WO2019052792A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasturboladers, abgasturboladereinrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasturboladers, abgasturboladereinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2019052792A1
WO2019052792A1 PCT/EP2018/072611 EP2018072611W WO2019052792A1 WO 2019052792 A1 WO2019052792 A1 WO 2019052792A1 EP 2018072611 W EP2018072611 W EP 2018072611W WO 2019052792 A1 WO2019052792 A1 WO 2019052792A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
speed
gas turbocharger
electric machine
generator
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/072611
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Baeuerle
Thomas Fruehschuetz
Michael Nau
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 WO2019052792A1 publication Critical patent/WO2019052792A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/14—Control of the alternation between or the operation of exhaust drive and other drive of a pump, e.g. dependent on speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B2037/122—Control of rotational speed of the pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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, which has a controllable electric machine which is rotationally coupled to a supercharger shaft and is operated in a motor or generator as a function of a power requirement.
  • the invention relates to a device for operating the
  • Laderwelle are interconnected, and having an electrical machine which is rotationally coupled to the supercharger shaft and is operable as a generator or motor.
  • Compressor it is known to drive this by a turbine which is driven by the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the torque of the turbine is transmitted to the compressor through a supercharger shaft.
  • an electric machine which is rotatably coupled to the supercharger shaft to increase the speed, if necessary, regardless of the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the electric machine as a generator operate, if a compression of fresh air is not necessary, the
  • an overspeed of the exhaust gas turbocharger is prevented. Damage due to an overspeed of the exhaust gas turbocharger, for example, by a leak in the charge air line, a dirty air filter, a hanging control linkage, such as a wastegate valve or a variable turbine geometry, or a faulty measuring sensor (for
  • Run exhaust turbocharger By the method according to the invention, this is avoided in a simple and cost-effective manner. For this purpose, it is provided that a rotational speed of the supercharger shaft is monitored, and that when a predeterminable limit rotational speed and / or a predefinable one are exceeded
  • the electric machine is at least temporarily operated as a generator.
  • Loader shaft is both the speed of the exhaust gas turbocharger and the electric machine detected. If this exceeds a specifiable
  • the electric machine is then operated as a generator in the above-mentioned case when the
  • Limit speed gradient below a predetermined speed threshold which is below the limit speed and above a predetermined minimum speed. Accordingly, the regenerative operation is also initiated when the limit speed has not yet been exceeded, but due to the high speed gradient threatens to be exceeded soon.
  • Minimum speed specified such that a speed gradient is allowed when the current speed is so low that exceeding the limit speed is unlikely.
  • the exhaust gas turbocharger is preferably monitored for malfunctions, and the electric machine is operated as a generator when a malfunction is detected so as not to exceed the limiting rotational speed or a safety rotational speed specified as a function of the detected malfunction.
  • the speed or the speed gradient is limited by the electric machine in the generator mode, so that a
  • Speed sensor is monitored. As a result, the speed is particularly accurate and easy to detect.
  • the speed sensor can be assigned directly to the charger shaft or the electric machine.
  • Speed sensor can be dispensed with and is preferred.
  • the control device according to the invention with the features of claim 7 is specially adapted to carry out the inventive method. This results in the already mentioned advantages.
  • the exhaust gas turbocharger device according to the invention with the features of claim 8 is characterized by the control device according to the invention.
  • the exhaust-gas turbocharger device has a speed sensor assigned to the loader shaft for detecting the rotational speed of the supercharger shaft and / or the electric machine.
  • the exhaust-gas turbocharger device has means for detecting an operating current and / or an operating voltage of the electrical machine, as a function of which the rotational speed of the exhaust-gas turbocharger can then be determined or determined, as described above.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas turbocharger in a simplified representation and Figure 2 shows a method for operating the exhaust gas turbocharger as
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, an exhaust gas turbocharger device 1, which has an exhaust gas turbocharger 2, an electric machine 3, and a
  • Control unit 4 has.
  • the exhaust gas turbocharger 2 has a turbine 5 and a
  • Compressor 6, which rotatably connected by a supercharger shaft 7 together are.
  • the supercharger shaft 7 between turbine 5 and compressor 6 is also associated with the electric machine 3, wherein in particular a rotor of the electric machine 3 is rotatably mounted on the supercharger shaft 7, and a stator fixed to the housing in a housing of the turbocharger 2.
  • a stator fixed to the housing in a housing of the turbocharger 2.
  • Machine 3 is arranged on the side facing away from the turbine 5 side of the compressor 6 on the supercharger shaft 7. In any case, the electric machine 3 is rotationally coupled to the supercharger shaft 7, so that the electric machine 3 is either driven by the supercharger shaft 7 or drives the supercharger shaft 7 in a motor operation.
  • the speed of the exhaust gas turbocharger 2 can be increased independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine to provide, for example, at a low speed in a short time a high torque available. In higher speed ranges, especially in a quasi-stationary
  • Control unit 4 is performed.
  • the method begins in step Sl with the startup of the motor vehicle having the exhaust gas turbocharger device 1.
  • step S2 it is queried whether a current speed of the motor vehicle having the exhaust gas turbocharger device 1.
  • Exhaust gas turbocharger 2 is greater than or equal to a predetermined limit speed.
