EP3924608A1 - Verfahren zum betreiben eines abgasturboladers - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines abgasturboladers

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EP3924608A1
EP3924608A1 EP20704226.8A EP20704226A EP3924608A1 EP 3924608 A1 EP3924608 A1 EP 3924608A1 EP 20704226 A EP20704226 A EP 20704226A EP 3924608 A1 EP3924608 A1 EP 3924608A1
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EP
European Patent Office
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speed
atl
control
boost pressure
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
EP20704226.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Heinken
Sebastian Keich
Florian Frese
Javier Bartolome
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using kinetic energy
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    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an exhaust gas turbocharger, in particular for monitoring its speed.
  • the invention also relates to a control device, an internal combustion engine and a motor vehicle.
  • Motor vehicle sector known to supply cylinders of internal combustion engines with air at overpressure for the combustion of fuel.
  • Turbochargers and compressors for example, are known for providing the air with excess pressure.
  • Turbochargers have a compressor and they can have their own drive for the
  • a compressor e.g. an electric motor
  • the exhaust gas driving a turbine which is operatively connected / coupled to the compressor via a shaft.
  • the latter are also called
  • Exhaust gas turbocharger (ATL) called.
  • DE 10 2018 106 780 A1 it is known from DE 10 2018 106 780 A1, for example, that an ATL can additionally have an electric drive in order to increase and reduce a rotational speed of the ATL. In particular, a speed can thereby be reduced if a lower boost pressure is required or an excess boost pressure is to be prevented.
  • DE 10 2006 000 237 A1 also describes a turbocharger with an engine, the engine being controlled on the basis of a deceleration characteristic of an actual discharge energy that is applied to a turbine of the turbocharger in order to prevent overshoot
  • sensor devices such as a turbocharger speed sensor, are primarily used in motorsport or sports cars.
  • the robustness against turbocharger damage can be achieved through a virtual speed range of the
  • Turbocharger can be achieved, which serves as a reserve for the above effects. This means that the turbocharger is not operated at its maximum possible upper speed limit. As a result, the turbocharger nominally loses performance, because the engine speed limitation through the virtual engine speed range limits the boost pressure build-up accordingly.
  • an actuator of the turbocharger e.g. a
  • VGT variable turbine geometry
  • the object of the present invention is to provide a method which at least partially overcomes the above-mentioned disadvantages.
  • the present disclosure provides a method for operating an exhaust gas turbocharger (ETC) of an internal combustion engine, the ETC being operatively connected to an electrical machine and a speed of the ETL being adjustable via the electrical machine.
  • the procedure includes:
  • control, setting, activation, control, regulation encompass both controls in the actual sense (without
  • the turbocharger is operatively connected to the electrical machine insofar as it can act on a speed of the turbocharger, such as in the case of electrically assisted exhaust gas turbochargers.
  • the electrical machine is therefore coupled to the turbocharger, in particular directly, and can be operated as a motor or generator.
  • the electric machine can build up or reduce the turbocharger speed in motor operation by means of a torque it generates and
  • Generator operation for example as a recuperation brake, can reduce the turbocharger speed.
  • the internal combustion engine can be operated in at least two operating states, on the one hand in the stationary state, in particular a full-load operating state, and in one
  • the operating state of the internal combustion engine is generally determined / recorded using various operating variables of the internal combustion engine and using operating variables of components associated with it, such as the exhaust gas turbocharger.
  • the ETC upper speed limit corresponds to a maximum permissible ETC speed that the ETC may not exceed in the long term due to component properties in order to avoid component damage such as Avoid flow of components of the ATL, especially its rotating parts.
  • the ETC actual speed is reduced by means of the electrical machine, in particular through its engine operation.
  • the determined operating state of the internal combustion engine is decisive for the intervention of the electrical machine in the turbocharger speed. Because depending on whether a steady or dynamic operating state is present, the electrical machine is operated or adjusted accordingly. In other words, depending on the operating status, a different (control) control acts on the electrical machine. Furthermore, the electric machine only intervenes in order to reduce an ATL speed.
  • the electrical machine can be controlled via a first control when the steady operating state is present, and via a second
  • control can also mean (on) control.
  • the electrical machine can thus be adapted to the respective
  • the first control can have a first control component and a second
  • the first and second control components can act as a function of the actual charging speed and a hysteresis behavior of the turbocharging actual speed.
  • the electrical machine can additionally be operated in a comparatively differentiated manner for the steady-state operating state.
  • the upper speed limit of the ETC can be a reference variable for the first and second control components.
  • the electric machine can be operated as a function of a mass inertia of the ATL and / or an inertia of a boost pressure build-up.
  • the inertia of the boost pressure build-up results, for example, from delays in the gas path
  • intervention by the electrical machine can be set comparatively more precisely in order to compensate for a speed overshoot.
  • the electrical machine is a
  • Intervention duration and / or an intervention intensity i.e. reduction of the ETC speed by the electrical machine
  • Boost pressure build-up can be taken into account by means of maps. These maps (or also Characteristic curves) can be determined empirically on the test bench or by mathematical models, for example.
  • the dynamic operating state of the internal combustion engine can be present or determined when a boost pressure control deviation is greater than a predetermined minimum pressure difference and a predicted boost pressure control deviation is greater than a predetermined limit pressure.
  • the boost pressure control deviation corresponds to a difference between the setpoint and actual boost pressure, the setpoint boost pressure being used to implement the driver's request (i.e. to achieve a setpoint engine torque) and can therefore also be derived from the driver's request.
  • the actual boost pressure is usually about in the air line of the
  • the boost pressure control deviation must exceed the predetermined minimum pressure difference. This is necessary in order to distinguish oneself from comparatively low boost pressure control deviations that can also occur in the steady-state operating state of the internal combustion engine during the regulation of the boost pressure.
  • a further condition for the existence of the dynamic operating state can be that a predicted boost pressure control deviation exceeds a predetermined limit pressure, the exceeding of the limit pressure representing an overshoot of the boost pressure (above the target boost pressure). If both conditions are met, the dynamic operating state is
  • the steady-state operating state of the internal combustion engine can exist or be determined if the boost pressure control deviation is smaller than the predetermined minimum pressure difference and / or the predicted boost pressure control deviation is smaller than the predetermined limit pressure.
  • the predicted boost pressure control deviation can be determined as a function of the boost pressure gradient.
  • the boost pressure gradient is the change in the actual boost pressure over time.
  • the kinetics of the turbocharger can be derived from the boost pressure gradient, especially taking into account the inertia.
  • the turbocharger actual speed can be recorded via the electrical machine. Due to the availability of the electrical machine and the associated sensors, in particular the speed measurement, it is possible to determine the speed of rotation of the ETL and its changes to capture precisely. As a result, the electrical machine for regulating the speed of the turbocharger can be set comparatively more precisely.
  • the ETC can have an adjusting arrangement, in particular a variable one
  • the open limit position means that the setting arrangement is set in such a way that the flow cross-section for the exhaust gas is maximally large with a variable turbine geometry and the valve of the wastegate is maximally open in order to divert as much exhaust gas as possible around the turbine.
  • the present disclosure provides a control device for an ATL for an internal combustion engine, the control device being set up to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • the present disclosure provides an internal combustion engine having an ATL and a control device according to the second aspect.
  • the present disclosure provides a motor vehicle having an internal combustion engine according to the third aspect.
  • Fig. 1 schematically shows an embodiment of a motor vehicle with a
  • 3a-c schematically shows the stationary speed control, a speed control by means of an electrical machine and a thermodynamic control
  • 5a, 5b are schematic curves for a boost pressure, for speeds of the
  • Exhaust gas turbocharger and for an actuator of the exhaust gas turbocharger. 1 shows a motor vehicle 1 with an engine 3 (internal combustion engine) and a charging system 9 in the form of an exhaust gas turbocharger (ATL) which is controlled by a control device 21.
  • the control device 21 is designed as an engine control unit.
  • the present invention is not limited to any particular type of engine. It can be an internal combustion engine, for example as a gasoline engine or as
  • Diesel engine can be designed.
  • the engine 3 comprises one or more cylinders 4, one of which is shown here.
  • the cylinders 4 are supplied with charged (combustion) air by the ATL 9.
  • the turbocharger 9 comprises a compressor 13 which is driven or operated via a shaft 14 by a turbine (exhaust gas turbine) 15 with variable turbine geometry (VTG).
  • the turbine 15 is thus operatively connected / coupled to the compressor 13 via the shaft 14.
  • the compressor 13 is arranged in an air line 5 to the engine 3 and the turbine 15 is arranged in an exhaust line 7, which discharges exhaust gas from the cylinder 4.
  • the compressor 13 can thus be operated with exhaust gas from the engine 3 in that the turbine 15 is supplied with the exhaust gas from the engine 3 and is thus driven.
