieren. Die
Elektromaschine wird somit in Abhängigkeit einer Leistungsveränderung eines der Abgasturbolader angesteuert, sodass bereits frühzeitig die Elektromaschine zum Erzeugen eines unterstützenden Antriebsdrehmoments angesteuert wird. Dadurch, dass die Ansteuerung in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der Variierung erfolgt, wird dem drohenden Leistungsverlust frühzeitig entgegengewirkt, sodass er sieh insbesondere nicht fahrkomfortmindernd auswirkt. Durch die Ansteuerung der Elektromaschine kann somit die Zeit bis zur Erreichung des gewünschten Ladedrucks überbrückt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistung des zweiten Abgasturboladers derart variiert wird, dass bei
Überschreiten eines ersten Grenzwertes durch das angeforderte Soll- Drehmoment die Leistung des zweiten Abgasturboladers erhöht wird. Wird also ein Drehmoment von der Antriebsvorrichtung gefordert, das einen vorgebbaren erster Grenzwert überschreitet, so wird die Leistung des zweiten
Abgasturboladers erhöht, um den Ladedruck zu erhöhen, der zu einem höheren Drehmoment des Verbrennungsmotors führt. Sind die Abgasturbolader unterschiedlich dimensioniert, so kann auch vorgesehen sein, dass bei
Überschreiten des ersten Grenzwerts von dem einen Abgasturbolader zu dem anderen Abgasturbolader gewechselt beziehungsweise umgeschaltet wird.
Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Leistung des zweiten
Abgasturboladers derart variiert wird, dass der zweite Abgasturbolader erst bei Überschreiten des ersten Grenzwertes hinzugeschaltet wird. Bei Überschreiten des ersten Grenzwertes ist der zweite Abgasturbolader somit zunächst deaktiviert und trägt nicht zur Ladedruckregelung bei. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass dem zweiten Abgasturbolader ein Bypass zugeordnet ist, in welchem ein betätigbares Ventil, insbesondere Wastegate-Ventil liegt. Durch Öffnen des Ventils wird der Abgasstrom an der Turbine des Abgasturboladers vorbeigeführt, sodass diese nicht durch das Abgas angetrieben wird. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass auch der erste Abgasturbolader Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist, wobei die Leistung des ersten
Abgasturboladers in Abhängigkeit von dem angeforderten Soll-Drehmoment variiert wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Leistung des
Abgasturboladers allein von dem seiner Turbine zugeführten Abgasmassenstrom der Verbrennungskraftmaschine beeinflussbar ist. Vorzugsweise ist dem ersten Abgasturbolader ebenfalls ein Bypass mit einem schaltbaren Ventil zugeordnet, durch welchen der Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine an der Turbine des ersten Abgasturboladers vorbeiführbar ist. Durch eine variable Einstellung des Ventils kann der Durchströmungsquerschnitt des Bypasses verändert werden, um die Leistung des ersten Abgasturboladers zu beeinflussen.