  • the ATL 9 is coupled to the control device 21.
  • the VTG can be adjusted using an adjustment mechanism 17.
  • a wastegate 19 is provided. Via the adjustment mechanism 17 (and / or via the VTG
  • Wastegate 19 is the exhaust gas fed to turbine 15 and, accordingly, an output of compressor 13 can be set.
  • a multi-stage charged unit can also be provided.
  • several ATL 9 can also be provided.
  • the ATL 9 also has an electrical machine 11.
  • the electric machine 11 has a function as a motor and as a generator and is coupled / operatively connected to the shaft 14 of the ATL 9.
  • the electrical machine 11 is designed to measure a speed of the ATL 9.
  • the speed of the turbocharger 9 can mean a speed of the shaft 14, a speed of the compressor 13 and / or a speed of the turbine 15.
  • the electrical machine 11 can be designed to apply a torque to the ATL 9
  • a speed signal of the ATL 9 detected by the electrical machine 11 is from the
  • the electrical machine 11 can be integrated with the shaft 14. This is achieved, for example, in that a rotor (not shown) of the electrical machine 11 is formed as part of the shaft 14, a stator (not shown) of the electrical machine 11 being arranged in a fixed position around the part of the shaft 14 that is designed as a rotor is.
  • FIGS. 2a and 2b show a stationary or a dynamic speed control 30, 50 for the turbocharger 9 of the engine 3.
  • the stationary speed control 30 acts in a stationary operating state of the engine 3 and the dynamic speed control 50 in a dynamic operating state of the engine 3.
  • an ETC actual speed n A -n_, ist, an ETL maximum speed n A -n_, max i.e. a maximum permissible ETL speed, in particular with regard to component damage
  • n ATL a maximum permissible ETL speed, in particular with regard to component damage
  • U A TL, S O II, ECU represent input variables for the stationary speed control 30.
  • Some input variables go directly into the stationary speed control 30, such as the ETC actual speed n A -n_, is or are processed / offset beforehand, e.g. the maximum permissible ETL speed n A -n_, max and the reserve speed band n A - n_, res.
  • a setpoint torque M EM, s oii, stat to be generated by the electrical machine 11 and a setpoint for the actuator of the ATL 9 U A TL, S O II can be obtained from the stationary speed control 30
  • the speed range of the turbocharger 9 is thus blocked off with regard to its rotational speed, in particular towards the top.
  • an intervention signal Ltat.i is derived from block 29. Otherwise, a “non-intervention” signal Ltat.o emerges from block 29.
  • Ltat, i and Ltat.o are used to determine whether a Speed control (EM control) 40 (described later) by means of the electrical machine 11 takes effect or not.
  • Compressor pi is used as input variables for dynamic speed control 60.
  • the boost pressure actual value p2 , ist and the actual pressure upstream of the compressor pi can be detected, for example, by appropriately arranged pressure sensors (not shown).
  • other variables, from which the pressure values pi , ist and p2 , ist can be derived can be detected by corresponding sensors (not shown) so that the
  • Control device 21 can determine the pressure values pi , ist and p 2, ist . Depending on whether the dynamic speed control 60 takes effect or not, either a determined setpoint torque MEM, s oii, dy n or a motor zero torque M 0 (of the electrical machine 11) emerges as an output variable from the dynamic speed control 60.
  • the dynamic control 60 will be described in detail later.
  • the stationary speed control 30 also has an activation block 31, in which it is determined whether the EM control 40 takes effect.
  • the activation block 31 engages / is called if the intervention signal L tat .i is received in the stationary speed control 30.
  • the activation block 31 includes a two-point controller 35 to a
  • the two-point controller 35 has the ETC actual speed n AT U st as an input variable.
  • An upper switching point of the two-point controller 35 is the TC maximum speed n ATL .m ax and a lower switching point is a difference between the TC maximum speed n ATL .m ax and a predetermined switching difference An hys .
  • the switching point is determined at the summation point 33 by subtracting the predetermined switching difference An hys from the TC maximum speed n ATL .m ax .
  • the switching differential An hys is chosen so that it is smaller than the reserve speed band n ATL, r es .
  • the two-point controller 35 outputs a signal I hys, i when the ETC actual speed n A TL, ist exceeds the upper switching point and a signal I hys, o when the ETC actual speed n A TL is below the lower switching point. If the signal I hys, i is output, the EM control 40 takes effect. If, on the other hand, the signal I hys, o is output, the thermodynamic control 50 takes effect .
  • the EM control 40 is shown in detail in FIG. 3b.
  • an ATL speed control deviation An ATL is determined by subtracting the ATL actual speed n AT U st from the ATL maximum speed n ATL .m ax .
  • the ETL speed control deviation is DPATI. regulated away (ie regulated to a value of essentially “zero”) by the controller 43 outputting an EM manipulated variable UEM that sets a torque generated by the electrical machine 11.
  • the EM manipulated variable UEM is passed on to block 45, which contains a torque MEM that is dependent on the EM manipulated variable UEM and is to be generated by the electrical machine 11.
  • U indicates.
  • the EM manipulated variable UEM is determined by the controller 43 in such a way that a MEM. U is positive. The electrical machine 11 is thus operated in such a way that the ETC speed is built up. If the ETC speed control deviation Dh A ti . is negative, a negative MEM results accordingly. U , with which the turbocharger speed is reduced.
  • thermodynamic control 50 is shown in FIG. 3c. As mentioned above, the thermodynamic control 50 takes effect when the variable I hys.o is output from the two-point switch 35. Furthermore, the thermodynamic control 50 takes effect if the “non-intervention signal L tat .o was previously output from block 29.
  • an ETL actuator setpoint value UATL.SOII is determined on the basis of the actuator setpoint value UATL.SOII, ECU determined by the control device 21 and the ATL speed control deviation Dh A ti_.
  • the actuator setpoint value UATL.SOII, ECU determined by the control device 21 can be derived, for example, from a driver's request. in the
  • the driver's request is implemented by a corresponding torque from the engine 3, which in turn requires a setpoint boost pressure p 2, s oii .
  • the actuator setpoint value U A TL, SON, ECU determined by the control device 21 sets the ETC 9 such that this setpoint boost pressure P2 , s oii is reached, but regardless of an ETC speed.
  • This actuator setpoint value UATL.SOII, ECU thus functions as a pre-control value for the thermodynamic control 50.
  • a controller 55 for example a PI controller, regulates this TC speed control deviation An ATL away by determining a controller-based TC actuator setpoint value U ATi, s oii, Reg .
  • this controller-based ETL actuator setpoint value UATL, S O II, Reg is offset against the actuator setpoint value UATL, S O II, ECU determined by the control device 21.
  • the ETC actuator setpoint value UATL.S O II which represents the output variable of the thermodynamic control 50, is determined at the summation point 53.
  • the feedforward value ie the actuator setpoint determined by the control device 21 U A TL, S O N, ECU corrected by a factor, so that an ATL actual speed n A TL , is the maximum TC speed n A TL , max is tracked.
  • the feedforward control value UATL.S O II, ECU is reduced by an offset (decrement) in order to mitigate an overshoot of the ETC speed n ATL .m ax as much as possible and the ATL actual speed n ATL .i st to the ATL maximum speed n ATL .m ax to be set.
  • thermodynamic control 50 runs parallel to the EM control 40, with the former or the latter taking effect depending on the ETC speed, ie its output variable is used to control the speed of the ETC 9.
  • the EM control 40 intervenes when the signal lh ys, i is generated and the thermodynamic control 50 when one of the signals Ltat.o and lh ys, o is generated.
  • a highly dynamic “switchover” between EM control 40 and thermodynamic control 50 is thus possible.
  • the dynamic speed control 60 of the ETC 9 is shown in detail in FIG. 4. in the
  • a target pressure ratio p2i , s oii is formed via the compressor 13 by dividing the target boost pressure p 2, soii by the actual pressure upstream of the compressor 13 pi , is t.
  • the incoming actual boost pressure p 2 is differentiated and a boost pressure gradient P2 , grad of the actual boost pressure p 2, is t is output.
  • block 63 can be designed, for example, as a DT1 element.
  • Boost pressure build-up for example due to an inertia of the pre-compressed air located in the air line 5, the inertia of the turbocharger 9 and / or a run-up of the turbocharger 9 can be taken into account and predicted.
  • an intervention duration ⁇ EM and the setpoint torque M EM, s oii, dyn of the electrical machine 11 can be determined by means of the boost pressure gradient P2 , grad via characteristic maps 65, 87.
  • the intervention duration ⁇ EM indicates how long the electrical machine 11 generates the target torque M EM, s oii, dyn or, in other words, how long a torque intervention by the electrical machine 11 takes place to influence the ETC speed.
  • the characteristic map 87 is created by means of empirically determined data on the test bench, so that a mass inertia of the turbocharger 9, in particular its rotating equipment, can be taken into account and the acceleration of the turbocharger 9 or the turbocharger speed can be predicted.
  • the setpoint torque M E M , soii , d y n can be determined, which must act on the ETC 9 so that the maximum ETC speed n A -n_, max is not exceeded.
  • the setpoint torque M E M , soii , d y n via a
  • the boost pressure control deviation Dr2 is formed in the summation point 73 by subtracting the actual boost pressure p2 , act from the setpoint boost pressure p2 , s oii .
  • the boost pressure control deviation Ap 2 is in block 75 with a
  • the engine 3 is operating dynamically when the boost pressure control deviation Dr2 exceeds the minimum pressure difference Ap2 , min , which is usually between 450 and 550 mbar, for example 500 mbar. Other values or value ranges are also possible for the minimum pressure difference Ap2 , min .
  • Boost pressure gradient p 2 gra d applied / summed.
  • a predicted boost pressure p 2 , pre d emerges from the summation point 67.
  • the predicted boost pressure p 2 , pre d is subtracted from the target boost pressure p 2 , So n, so that a predicted boost pressure control deviation Ap 2 , pr ed is determined.
  • block 71 it is checked whether the predicted boost pressure control deviation Ap 2 , pr ed is determined.
  • Boost pressure control deviation Ap 2 pre d exceeds the limit pressure p 2 , üm for boost pressure overshoots. So that the dynamic speed control 60 outputs an intervention signal I dyn, i , two conditions must be met. It must be evident from block 71 that the predicted boost pressure control deviation Ap2 , red is greater than the limit pressure p2 , üm for
  • Boost pressure control deviation Dr2 is greater than the minimum pressure difference Ap2, min . If both conditions are met, a block 77 outputs the intervention signal I dyn, i and otherwise the “non-intervention” signal I dyn, o.
  • block 71 When the block 71 outputs the intervention signal I dyn, i , this is forwarded to block 79, which also records the intervention duration t E M on the input side. In block 79 it is determined whether the intervention signal I dyn , i is output by block 77 within the intervention duration t E M. If so, the block 79 outputs the intervention signal l dyn, i again and otherwise the "non-intervention" signal l dyn, o ⁇
  • the electrical machine 11 If the intervention signal I dyn, i emerges from the dynamic speed control, the electrical machine 11 is operated in such a way as to generate the corresponding setpoint torque M EM, s oii, dyn and thus to act on the ETC speed. If, however, the “non-intervention” signal I dyn, o emerges, the motor zero torque Mo is output and the electrical machine 11 is not operated. In other words, the electrical machine 11 does not act on the turbocharger speed.
  • the stationary speed control 30 which runs parallel to the dynamic control 60, takes effect again.
  • the parallel sequence of the stationary control 30 and the dynamic control 60 enables a highly dynamic “switching” between them by means of the signals l dyn, i , l dyn, o.
  • FIG. 5a shows curves for the setpoint and actual boost pressure p2 , s oii , P2 , ist and for the set and actual turbo- turbo speed n ATL .s oii , n A -ru st during the stationary operating state of the engine 3.
  • the courses are plotted over time.
  • the target boost pressure p 2 , soii is represented by a horizontal line, around which the course of the actual boost pressure p 2 , i s t fluctuates, in particular essentially in a wave-like manner.
  • the actual boost pressure p 2 is essentially regulated.
  • the course of the actual turbocharger speed n AT L also fluctuates and in particular is essentially wave-like.
  • the maximum permissible ETC speed n ATL.max and the reserve speed band n ATL.Res are shown.
  • FIG. 5a shows curves in which the above-mentioned stationary speed control 30 does not yet intervene and, above all, illustrates in which time segments the EM control 40 or thermodynamic regulation 50 should take effect. Such time segments can, for example, be in the tenths of a second range.
  • thermodynamic is the thermodynamic
  • Control 50 is active when the actual ATL speed is below the reserve speed band n ATL.Res . On the other hand, if the actual ETC speed n ATL st is above the reserve speed band n ATL.Res . On the other hand, if the actual ETC speed n ATL st is above the reserve speed band n ATL.Res . On the other hand, if the actual ETC speed n ATL st is above the
  • 5b shows curves for the setpoint and actual boost pressure p2.soii, P2, ist and for the setpoint and actual turbo- turbo speed n ATL .s oii , n ATL .i st during the dynamic operating state of the engine 3 Furthermore, a profile of the setpoint torque M EM .s oii.dyn to be generated by the electrical machine 11 is shown.
  • the setpoint torque M E M , soii , dyn therefore increases in order to act on the turbocharger actual speed n A TL in such a way that it does not exceed the maximum turbocharger speed n ATL, max when the turbocharger is started up.
  • electrical machine block e.g. PI controller
  • Block e.g. PI controller
  • Block e.g. DT link

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (ATL) einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, wobei der ATL mit einer elektrischen Maschine wirkverbunden ist und eine Drehzahl des ATLs über die elektrische Maschine einstellbar ist. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines stationären oder dynamischen Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine und ein Reduzieren einer ATL-Istdrehzahl über die elektrische Maschine zur Einhaltung einer Drehzahlobergrenze des ATLs, wobei die elektrische Maschine in Abhängigkeit des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine betrieben wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers, insbesondere zu dessen Drehzahlüberwachung. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Kraftfahrzeug.
Allgemein sind Aufladungssysteme für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere im
Kraftfahrzeugbereich, bekannt, um Zylinder der Verbrennungskraftmaschinen mit Luft mit Überdruck für die Verbrennung von Kraftstoff zu versorgen.
Zur Bereitstellung der Luft mit Überdruck sind bspw. Turbolader und Kompressoren bekannt. Turbolader haben einen Verdichter und sie können mit einem eigenen Antrieb für den
Verdichter ausgestattet sein, z.B. ein Elektromotor, oder sie werden z.B. mit Abgas der Verbrennungskraftmaschine betrieben, wobei das Abgas eine Turbine antreibt, die über eine Welle mit dem Verdichter wirkverbunden/gekoppelt ist. Letztere werden auch als
Abgasturbolader (ATL) bezeichnet.
Ferner ist beispielsweise aus DE 10 2018 106 780 A1 bekannt, dass ein ATL zusätzlich einen elektrischen Antrieb aufweisen kann, um eine Drehgeschwindigkeit des ATLs zu erhöhen und zu reduzieren. Insbesondere kann dadurch eine Drehzahl reduziert werden, wenn ein geringerer Ladedruck benötigt wird oder ein Ladedrucküberschuss verhindert werden soll. In DE 10 2006 000 237 A1 wird ebenfalls ein Turbolader mit einem Motor beschrieben, wobei der Motor auf Grundlage einer Verzögerungscharakteristik einer Istauslassenergie, die auf eine Turbine des Turboladers aufgebracht wird, gesteuert wird, um ein Überschwingen des
Ladedrucks zu verhindern. Aus DE 10 2005 040 887 A1 ist bekannt, eine Drehzahl eines Turboladers über eine elektrische Maschine, die mit einem Motor gekoppelt ist, innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs zu halten.
Bei der Auslegung eines Turboladers müssen u.a. maximale Drehzahlen beachtet werden, die der Turbolader nicht überschreiten darf. Im Falle des Übertritts besteht die Gefahr von Defekten bis hin zum Totalausfall des Turboladers. Auf Grund von Bauteiltoleranzen und Alterungseffekten ist eine umdrehungsgenaue Regelung (Abregelung) des Turboladers über alle Lebenslagen/Betriebspunkten nicht darstellbar.
Sensoreinrichtungen, wie etwa ein Turboladerdrehzahlsensor, kommen aus wirtschaftlichen Gründen in erster Linie im Motorsport bzw. Sportwagenbereich zum Einsatz.
Die Robustheit gegen Turboladerschäden kann durch ein virtuelles Drehzahlband des
Turboladers erreicht werden, das als Reserve für oben genannte Effekte dient. Das heißt, der Turbolader wird nicht an seiner maximal möglichen Drehzahlobergrenze betrieben. Damit verliert der Turbolader nominell an Performance, weil die Drehzahlbeschränkung durch das virtuelle Drehzahlband einen Ladedruckaufbau entsprechend einschränkt.
So wird beispielsweise im dynamischen Betrieb ein Stellglied des Turboladers (z.B. ein
Stellglied für eine variable Turbinengeometrie (VTG) der Turbine des Turboladers und/oder ein Wastegate) kurzzeitig öffnen, um trägheitsbedingte Überdrehzahlen zu kompensieren.