Entsprechend kann auch die Leistung des zweiten Abgasturboladers durch das Ventil des hinzugeordneten Bypasses variiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aktuelle Ist-Drehzahl oder der aktuelle Ladedruck zumindest des zweiten Abgasturboladers erfasst wird, und dass der Zeitpunkt der Variierung in
Abhängigkeit von der erfassten Ist-Drehzahl oder einer erfassten Soll-/lst- Abweichung des Ladedrucks bestimmt wird. Durch das Erfassen der aktuellen Ist-Drehzahl beziehungsweise der Soll-/lst-Abweichung oder des Ist-Ladedrucks bzw. der Soll-/lst-Abweichung des Ladedrucks wird auf einfache Art und Weise ermittelt, ob die Leistung des zweiten Abgasturboladers verändert werden soll. Somit ist der Zeitpunkt, zu welchem die Leistung des zweiten Abgasturboladers verändert wird, auf einfache Art und Weise bestimmbar.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass ein Betätigungsistzustand der Mittel beziehungsweise die Stellgröße einer Aktuatorik zum Variieren der Leistung zumindest des zweiten Abgasturboladers überwacht und der Zeitpunkt zur Aktivierung der Elektromaschine beziehungsweise der Zeitpunkt der
Variierung in Abhängigkeit von dem Betätigungsistzustand beziehungsweise der Stellerposition/Stellgröße bestimmt wird. Hierzu wird beispielsweise der
Betätigungsistzustand oder die Stellerposition des Ventils des dem zweiten Abgasturbolader zugeordneten Bypasses überwacht. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dazu ein Tastverhältnis der Ansteuerung beziehungsweise eines Aktuators des Ventils überwacht wird. In Abhängigkeit von dem so erfassten Betätigungsistzustand wird sich die Leistung des zweiten Abgasturboladers verändern. Somit ist auch auf diese Art und Weise ein sicheres Bestimmen des Zeitpunkts der Variierung gewährleistet.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ansteuerung der Elektromaschine insbesondere in Abhängigkeit von einer Hysterese beendet wird, wenn die Ist- Drehzahl und/oder der Betätigungsistzustand einer Soll-Drehzahl
beziehungsweise einem Betätigungssollzustand entsprechen. Entspricht die Ist- Drehzahl der Soll-Drehzahl und/oder der Betätigungsistzustand dem
Betätigungssollzustand, so kann davon ausgegangen werden, dass der zweite Abgasturbolader seine gewünschte Leistung erreicht hat. Damit kann die Unterstützung der Elektromaschine beendet werden. Durch die vorteilhafte Hysterese wird berücksichtigt, dass aufgrund der strömungsdynamischen Verhältnisse im Luftsystem des Verbrennungsmotos der Ladedruck verzögert zu der Leistungserhöhung des Abgasturboladers ansteigt. Durch die
Hystereseschaltung wird somit gewährleistet, dass die Unterstützung durch die Elektromaschine nicht vorzeitig beendet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektromaschine vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einem angeforderten Gangwechsel angesteuert wird. Dadurch ist insbesondere eine kurzzeitige Kraftschlussunterbrechung während eines Schaltvorgangs kompensierbar. Damit kann das von der Antriebsvorrichtung insgesamt zur Verfügung gestellte Drehmoment auch während eines Schaltvorgangs aufrechterhalten werden, wodurch unter anderem auch der Wechsel zu der nächsten Getriebeübersetzung verbessert und Rückschaltungen vermieden werden. Insbesondere wird bei einem angeforderten Gangwechsel zur
Rückschaltung geprüft, ob diese Rückschaltung durch eine Ansteuerung der Elektromaschine vermieden werden kann. Entsprechend wird dann, wenn die durch die Rückschaltung zu erzielenden Drehmomenterhöhung der
Antriebsvorrichtung durch ein erhöhtes Antriebsdrehmoment der
Elektromaschine kompensiert werden kann, die Rückschaltung unterbunden und stattdessen die Elektromaschine entsprechend angesteuert. Im Falle eines Hochschaltens wird bevorzugt die erforderliche Zusatzleistung beziehungsweise das erforderliche Drehmoment der Elektromaschine ermittelt, um den
verzögerten Ladedruckaufbau, wie zuvor bereits beschrieben, optimal zu kompensieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das das
erfindungsgemäße Verfahren bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen und den Ansprüchen.
Im Folgenden sollen die Erfindung und ihre Vorteile anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 eine Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 2 ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsvorrichtung und
Figur 3 ein weiteres Verfahren zum Betreiben der Antriebsvorrichtung.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Antriebsvorrichtung 1 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Antriebsvorrichtung 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 auf, der als Zugkolbenmotor ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 2 beziehungsweise eine Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors 2 ist mit einer Elektromaschine 3 verbunden. Insbesondere ist ein Rotor der Elektromaschine 3 direkt auf der Kurbelwelle 2 beziehungsweise der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 2 drehfest angeordnet. Die
Elektromaschine 3 ist wiederum mit einem Getriebe 4 verbunden, welches die Antriebvorrichtung 1 mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbindet. Das Getriebe 4 weist dabei insbesondere mehrere Übersetzungsstufen auf, zwischen denen gewechselt werden kann.