Funktional und applikativ stellen solche Verfahren äußerst hohe Anforderungen an die
Genauigkeit, sodass hier hohe Aufwände entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 13, durch eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (ATL) einer Verbrennungskraftmaschine bereit, wobei der ATL mit einer elektrischen Maschine wirkverbunden ist und eine Drehzahl des ATLs über die elektrische Maschine einstellbar ist. Das Verfahren umfasst:
Ermitteln eines stationären oder dynamischen Betriebszustands der
Verbrennungskraftmaschine; und
Reduzieren einer ATL-Istd rehzahl über die elektrische Maschine zur Einhaltung einer Drehzahlobergrenze des ATLs, wobei die elektrische Maschine in Abhängigkeit des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. Die Begriffe Kontrolle, Einstellen, Ansteuerung, Steuerung, Regelung umfassen im Zusammenhang mit dieser Erfindung sowohl Steuerungen im eigentlichen Sinne (ohne
Rückkopplung) als auch Regelungen (mit einem oder mehreren Regelkreisen).
Der ATL ist mit der elektrischen Maschine insoweit wirkverbunden, als sie auf eine Drehzahl des ATLs einwirken kann, wie beispielsweise bei elektrisch unterstützen Abgasturboladern. Die elektrische Maschine ist also mit dem ATL, insbesondere direkt, gekoppelt und kann als Motor oder Generator betrieben werden. Die elektrische Maschine kann im Motorbetrieb die ATL- Drehzahl durch ein von ihr erzeugtes Drehmoment aufbauen oder reduzieren und im
Generatorbetrieb beispielsweise als Rekuperationsbremse die ATL-Drehzahl reduzieren kann.
Die Verbrennungskraftmaschine ist zumindest in zwei Betriebszuständen betreibbar, einerseits in dem stationären Zustand, insbesondere ein Volllastbetriebszustand, und in einem
dynamischen Betriebszustand, um einen Fahrerwunsch, insbesondere einen
Beschleunigungswunsch, umzusetzen. Das Ermitteln/Erfassen des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine erfolgt in der Regel anhand verschiedener Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine und anhand von Betriebsgrößen von mit ihr zusammenhängenden Komponenten, wie beispielsweise dem Abgasturbolader.
Die ATL-Drehzahlobergrenze entspricht einer maximal zulässigen ATL-Drehzahl, die der ATL aufgrund von Bauteileigenschaften auf Dauer nicht überschreiten darf, um Bauteilschäden wie z.B. Fließen von Komponenten des ATLs, insbesondere dessen Laufzeug, zu vermeiden.
Um diese ATL-Drehzahlobergrenze einzuhalten, wird die ATL-Istdrehzahl mittels der elektrischen Maschine, insbesondere durch ihren Motorbetrieb, reduziert. Maßgeblich für den Eingriff der elektrischen Maschine in die ATL-Drehzahl ist dabei der ermittelte Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine. Denn je nachdem, ob ein stationärer oder dynamischer Betriebszustand vorliegt, wird die elektrische Maschine entsprechend betrieben bzw. eingestellt. Anders ausgedrückt, je nach Betriebszustand wirkt eine andere (An-)Steuerung auf die elektrische Maschine. Ferner greift die elektrische Maschine nur ein, um eine ATL-Drehzahl abzubauen.
Es können also Drehzahlüberschwinger des ATLs verhindert werden, indem die elektrische Maschine entsprechend auf die ATL-Drehzahl wirkt. Diese Drehzahlüberschwinger resultieren beispielsweise aus einer Massenträgheit des ATL-Laufzeugs. Mit dem obigen Verfahren ist es möglichen, den ATL nahe seiner Drehzahlobergrenze zu betreiben, ohne eine Abriegelung in Form des oben beschrieben virtuellen Drehzahlbands als Drehzahlreserve zum Bauteilschutz zu versehen. Somit kann das volle Drehzahlband des ATLs ausgenutzt werden, wodurch eine (fast) vollständige Nutzung der nominellen Performance des ATLs ermöglich wird.
In weiteren Verfahrensvarianten kann die elektrische Maschine über eine erste Regelung gesteuert werden, wenn der stationäre Betriebszustand vorliegt, und über eine zweite
Regelung, wenn der dynamische vorliegt. Hier kann mit„Regelung“ auch eine (An-)Steuerung gemeint sein. Somit kann die elektrische Maschine angepasst an die jeweiligen
Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine entsprechend betrieben bzw. eingestellt werden. Damit kann die elektrische Maschine vergleichsweise differenzierter eingestellt werden.
Ferner kann die erste Regelung eine erste Regelkomponente und eine zweite
Regelkomponente zum Reduzieren der ATL-Istdrehzahl aufweisen. Die erste und zweite Regelkomponente können in Abhängigkeit der Ist-Ladedrehzahl und eines Hystereseverhaltens der ATL-Istdrehzahl greifen/wirken. Dadurch kann für den stationären Betriebszustand die elektrische Maschine zusätzlich vergleichsweise differenzierter betrieben werden.
Ferner kann die Drehzahlobergrenze des ATLs eine Führungsgröße der ersten und zweiten Regelkomponente sein.
In weiteren Verfahrensalternativen kann im dynamischen Betriebszustand der
Verbrennungskraftmaschine die elektrische Maschine in Abhängigkeit einer Massenträgheit des ATLs und/oder einer Trägheit eines Ladedruckaufbaus betreibbar sein. Die Trägheit des Ladedruckaufbaus ergibt sich beispielsweise aus Verzögerungen im Gaspfad der
Verbrennungskraftmaschine, also z.B. wegen einem Weg zwischen einem Verdichter
(des ATLs) und einem Zylindereinlass. Dadurch ist ein Eingriff der elektrischen Maschine vergleichsweise genauer einstellbar, um einen Drehzahlüberschwinger auszugleichen.
Insbesondere ist die elektrische Maschine hinsichtlich eines Eingriffszeitpunkt, einer
Eingriffsdauer und/oder einer Eingriffsstärke (also Reduzierung der ATL-Drehzahl durch die elektrische Maschine) einstellbar.
In Verfahrensvarianten können die Massenträgheit des ATLs und die Trägheit des
Ladedruckaufbaus mittels Kennfeldern berücksichtig werden. Diese Kennfelder (oder auch Kennlinien) können beispielsweise empirisch am Prüfstand oder durch mathematische Modelle ermittelt werden.
Ferner kann der dynamische Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine vorliegen bzw. bestimmt werden, wenn eine Ladedruck-Regelabweichung größer als eine vorherbestimmte Mindestdruckdifferenz und eine prädizierte Ladedruckregelabweichung größer als ein vorherbestimmter Grenzdruck ist. Die Ladedruck-Regelabweichung entspricht einer Differenz zwischen Soll- und Ist-Ladedruck, wobei der Soll-Ladedruck zur Umsetzung des Fahrerwunschs dient (also zum Erreichen eines Soll-Motormoments) und daher auch aus dem Fahrerwunsch ableitbar ist. Der Ist- Ladedruck wird in der Regel über in der Luftleitung der
Verbrennungskraftmaschine entsprechend angeordnete Druckerfassungsvorrichtung erfasst.
Zur Bestimmung des dynamischen Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine muss die Ladedruck-Regelabweichung die vorherbestimmte Mindestdruckdifferenz überschreiten. Dies ist insofern erforderlich, um sich von vergleichsweise geringen Ladedruck-Regelabweichungen abzugrenzen, die auch im stationären Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine während der Einregelung des Ladedrucks auftreten können. Eine weitere Bedingung für das Vorliegen des dynamischen Betriebszustands kann sein, dass eine prädizierte Ladedruck- Regelabweichung einen vorbestimmten Grenzdruck überschreitet, wobei das Überschreiten des Grenzdrucks ein Überschwingen des Ladedrucks (über den Soll-Ladedruck) darstellt. Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, liegt der dynamische Betriebszustand der
Verbrennungskraftmaschine vor.
Ferner kann der stationäre Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine vorliegen bzw. bestimmt werden, wenn die Ladedruck-Regelabweichung kleiner als die vorherbestimmte Mindestdruckdifferenz ist und/oder die prädizierte Ladedruckregelabweichung kleiner als der vorherbestimmte Grenzdruck ist.
In Verfahrensvarianten kann die prädizierte Ladedruckregelabweichung in Abhängigkeit des Ladedruckgradienten ermittelt werden. Der Ladedruckgradient ist hier die zeitliche Veränderung des Ist-Ladedrucks. Aus dem Ladedruckgradienten lässt sich die Kinetik des ATL-Laufzeugs, insbesondere unter Berücksichtigung der Massenträgheit, ableiten.
Ferner kann die ATL-Istd rehzahl über die elektrische Maschine erfassbar sein. Durch die Verfügbarkeit der elektrischen Maschine und der damit verbundenen Sensorik, insbesondere der Drehzahlerfassung, ist es möglich, die Wellendrehzahl des ATLs und deren Änderung präzise zu erfassen. Dadurch kann die elektrische Maschine zur Drehzahlregelung des ATLs vergleichsweise präziser eingestellt werden.
In einer Alternative kann der ATL eine Stellanordnung, insbesondere eine variable
Turbinengeometrie und/oder ein Wastegate, aufweisen. Hierbei erfolgt das Reduzieren der ATL-Istdrehzahl über die elektrische Maschine dann, während die Stellanordnung in einer offenen Grenzstellung eingestellt ist. Dabei ist mit offener Grenzstellung gemeint, dass die Stellanordnung derart eingestellt wird, dass bei einer variablen Turbinengeometrie der Strömungsquerschnitt für das Abgas maximal groß ist und beim Wastegate dessen Ventil maximal geöffnet ist, um so viel Abgas wie möglich um die Turbine herumzuleiten.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Steuervorrichtung für einen ATL für eine Verbrennungskraftmaschine bereit, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Nach einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ATL und einer Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt bereit.
Nach einem vierten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine nach dem dritten Aspekt bereit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einer
Verbrennungskraftmaschine;
Fig. 2a, 2b Eingangs- und Ausgangsgrößen für eine stationäre und dynamische
Drehzahlregelung eines Abgasturboladers;
Fig. 3a-c schematisch die stationäre Drehzahlregelung, eine Drehzahlregelung mittels einer elektrischen Maschine und eine thermodynamische Regelung;
Fig. 4 schematisch die dynamische Drehzahlregelung; und
Fig. 5a, 5b schematische Verläufe für einen Ladedruck, für Drehzahlen des
Abgasturboladers und für ein Stellglied des Abgasturboladers. Die Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Motor 3 (Verbrennungskraftmaschine) und einem Aufladungssystem 9 in Form eines Abgasturboladers (ATL), das von einer Steuervorrichtung 21 gesteuert wird. Die Steuervorrichtung 21 ist als Motorsteuergerät ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Motortyp beschränkt. Es kann sich um eine Verbrennungskraftmaschine handeln, die beispielsweise als Ottomotor oder als
Dieselmotor ausgebildet sein kann.
Der Motor 3 umfasst einen oder mehrere Zylinder 4, von denen hier einer dargestellt ist. Die Zylinder 4 werden vom ATL 9 mit aufgeladener (Verbrennungs-)Luft versorgt. Der ATL 9 umfasst einen Verdichter 13, der über eine Welle 14 von einer Turbine (Abgasturbine) 15 mit variabler Turbinengeometrie (VTG) angetrieben bzw. betrieben wird. Die Turbine 15 ist also über die Welle 14 mit dem Verdichter 13 wirkverbunden/gekoppelt. Der Verdichter 13 ist in einer Luftleitung 5 zum Motor 3 angeordnet und die Turbine 15 in einer Abgasleitung 7, die Abgas aus den Zylinder 4 abführt. So ist der Verdichter 13 mit Abgas des Motors 3 betreibbar, indem die Turbine 15 mit dem Abgas aus dem Motor 3 versorgt und damit angetrieben wird. Ferner ist der ATL 9 mit der Steuervorrichtung 21 gekoppelt.
Die VTG ist über einen Verstellmechanismus 17 einstellbar. Alternativ/ergänzend zur VTG ist ein Wastegate 19 vorgesehen. Über den Verstellmechanismus 17 (und/oder über das
Wastegate 19) ist das der Turbine 15 zugeführte Abgas und entsprechend eine Leistung des Verdichters 13 einstellbar. Optional kann auch ein mehrstufig aufgeladenes Aggregat vorgesehen werden. Anders ausgedrückt, es können auch mehrere ATL 9 vorgesehen sein.
Ferner weist der ATL 9 eine elektrische Maschine 11 auf. Die elektrische Maschine 11 hat eine Funktion als Motor und als Generator und ist mit der Welle 14 des ATLs 9 gekoppelt/wirk verbunden. Unter anderem ist die elektrische Maschine 11 dazu ausgebildet, eine Drehzahl des ATLs 9 zu messen. Hierbei kann mit der Drehzahl des ATLs 9 eine Drehzahl der Welle 14, eine Drehzahl des Verdichters 13 und/oder eine Drehzahl der Turbine 15 gemeint sein. Ferner kann die elektrische Maschine 11 dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment auf den ATL 9
aufzuprägen. Dadurch kann die Drehzahl des ATLs 9 über die elektrische Maschine 11 erhöht und/oder verringert werden. Die Steuervorrichtung 21 ist mit der elektrischen Maschine 11 gekoppelt. Dadurch ist die elektrische Maschine 11 einstell-/steuerbar und eine von der elektrischen Maschine 11 erfasste Drehzahl des ATLs 9 auslesbar. Anders ausgedrückt, ein von der elektrische Maschine 11 erfasstes Drehzahlsignal des ATLs 9 wird von der
Steuervorrichtung 21 verarbeitet. Insbesondere kann die elektrische Maschine 11 mit der Welle 14 integriert sein. Dies wird beispielsweise erreicht, indem ein (nicht gezeigter) Rotor der elektrischen Maschine 11 als Teil der Welle 14 ausgebildet ist, wobei ein (nicht gezeigter) Stator der elektrischen Maschine 11 in einer festen Position um den als Rotor ausgebildeten Teil der Welle 14 herum angeordnet ist.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine stationäre bzw. eine dynamische Drehzahlregelung 30, 50 für den ATL 9 des Motors 3. Die stationäre Drehzahlregelung 30 wirkt in einem stationären Betriebszustand des Motors 3 und die dynamische Drehzahlregelung 50 in einem dynamischen Betriebszustand des Motors 3.
Wie aus der Fig. 2a ersichtlich ist, stellen eine ATL- Istdrehzahl nA-n_,ist, eine ATL- Maximaldrehzahl nA-n_,max (also eine maximal zulässige Drehzahl des ATLs, insbesondere hinsichtlich Bauteilschäden), ein Reservedrehzahlband des ATLs nATL,Res und ein von der Steuervorrichtung 21 berechneter Sollwert für ein Stellglied des ATLs 9 (Verstellmechanismus 17 und/oder Wastegate 19) UATL,SOII,ECU Eingangsgrößen für die stationäre Drehzahlregelung 30 dar.
Dabei gehen einige Eingangsgrößen unmittelbar in die stationäre Drehzahlregelung 30 ein, wie beispielsweise die ATL-Istdrehzahl nA-n_,ist oder werden zuvor verarbeitet/verrechnet, z.B. die maximal zulässige ATL-Drehzahl nA-n_,max und das Reservedrehzahlband nA-n_,Res. Aus der stationären Drehzahlregelung 30 können ein von der elektrischen Maschine 1 1 zu erzeugendes Soll-Moment MEM,soii,stat und ein Sollwert für das Stellglied des ATLs 9 UATL,SOII als
Ausgangsgrößen hervorgehen.
In Block 29 wird erfasst, ob die ATL-Istdrehzahl nA-n_,ist größer als eine Differenz zwischen der ATL-Maximaldrehzahl nA-n_,max und dem Reservedrehzahlband nA-n_,Res ist. Diese Differenz wird im Summationspunkt 27 gebildet, indem das Reservedrehzahlband nA-n_,Res von der ATL- Maximaldrehzahl nATL,max abgezogen wird. Diese Differenz entspricht dem eingangs erwähnten virtuellen Drehzahlband des ATLs 9, das einem von der Steuervorrichtung 21 (vorher-) bestimmten zulässigen Drehzahlbereich des ATLs 9 entspricht. Mittels des virtuellen
Drehzahlbands des ATLs 9 wird der ATL 9 also hinsichtlich seiner Drehzahl, insbesondere nach oben hin, abgeriegelt.
Sofern die ATL-Istdrehzahl nA-n_,ist größer als diese Differenz ist, geht aus dem Block 29 ein Eingriffssignal Ltat.i hervor. Andernfalls geht aus dem Block 29 ein„Nicht-Eingriff“-Signal Ltat.o hervor. Diese beiden Signale Ltat,i und Ltat.o werden dazu verwendet, um zu bestimmen, ob eine (später beschriebene) Drehzahlregelung (EM-Regelung) 40 mittels der elektrischen Maschine 11 greift oder nicht.
Aus der Fig. 2b ist ersichtlich, dass ein von der Steuervorrichtung 21 berechneter Soll- Ladedruck p2,soii, ein Ist-Ladedruck p2,ist, ein Grenzdruck p2,iim und ein Ist-Druck vor dem
Verdichter pi,ist als Eingangsgrößen der dynamischen Drehzahlregelung 60 dienen. Hierbei können der Ladedruck-Istwert p2,ist und der Ist-Druck vor dem Verdichter pi,ist beispielsweise von entsprechend angeordneten (nicht gezeigten) Drucksensoren erfasst werden. Alternativ und/oder ergänzend können andere Größen, aus denen die Druckwerte pi,ist und p2,ist ableitbar sind, von entsprechenden (nicht gezeigten) Sensoren erfasst werden, so dass die
Steuervorrichtung 21 die Druckwerte pi,ist und p2,ist ermitteln kann. Je nachdem, ob die dynamische Drehzahlregelung 60 greift oder nicht, geht entweder ein ermitteltes Soll-Moment MEM, soii, dyn bzw. ein Motornullmoment M0 (der elektrischen Maschine 11) als Ausgangsgröße aus der dynamischen Drehzahlregelung 60 hervor. Die dynamische Regelung 60 wird später im Detail beschrieben.