Dem Verbrennungsmotor 2 sind zwei Abgasturbolader 5 und 6 zugeordnet, die in Reihe zueinander geschaltet sind. Beide Abgasturbolader 5, 6 weisen jeweils eine Turbine T5, T6 sowie einen mit der Turbine verbundenen Verdichter V5 und V6 auf. Die Abgasturbolader 5 und 6 sind in Reihe zueinander geschaltet, sodass von dem Verbrennungsmotor 2 kommendes Abgas zunächst der Turbine T6 des Abgasturboladers 6 und anschließend der Turbine T5 des Abgasturboladers 5 zugeführt wird. Entsprechend wird Frischluft zunächst dem Verdichter V5 des Abgasturboladers 5 und anschließend dem Verdichter V6 des Abgasturboladers 6 zugeführt, sodass die Frischluft durch den Verdichter V5 und anschließend den Verdichter V6 verdichtet und erst dann dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird.
Den Turbinen T5 und T6 ist jeweils ein Bypass B5 beziehungsweise B6 zugeordnet, der jeweils ein schaltbares Wastegate-Ventil W5 beziehungsweise W6 aufweist, mittels dessen ein Durchströmungsquerschnitt des jeweiligen Bypasses B5, B6, einstellbar ist. Ist der jeweilige Bypass B5, B6 durch das jeweilige Wastgate-Ventil W5, W6 vollständig verschlossen, so wird das Abgas beziehungsweise der Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors 2 vollständig durch die Turbinen T6 und T5 geführt, um die beiden Abgasturbolader T5 und T6 anzutreiben.
Vorliegend ist auch dem Verdichter V6 ein weiterer Bypass BV6 zugeordnet mit einem weiteren Ventil WV6, durch welches der dem Verdichter V6 zugeführte Frischluftstrom regulierbar ist.
Die Wastegate-Ventile W5, W6 und WV6 stellen insbesondere Mittel zum Variieren der Leistung des jeweiligen Abgasturboladers 5, 6 dar. Durch das Betätigen der Wastegate-Ventile W5 und W6 kann beispielsweise im Betrieb der
Antriebsvorrichtung 1 eine Umschaltung von einem 2-stufigen Betrieb, bei welchem beide Abgasturbolader 5, 6 betrieben werden, zu einem einstufigen Betrieb, bei welchem nur noch einer der Abgasturbolader 5 oder 6 betrieben wird, umgeschaltet werden. Bei einer derartigen Umschaltung kommt es zu einem verzögerten Ladedruckaufbau des Verbrennungsmotors 2 aufgrund der strömungsdynamischen Verhältnisse in dem Luftführungssystem. Dadurch folgt das Ist-Drehmoment der Antriebsvorrichtung 1 verzögert einem von einem Fahrer vorgegebenen beziehungsweise von einem Fahrer angeforderten Soll- Drehmoment der Antriebsvorrichtung 1.
Vorliegend ist vorgesehen, dass bei einem Umschalten die Elektromaschine 3 dazu angesteuert wird, diese Abweichung des Ist-Drehmoments von dem Soll- Drehmoment zu kompensieren. Dazu ist vorliegend vorgesehen, dass in
Abhängigkeit von dem Zeitpunkt der Variierung der Leistung zumindest eines der Abgasturbolader 5, 6 die Elektromaschine angesteuert wird, um ein
Zusatzdrehmoment zu erzeugen, das den verzögerten Drehmomentaufbau des Verbrennungsmotors 2 kompensiert. Vorliegend wird dabei von dem Beispiel ausgegangen, dass bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwerts durch das angeforderte Soll-Drehmoment zwischen den Abgasturboladern 5 und 6 umgeschaltet wird, wobei insbesondere die Hochdruckstufe bei hoher
Leistungsanforderung entkoppelt wird. Für das Umschalten wird die Leistung der Abgasturbolader 6 durch die Ansteuerung des Bypasses variiert. Dabei ist vorgesehen, dass dem Wastegate-Ventil W6, wie auch den anderen Wastegate- Ventilen, ein insbesondere elektrisch-pneumatischer Aktuator zugeordnet ist, der das jeweilige Ventil entsprechend bewegt beziehungsweise betätigt. Der Aktuator wird insbesondere mit einem vorgebbaren Tastverhältnis angesteuert, in dessen Abhängigkeit sich eine vorgebbare Stellung des jeweiligen Ventils ergibt.