Die Fig. 3a zeigt die EM-Regelung 40 und eine thermodynamische Regelung 50 der stationären Drehzahlregelung 30. Die stationäre Drehzahlregelung 30 weist ferner einen Aktivierungsblock 31 auf, bei dem bestimmt wird, ob die EM-Regelung 40 greift. Der Aktivierungsblock 31 greift/wird aufgerufen, sofern in die stationäre Drehzahlregelung 30 das Eingriffssignal Ltat.i eingeht. Der Aktivierungsblock 31 umfasst einen Zweipunktregler 35, um ein
hysteresebehaftetes Schalten darzustellen. Der Zweipunktregler 35 weist als Eingangsgröße die ATL-Istdrehzahl nATUst auf. Ein oberer Schaltpunkt des Zweipunktreglers 35 ist die ATL- Maximaldrehzahl nATL.max und ein unterer Schaltpunkt eine Differenz zwischen der ATL- Maximaldrehzahl nATL.max und einer vorherbestimmten Schaltdifferenz Anhys. Der untere
Schaltpunkt wird in dem Summationspunkt 33 ermittelt, indem man die vorherbestimmte Schaltdifferenz Anhys von der ATL-Maximaldrehzahl nATL.max subtrahiert. Die Schaltdifferenz Anhys ist so gewählt, dass sie kleiner als das Reservedrehzahlband nATL,res ist. Der Zweipunktregler 35 gibt ein Signal lhys,i aus, wenn die ATL-Istdrehzahl nATL,ist den oberen Schaltpunkt überschreitet und ein Signal lhys,o, wenn die ATL-Istdrehzahl nATL,ist den unteren Schaltpunkt unterschreitet. Wird das Signal lhys,i ausgegeben, so greift die EM-Regelung 40. Wrd hingegen das Signal lhys,o ausgegeben, greift die thermodynamische Regelung 50.
In der Fig. 3b ist die EM-Regelung 40 im Detail gezeigt. In einem Summationspunkt 41 wird eine ATL-Drehzahl-Regelabweichung AnATL bestimmt, indem die ATL-Istdrehzahl nATUst von der ATL-Maximaldrehzahl nATL.max abgezogen wird. Über einen Regler 43, der beispielsweise als PI- Regler ausgebildet ist, wird die ATL-Drehzahl-Regelabweichung DPATI. weggeregelt (also auf einen Wert von im Wesenlichen„null“ einregelt), indem der Regler 43 eine EM-Stellgröße UEM ausgibt, das ein von der elektrischen Maschine 11 erzeugtes Moment einstellt. Die EM- Stellgröße UEM wird an Block 45 weitergegeben, der einen von der EM-Stellgröße UEM abhängiges, von der elektrischen Maschine 11 zu erzeugendes Drehmoment MEM.U angibt.
Wenn die ATL-Drehzahl-Regelabweichung DhAp. positiv ist, wird die EM-Stellgröße UEM derart durch den Regler 43 bestimmt, dass eine MEM.U positiv ist. Die elektrische Maschine 11 wird also so betrieben, dass die ATL-Drehzahl aufgebaut wird. Wenn die ATL-Drehzahl- Regelabweichung DhAti. negativ ist, ergibt sich entsprechend ein negatives MEM.U, mit dem die ATL-Drehzahl abgebaut wird.
Allerding soll nur eine negative Regelabweichung weggeregelt, also die ATL-Drehzahl nicht aufgebaut, werden. Das wird durch Block 47 erreicht. Als Eingangsgröße für den Block 47 dienen das EM-Stellgrößenabhängige Moment MEM,U und ein Nullmoment M0. Im Block 47 greift eine Logik, die lediglich den minimalen Eingangswert als Ausgangsgröße MEM.soii.stat weitergibt. Damit wird sichergestellt, dass nur Werte von kleiner oder gleich null als Soll-Moment MEM.soii.stat der elektrischen Maschine 11 als Ausgangsgröße aus dem Block 47 (und somit aus der EM- Regelung 40) hervorgehen. Anders ausgedrückt, mit Hilfe des Blocks 47 wird von der EM- Regelung 40 nur die ATL-Drehzahl ab- und nicht aufgebaut.
Die thermodynamische Regelung 50 ist in der Fig. 3c dargestellt. Wie oben erwähnt, greift die thermodynamische Regelung 50, wenn aus dem Zweipunktschalter 35 die Größe I hys.o ausgegeben wird. Ferner greift die thermodynamische Regelung 50, wenn zuvor aus dem Block 29 das„Nicht-Eingriff-Signal Ltat.o ausgegeben wurde.
In der thermodynamischen Regelung 50 wird ein ATL-Stellglied-Sollwert UATL.SOII anhand des von der Steuervorrichtung 21 ermittelten Stellglied-Sollwerts UATL.SOII, ECU und der ATL-Drehzahl- Regelabweichung DhAti_ bestimmt. Der von der Steuervorrichtung 21 ermittelte Stellglied- Sollwert UATL.SOII, ECU kann beispielsweise aus einem Fahrerwunsch abgeleitet werden. Im
Speziellen wird der Fahrerwunsch durch ein entsprechendes Drehmoment vom Motor 3 umgesetzt, das wiederum einen Soll-Ladedruck p2,soii erfordert. Der von der Steuervorrichtung 21 ermittelte Stellglied-Sollwert UATL,SON,ECU stellt den ATL 9 so ein, dass dieser Soll-Ladedruck P2,soii erreicht wird, aber unbeachtlich einer ATL-Drehzahl. Dieser Stellglied-Sollwert UATL.SOII, ECU fungiert also als ein Vorsteuerungswert für die thermodynamische Regelung 50. Im Summationspunkt 51 wird die ATL-Drehzahl-Regelabweichung DhAp. (wie oben beschrieben) bestimmt. Ein Regler 55, beispielsweise ein PI-Regler, regelt diese ATL-Drehzahl- Regelabweichung AnATL weg, indem er einen reglerbasierten ATL-Stellglied-Sollwert UATi-,soii,Reg bestimmt. In einem Summationspunkt 53 wird dieser reglerbasierte ATL-Stellglied-Sollwert UATL, SOII, Reg mit dem von der Steuervorrichtung 21 ermittelten Stellglied-Sollwert UATL,SOII,ECU verrechnet. Dadurch wird im Summationspunkt 53 der ATL-Stellglied-Sollwert UATL.SOII bestimmt, der die Ausgangsgröße der thermodynamischen Regelung 50 darstellt. Hier wird die
Verrechnung der beiden Sollwerte als eine Subtraktion dargestellt. Denkbar wäre auch eine Addition im Summationspunkt 53, wenn der Regler 55 den reglerbasierten ATL-Stellglied- Sollwert UATL, soii, Reg entsprechend ermittelt.
Durch den reglerbasierten ATL-Stellglied-Sollwert uATL,soii,Reg wird der Vorsteuerungswert, also der von der Steuervorrichtung 21 ermittelte Stellglied-Sollwert UATL,SON,ECU, um einen Faktor korrigiert, so dass eine ATL-Istdrehzahl nATL,ist der maximalen ATL-Drehzahl nATL,max nachgeführt wird. Insbesondere wird der Vorsteuerungswert UATL.SOII, ECU also um einen Offset (Dekrement) reduziert, um ein Überschwingen der ATL-Drehzahl nATL.max möglichst abzumildern und die ATL- Istdrehzahl nATL.ist auf die ATL-Maximaldrehzahl nATL.max einzustellen.
Die thermodynamische Regelung 50 läuft parallel zur EM-Regelung 40, wobei je nach ATL- Drehzahl ersteres oder letzteres greift, d.h. deren Ausgangsgröße zur Drehzahlregelung des ATLs 9 verwendet wird. Die EM-Regelung 40 greift, wenn das Signal lhys,i erzeugt wird und die thermodynamische Regelung 50, wenn eines der Signale Ltat.o und lhys,o erzeugt wird. So ist ein hochdynamisches„Umschalten“ zwischen der EM-Regelung 40 und thermodynamischen Regelung 50 möglich.