Durch das Steuergerät 7 wird das Tastverhältnis laufend überwacht, um in Abhängigkeit von der Stellposition des Aktuators die Leistung des
Abgasturboladers beziehungsweise eine Variierung der Leistung des
Abgasturboladers 6 festzustellen. Insbesondere kann durch Überwachung der Ladedruckabweichung, die sich in Folge der Leistung des Abgasturboladers ergibt, der Zeitpunkt ermittelt werden, an welchem die Leistung des
Abgasturboladers 6 tatsächlich verändert wird. In Abhängigkeit dieses
Zeitpunktes wird die Elektromaschine 3 dazu angesteuert, den von dem
Verbrennungsmotor 2 nicht sofort darstellbaren Anteil der Drehmomenterhöhung zu kompensieren. Dadurch ist die Elektromaschine 3 derart frühzeitig in Betrieb genommen, dass für den Fahrer oder Insassen eines die Antriebsvorrichtung 1 aufweisenden Kraftfahrzeugs eine gleichmäßige Drehmomentzunahme und insbesondere keine Zugkraftunterbrechung spürbar ist. Der Zeitpunkt der Umschaltung wird vorteilhafterweise derart festgelegt, dass das
Zusatzdrehmoment der Elektromaschine 3 vorsteuernd wirkt und dadurch ein Drehzahleinbruch vermieden wird. Umsetzbar ist dies beispielsweise durch eine Ansteuerlogik des Steuergeräts 7 in Abhängigkeit des ermittelten Zeitpunkts der
Variierung beziehungsweise der Ladedruckabweichungen und/oder der Stellposition der Aktuatorik, wie zuvor bereits erläutert.
Figur 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsvorrichtung 1, bei welchem der Zeitpunkt der Umschaltung in
Abhängigkeit vom Tastverhältnis ermittelt wird. Dazu zeigt die Figur 2 ein vereinfachtes Flussdiagramm. Zunächst wird in einem Schritt 8 der Aktuator des Wastegate-Ventils 6 dazu angesteuert, ein Soll-Tastverhältnis einzustellen (E PWsoii). Aus der aktuatoreigenen Kennlinie ergibt sich in Abhängigkeit vom elektrischen Strom ein Soll-Tastverhältnis aus dem sich ein Ist- Tastverhältnis TV beziehungsweise eine Ist- Stellung des Wastegate-Ventils 6 ergibt. Dadurch werden das Tastverhältnis TV des Stellers und in Folge dessen der Zeitpunkt T ermittelt, zu welchem eine Variierung der Leistung des Abgasturboladers 6 erfolgt. In Abhängigkeit von diesem Tastverhältnis TV bzw. Zeitpunkt wird die Elektromaschine 3 angesteuert, wobei eine Freigabe- Hysterese im folgenden Schritt 9 dazu verwendet wird, die Elektromaschine 3 anzusteuern. Diese sieht vor, dass über einem definierten Tastverhältnis bzw. Zeitpunkt, zu welchem die Variierung erfasst wird, die Elektromaschine 3 angesteuert (on) wird, um das fehlende Drehmoment Md zu kompensieren. Der Betrieb der Elektromaschine 3 wird jedoch verzögert zu dem Zeitpunkt beendet (off), zu welchem davon ausgegangen werden kann, dass der Abgasturbolader 6 die gewünschte Leistung erzeugt.
Für eine bessere Anbindung des Drehmoments während eines Schaltvorgangs des Getriebes 4 ist die hierzu beschriebene Kompensation durch die
Elektromaschine 3 ebenfalls vorteilhaft, weil die kurzzeitige
Kraftschlussunterbrechung des Getriebes 4 während des Schaltvorgangs überbrückt wird. Dadurch kann das Drehmoment der Antriebsvorrichtung 1 auch während des Schaltvorgangs auf einem höheren Niveau gehalten werden, das die Anbindung der nächsten Getriebeübersetzung verbessert und Rückschaltungen vermeidet. Der Vorteil in einer zusätzlichen Drehmomentunterstützung durch die Elektromaschine 3 in Abhängigkeit eines Gangwechsels, ist die Vermeidung des Zugkraftverlustes und die Vermeidung eines Rückschaltens, da heißt ein höherer Gang kann durch den elektrischen Zusatzantrieb länger genutzt werden.
Bei einer Anforderung eines Gangwechsels zur Rückschaltung, also
beispielsweise vom dritten Gang in den zweiten Gang, wird vorteilhafterweise geprüft, ob diese Rückschaltung durch das Erzeugen eines Zusatzdrehmoments durch die Elektromaschine 3 vermieden werden kann. Umgekehrt ist die erforderliche elektrische Zusatzleistung bei einer Hochschaltung zu bestimmen, um den verzögerten Ladedruckaufbau optimal zu kompensieren.
Figur 3 zeigt hierzu beispielsweise die von der Elektromaschine 3 zur Verfügung zu stellende Zusatzleistung P beziehungsweise das zur Verfügung zu stellende Zusatzdrehmoment in Abhängigkeit von unterschiedlichen Gangwechseln G zwischen den Gängen 1, 2, 3, 4 und 5 des Getriebes 4.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor (2) mit einem ersten Abgasturbolader (5) und einem zweiten Abgasturbolader (6) und wenigstens eine Elektromaschine (3) aufweist, wobei die Abgasturbolader (5,6) in Reihe geschaltet sind, wobei zumindest der zweite Abgasturbolader (6) Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist, und wobei die Leistung zumindest des zweiten
Abgasturboladers (6) in Abhängigkeit von einem angeforderten Soll- Drehmoment der Antriebsvorrichtung (1) variiert wird, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (3) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt der Variierung angesteuert wird, um eine Abweichung eines Ist- Drehmoments der Antriebsvorrichtung (1) von dem Soll-Drehmoment zu kompensieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des zweiten Abgasturboladers (6) derart variiert wird, dass bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes durch das angeforderte Soll-Drehmoment die Leistung des zweiten Abgasturboladers (6) erhöht wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leistung des zweiten Abgasturboladers (6) derart variiert wird, dass der zweite Abgasturbolader (6) erst bei Überschreiten des ersten Grenzwertes hinzugeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Abgasturbolader (5) Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist, wobei die Leistung des ersten Abgasturboladers (5) in Abhängigkeit von dem angeforderten Soll-Drehmoment variiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Drehzahl zumindest des zweiten Abgasturboladers (6) erfasst wird, und dass der Zeitpunkt der Variierung in Abhängigkeit von der erfassten Ist-Drehzahl bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Betätigungsistzustand der Mittel zumindest des zweiten Abgasturboladers (6) überwacht und der Zeitpunkt der Variierung in Abhängigkeit von dem Betätigungsistzustand bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Elektromaschine (3)
insbesondere in Abhängigkeit von einer Hysterese beendet wird, wenn die Ist-Drehzahl und/oder der Betätigungsistzustand einer Soll-Drehzahl beziehungsweise einem Betätigungssollzustand entsprechen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (3) in Abhängigkeit von einem angeforderten Gangwechsel angesteuert wird.
9. Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeus, die einen Verbrennungsmotor (2) mit einem ersten Abgasturbolader (5) und einem zweiten Abgasturbolader (6) und wenigstens eine Elektromaschine (3) aufweist, wobei die Abgasturbolader (5,6) in Reihe geschaltet sind, und wobei zumindest der zweite Abgasturbolader (6) Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist, gekennzeichnet durch ein speziell hergerichtetes
Steuergerät, das bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt.
10. Antriebsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), der einen ersten Abgasturbolader (5) und einen zweiten Abgasturbolader (6) aufweist, und mit einer Elektromaschine (3), wobei die Abgasturbolader (5,6) in Reihe geschaltet sind, und wobei zumindest der zweite
Abgasturbolader (6) Mittel zum Variieren seiner Leistung aufweist,
gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9.
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