In der Fig. 4 ist die dynamische Drehzahlregelung 60 des ATLs 9 im Detail gezeigt. Im
Divisionspunkt 61 wird ein Soll-Druckverhältnis p2i,soii über den Verdichter 13 gebildet, indem der Soll-Ladedruck p2,soii durch den Ist-Druck vor dem Verdichter 13 pi ,ist geteilt wird. Ferner wird im Block 63 der eingehende Ist-Ladedruck p2,ist differenziert und ein Ladedruckgradient P2,grad des Ist-Ladedrucks p2,ist ausgegeben. Dazu kann der Block 63 beispielsweise als DT1- Glied ausgelegt sein. Mittels des Ladedruckgradienten p2,grad können Verzögerungen im
Ladedruckaufbau, beispielsweise aufgrund einer Trägheit der in der Luftleitung 5 befindlichen vorverdichteten Luft, die Massenträgheit des ATLs 9 und/oder ein Hochlaufen des ATLs 9 berücksichtigt und prädiziert werden. Ferner ist mittels des Ladedruckgradienten P2,grad über Kennfelder 65, 87 eine Eingriffsdauer ΪEM und das Soll-Moment MEM,soii,dyn der elektrischen Maschine 11 bestimmbar. Dabei gibt die Eingriffsdauer ΪEM an, wie lange die elektrische Maschine 11 das Soll-Moment MEM,soii,dyn erzeugt oder anders ausgedrückt, wie lange ein Momenteneingriff der elektrischen Maschine 11 zur Beeinflussung der ATL-Drehzahl erfolgt. So lässt sich mit Kenntnis des Soll-Druckverhältnisses P21 ,soii über den Verdichter 13 und den Ladedruckgradienten P2,grad aus dem Kennfeld 65 die Eingriffsdauer ΪEM bzw. aus dem Kennfeld 87 das Soll-Drehmoment MEM,soii,dyn bestimmen.
Hierbei wird das Kennfeld 87 mittels empirisch am Prüfstand ermittelten Daten erstellt, so dass eine Massenträgheit des ATLs 9, insbesondere seines Laufzeugs, berücksichtigt und das Hochlaufen des ATLs 9 bzw. die ATL-Drehzahl prädiziert werden kann. Dadurch kann entsprechend das Soll-Drehmoment MEM,soii,dyn bestimmt werden, das auf den ATL 9 wirken muss, damit die maximale ATL-Drehzahl nA-n_,max nicht überschritten wird. Ergänzend/alternativ zu dem Kennfeld 87 ist es auch möglich, dass Soll-Drehmoment MEM,soii,dyn über eine
entsprechende Massenträgheitsrechnung in Abhängigkeit einer kinetischen Energie des Laufzeugs des ATLs 9 zu ermitteln.
Ferner wird in der dynamischen Drehzahlregelung 60 ermittelt, ob eine Drehzahlregelung durch die elektrische Maschine 11 greifen soll. Dafür wird geprüft, ob ein dynamischer
Betriebszustand des Motors 3 vorliegt. Dazu wird im Summationspunkt 73 die Ladedruck- Regelabweichung Dr2 gebildet, indem der Ist-Ladedruck p2,ist von dem Soll-Ladedruck p2,soii abgezogen wird. Die Ladedruck-Regelabweichung Ap2wird im Block 75 mit einer
Mindestdruckdifferenz Ap2,min verglichen. Ein dynamischer Betrieb des Motors 3 liegt vor, wenn die Ladedruck-Regelabweichung Dr2 die Mindestdruckdifferenz Ap2,min überschreitet, die in der Regel zwischen 450 und 550 mbar, z.B. 500 mbar, beträgt. Es sind auch andere Werte bzw. Wertebereiche für die Mindestdruckdifferenz Ap2,min möglich.
Auch wird geprüft, ob während einem Einregeln des Ladedrucks ein Grenzdruck p2,üm für ein Überschwingen des Ladedrucks p2 voraussichtlich überschritten wird. Um den Ladedruckverlauf zu prädizieren, wird im Summationspunkt 67 der Ist-Ladedruck p2,ist mit dem
Ladedruckgradienten p2,grad beaufschlagt/summiert. Aus dem Summationspunkt 67 geht ein prädizierter Ladedruck p2,pred hervor. Anschließend wird im Summationspunkt 67 der prädizierte Ladedruck p2,pred von dem Soll-Ladedruck p2,Son abgezogen, so dass eine prädizierte Ladedruck- Regelabweichung Ap2,pred ermittelt wird. Im Block 71 wird überprüft, ob die prädizierte
Ladedruck-Regelabweichung Ap2,pred den Grenzdruck p2,üm für Ladedrucküberschwinger überschreitet. Damit die dynamische Drehzahlregelung 60 ein Eingriffssignal ldyn,i ausgibt, müssen zwei Bedingungen erfüllt werden. So muss aus dem Block 71 hervorgehen, dass die prädizierte Ladedruck-Regelabweichung Ap2, red größer als der Grenzdruck p2,üm für
Ladedrucküberschwinger sein. Ferner muss aus dem Block 75 hervorgehen, dass die
Ladedruck-Regelabweichung Dr2 größer als die Mindestdruckdifferenz Ap2,min ist. Sind beide Bedingungen erfüllt, gibt ein Block 77 das Eingriffssignal ldyn,i aus und andernfalls das„Nicht- Eingriff“-Signal ldyn,o.
Wenn der Block 71 das Eingriffssignal ldyn,i ausgibt, wird dieses an Block 79 weitergeleitet, der eingangsseitig ferner die Eingriffsdauer tEM aufnimmt. Im Block 79 wird bestimmt, ob das Eingriffssignal ldyn,i innerhalb der Eingriffsdauer tEM vom Block 77 ausgegeben wird. Falls ja, gibt der Block 79 wieder das Eingriffssignal ldyn,i aus und andernfalls das„Nicht-Eingriff“-Signal ldyn,o·
Geht aus der dynamischen Drehzahlregelung das Eingriffssignal ldyn,i hervor, so wird die elektrische Maschine 11 derart betrieben, um das entsprechende Soll-Moment MEM,soii,dyn zu erzeugen und damit auf die ATL-Drehzahl einzuwirken. Geht allerdings das„Nicht-Eingriff“- Signal ldyn,o hervor, wird das Motornullmoment Mo ausgegeben und die elektrische Maschine 11 wird nicht betrieben. Anders ausgedrückt, die elektrische Maschine 11 wirkt nicht auf die ATL- Drehzahl ein.
Liegt das„Nicht-Eingriff“-Signal ldyn,o vor, greift wieder die stationäre Drehzahlregelung 30, die parallel zu der dynamischen Regelung 60 läuft. Auch hier ist wieder durch den parallelen Ablauf der stationären Regelung 30 und der dynamischen Regelung 60 ein hochdynamisches „Umschalten“ zwischen ihnen mittels der Signale ldyn,i , ldyn,o möglich.
Die Fig. 5a zeigt Verläufe für den Soll- und Ist-Ladedruck p2,soii, P2,ist und für den Soll- und Ist- ATL-Drehzahl nATL.soii, nA-rust während des stationären Betriebszustand des Motors 3. Die Verläufe sind über die Zeit aufgetragen. Der Soll-Ladedruck p2,soii wird durch eine waagerechte Linie dargestellt, um die der Verlauf des Ist-Ladedrucks p2,ist , insbesondere im Wesentlichen wellenähnlich, schwankt. Allerdings ist der Ist-Ladedruck p2,ist im Wesentlichen eingeregelt. Der Verlauf der Ist-ATL-Drehzahl nATL,ist schwankt ebenfalls und insbesondere im Wesentlichen wellenähnlich. Ferner sind hinsichtlich der ATL-Drehzahlen noch die maximal zulässige ATL- Drehzahl nATL.max und das Reservedrehzahlband nATL.Res gezeigt.
Die Fig. 5a stellt Verläufe dar, bei denen die oben erwähnte stationäre Drehzahlregelung 30 noch nicht eingreift, und verdeutlicht vor allem, in welchen Zeitabschnitten die EM-Regelung 40 oder thermodynamische Regelung 50 greifen sollte. Solche Zeitabschnitte können beispielsweise im Zehntel- Sekundenbereich liegen. Hierbei ist die thermodynamische
Regelung 50 dann aktiv, wenn sich die Ist-ATL-Drehzahl unterhalb des Reservedrehzahlbands nATL.Res befindet. Befindet sich die Ist-ATL-Drehzahl nATL st hingegen oberhalb des
Reservedrehzahlbands nATL.Res, so ist die EM-Regelung 40 aktiv.
Die Fig. 5b zeigt Verläufe für den Soll- und Ist-Ladedruck p2.soii, P2,ist und für die Soll- und Ist- ATL-Drehzahl nATL.soii, nATL.ist während des dynamischen Betriebszustands des Motors 3. Ferner ist ein Verlauf des von der elektrischen Maschine 1 1 zu erzeugendes Soll-Moments MEM.soii.dyn gezeigt. Das Soll-Moment MEM,soii,dyn steigt also an, um auf die ATL-Istdrehzahl nATL,ist derart zu wirken, dass sie bei Hochfahren des ATLs die maximale ATL-Drehzahl nATL,max nicht überschreitet.
Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug
Verbrennungskraftmaschine (Motor) Zylinder
Luftleitung (Gaspfad)
Abgasleitung (Abgaspfad)
Abgasturbolader (ATL)
elektrische Maschine
Verdichter
Welle
Turbine
Verstellmechanismus für VTG
Wastegate
Steuervorrichtung
Summationspunkt
Vergleichsblock
stationäre Regelung
Summationspunkt
Zweipunktschalter
Regelung durch elektrische Maschine Block (z.B. PI-Regler)
, 47 Block
thermodynamische Regelung
Summationspunkt
Block (z.B. PI-Regler)
dynamische Regelung
Divisionspunkt
Block (z.B. DT-Glied)
Kennfeld
, 69 Summationspunkt
Block
Summationspunkt
, 77, 79 Block 87 Kennfeld
riATL.Ist ATL-Istdrehzahl
riATL.max maximal zulässige ATL-Drehzahl
riATL.Res ATL-Reservedrehzahlband
AnATL ATL-Drehzahl-Regelabweichung
UATL, Soll, ECU von der Steuervorrichtung 21 berechneter Sollwert für ATL-Stellglied UATL, Soll, Reg reglerbasierter Sollwert für ATL-Stellglied
UATL.Soll ATL-Stellglied-Sollwert
Stellgröße für elektrische Maschine
ldyn,1 Eingriffssignal aus dynamischer Regelung
Idyn.O „Nicht-Eingriff“-Signal aus dynamischer Regelung
I h ys , 1 Signal aus Zweipunktschalter
I h ys , 0 Signal aus Zweipunktschalter
lstat,1 Eingriffssignal aus stationärer Regelung
Istat.O „Nicht-Eingriff“-Signal aus stationärer Regelung
Soll-Moment der elektrischen Maschine aus dynamischer Regelung
Soll-Moment der elektrischen Maschine aus stationärer Regelung Drehmoment (elektrische Maschine)
PUst Ist-Druck vor Verdichter
P2,grad Ladedruckgradient
P2,lst Ist-Ladedruck
P2,lim Grenzdruck für Überschwinger
P2,lim Mindestdruckdifferenz
P2,Soll Soll-Ladedruck
P21 .Soll Sollwert für Druckverhältnis über Verdichter
Dr 2 Ladedruckregelabweichung
Ap2,pred prädizierte Ladedruckregelabweichung
tem Eingriffsdauer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (ATL) (9) einer
Verbrennungskraftmaschine (3), wobei der ATL (9) mit einer elektrischen Maschine (11) wirkverbunden ist und eine Drehzahl des ATLs (9) über die elektrische Maschine (11) einstellbar ist, umfassend:
Ermitteln eines stationären oder dynamischen Betriebszustands der
Verbrennungskraftmaschine (3); und
Reduzieren einer ATL-Istd rehzahl (nA-n_,ist) über die elektrische Maschine (11) zur Einhaltung einer Drehzahlobergrenze (nA-n_,max) des ATLs (9), wobei die elektrische Maschine (11) in Abhängigkeit des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine (3) betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die elektrische Maschine (11) über eine erste
Regelung (30) gesteuert wird, wenn der stationäre Betriebszustand vorliegt, und über eine zweite Regelung (60), wenn der dynamische Betriebszustand vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Regelung (30) eine erste Regelkomponente (40) und eine zweite Regelkomponente (50) zum Reduzieren der ATL-Istdrehzahl (nA-rust) aufweist, wobei die erste und die zweite Regelkomponente (40, 50) in Abhängigkeit der ATL-Istdrehzahl (nA-rust) und eines Hystereseverhaltens der ATL-Istdrehzahl (nATL,ist) greifen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Drehzahlobergrenze (nATL.max) des ATLs (9) eine Führungsgröße der ersten und zweiten Regelkomponente (40, 50) ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im dynamischen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (3) die elektrische Maschine (11) in Abhängigkeit einer Massenträgheit des ATLs (9) und/oder einer Trägheit eines Ladedruckaufbaus betreibbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Massenträgheit des ATLs (9) und die Trägheit des Ladedruckaufbaus mittels Kennfeldern (65, 87) berücksichtig wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der dynamische Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (3) vorliegt, wenn eine Ladedruck-Regelabweichung (DR2) größer als eine vorherbestimmte Mindestdruckdifferenz (Ap2,min) und eine prädizierte Ladedruckregelabweichung (Ap2, red) größer als ein vorherbestimmter Grenzdruck (p2,iim) ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der stationäre Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (3) vorliegt, wenn die Ladedruck-Regelabweichung (DR2) kleiner als die vorherbestimmte Mindestdruckdifferenz (Ap2,min) und/oder die prädizierte Ladedruckregelabweichung (Ap2,pred) kleiner als der vorherbestimmte Grenzdruck (p2,Mm) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die prädizierte Ladedruckregelabweichung (Ap2,pred) in Abhängigkeit des Ladedruckgradienten (P2,grad) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ATL-Istdrehzahl (nATUst) über die elektrische Maschine (11) erfassbar ist.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ATL-Istdrehzahl (nATUst)
reduziert wird, indem ein Moment (MEM.soii.stat, MEM,soii,dyn) von der elektrischen Maschine (11) erzeugt wird und auf eine Welle (14) des ATLs (9) wirkt.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der ATL (9) eine Stellanordnung (17, 19), insbesondere eine variable Turbinengeometrie (17) und/oder ein Wastegate (19), aufweist und das Reduzieren der ATL-Istdrehzahl (nATUst) über die elektrische Maschine (11) erfolgt, während die Stellanordnung (17, 19) in einer offenen Grenzstellung eingestellt ist.
13. Steuervorrichtung (21) für einen ATL (9) für eine Verbrennungskraftmaschine (3), wobei die Steuervorrichtung (21) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
14. Verbrennungskraftmaschine (3) mit einem ATL (9) und einer Steuervorrichtung (21) nach Anspruch13.
15. Kraftfahrzeug (1) mit einer Verbrennungskraftmaschine (3) nach Anspruch 14.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220364499A1 (en) * 2021-05-14 2022-11-17 Garrett Transportation I Inc. Electric boost device control for turbocharger
DE102021124449A1 (de) 2021-09-21 2023-03-23 Rolls-Royce Solutions GmbH Turbolader-Anordnung, Steuervorrichtung für eine solche Turbolader-Anordnung, Brennkraftmaschine mit einer solchen Turbolader-Anordnung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine
CN115405410B (zh) * 2022-08-11 2024-04-16 长城汽车股份有限公司 增压器的控制方法、装置、车辆及存储介质

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19518317C2 (de) * 1995-05-18 2000-01-20 Gerhard Huber Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines elektrisch unterstützten Turboladers
US5906098A (en) * 1996-07-16 1999-05-25 Turbodyne Systems, Inc. Motor-generator assisted turbocharging systems for use with internal combustion engines and control method therefor
DE19821902A1 (de) * 1998-05-15 1999-11-18 Siemens Ag Verfahren zur Regelung des Ladedrucks
DE10156704A1 (de) * 2001-11-13 2003-05-22 Iav Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers für Verbrennungskraftmaschinen mit elektrisch unterstütztem Antrieb
DE10160469A1 (de) * 2001-12-08 2003-06-18 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Begrenzung der Drehzahl eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine
US7174714B2 (en) * 2004-12-13 2007-02-13 Caterpillar Inc Electric turbocompound control system
JP4548215B2 (ja) * 2005-05-20 2010-09-22 株式会社デンソー 内燃機関の過給圧制御装置
US7730724B2 (en) * 2007-05-10 2010-06-08 Ford Global Technologies, Llc Turbocharger shaft over-speed compensation
EP2014894B1 (de) * 2007-07-09 2010-10-13 Magneti Marelli S.p.A. Verfahren zur Steuerung einer durch einen Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine
US9540989B2 (en) * 2015-02-11 2017-01-10 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for boost control
DE102015002598A1 (de) * 2015-02-28 2016-09-01 Man Truck & Bus Ag Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
DE102015215912A1 (de) * 2015-08-20 2017-02-23 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Steuerung einer Elektromaschine eines elektrifizierten Abgasturboladers, System zum Betreiben einer Elektromaschine eines elektrifizierten Abgasturboladers, Computerprogrammprodukt, Antriebseinheit und Kraftfahrzeug
DE102017107297A1 (de) * 2017-04-05 2018-10-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie unter Berücksichtigung des Abgasgegendrucks
DE102018106780A1 (de) * 2018-03-22 2018-06-07 FEV Europe GmbH Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers

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