  • the limiting speed is chosen depending on the structural design of the exhaust gas turbocharger 2 such that in the speed range below the limit speed safe operation of the exhaust gas turbocharger without possible damage, for example by leakage of the charge air line, a polluted
  • step S2 If it is detected in step S2 that the current speed is less than the predetermined limit speed (n), it is referred back to a step S3, in which the electric machine 3 is operated in response to a power demand and / or the speed range, as described above. Subsequently, step S2 is continued.
  • step S2 if the inquiry in step S2 indicates that the current speed of the
  • Exhaust gas turbocharger 2 exceeds the predetermined limit speed (j), in a step S4 proceed. In this an emergency operation of the electric machine 3 is initiated, in which the electric machine 3 by the
  • Control unit 4 is switched to a regenerative operation to the
  • the electric machine 3 brakes the exhaust gas turbocharger 2 and thereby reduces the current speed, in particular until it falls below the limit speed. If necessary, electrical consumers
  • the generated electrical energy is supplied to the previously mentioned energy storage.
  • the occurrence of the emergency operation is preferably stored in a fault memory of the control unit 4. Subsequently, the procedure returns to step S3.
  • Speed threshold is below the limit speed. In this area, which is generally below the limit speed, the speed gradient can cause the exhaust gas turbocharger is overloaded. At particularly low speeds, however, a high speed gradient plays no role, because high speeds may not be achieved in a short allowable period of time. Therefore, the speed range within which the
  • Threshold and the minimum speed limited, with the minimum speed is chosen so high that below the minimum speed and a high speed gradient can not lead to damage to the exhaust gas turbocharger or overloading of the exhaust gas turbocharger 2. If the speed is now in the range between speed threshold and minimum speed, and is the
  • the electric machine is operated as described above as a generator to decelerate the exhaust gas turbocharger 2.
  • the rotational speed and the rotational speed gradient are preferably detected by means of a rotational speed sensor 8 which is assigned to the supercharger shaft 7, as shown in FIG.
  • the speed sensor 8 is dispensed with and instead values of the control unit 4 are used, which are available for controlling the electric machine 3 in any case.
  • the operating voltage and / or the operating current is continuously monitored in the control unit 4 in order to ensure optimum commutation of the electric machine 3. From operating voltage and / or operating current can be determined in a known manner, the speed and use for the method described above. In this case can then be dispensed with the speed sensor 8, which in addition to space advantages also brings cost advantages.
  • the exhaust gas turbocharger 2 to malfunction, in particular to malfunction in the boost pressure control loop in the boost pressure or air mass sensor, or in an actuator of the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (2), der eine ansteuerbare elektrische Maschine (3) aufweist, die mit einer Laderwelle (7) drehgekoppelt ist und in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung motorisch oder generatorisch betrieben wird. Es ist vorgesehen, dass eine Drehzahl der Laderwelle (7) überwacht wird, und dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenzdrehzahl und/oder eines vorgebbaren Grenzdrehzahlgradienten die elektrische Maschine (3) zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers,
Abgasturboladereinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers, der eine ansteuerbare elektrische Maschine aufweist, die mit einer Laderwelle drehgekoppelt ist und in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung motorisch oder generatorisch betrieben wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben des
Abgasturboladers sowie eine Abgasturboladereinrichtung, die einen
Abgasturbolader mit einer Turbine und einen Verdichter, die durch eine
Laderwelle miteinander verbunden sind, und eine elektrische Maschine aufweist, die mit der Laderwelle drehgekoppelt ist und generatorisch oder motorisch betreibbar ist.
Stand der Technik
Verfahren, Vorrichtungen und Abgasturboladereinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um die
Leistungsfähigkeit sowie das Emissionsverhalten von Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmotoren, zu optimieren, ist es bekannt, im Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine einen Verdichter vorzusehen, welcher die Frischluft verdichtet den Brennkammern der Brennkraftmaschine zuführt, sodass eine erhöhte Luftmenge in die Brennkammern gelangt. Zum Antreiben des
Verdichters ist es bekannt, diesen durch eine Turbine anzutreiben, die vom Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Das Drehmoment der Turbine wird durch eine Laderwelle auf den Verdichter übertragen. Um die Variabilität des Turboladers zu erhöhen, ist es außerdem bekannt, diesen mit einer elektrischen Maschine zu versehen, welche mit der Laderwelle drehgekoppelt ist, um bei Bedarf die Drehzahl unabhängig von dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Außerdem ist bekannt, die elektrische Maschine generatorisch zu betreiben, wenn eine Verdichtung von Frischluft nicht notwendig ist, der
Abgasstrom die Turbine jedoch antreibt. In diesem Fall wird dann die durch den generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie der elektrischen Maschine beispielsweise in einem Energiespeicher geladen. Im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors wird die elektrische Maschine jedoch bei einer plötzlichen Lastanforderung motorisch angetrieben, um den Ladedruck durch den Verdichter möglichst schnell zur Verfügung zu stellen, sodass frühzeitig ein hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. In einem oberen, quasi stationären Lastbereich des Verbrennungsmotors wird die elektrische Maschine hingegen häufig generatorisch eingesetzt, um
Abgasenergie zurückzugewinnen.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den
Vorteil, dass eine Überdrehzahl des Abgasturboladers verhindert wird. Schäden infolge einer Überdrehzahl des Abgasturboladers können beispielsweise durch eine Leckage in der Ladeluftleitung, einen verschmutzten Luftfilter, ein hängendes Regelgestänge, wie beispielsweise bei einem Wastegateventil oder einer variablen Turbinengeometrie, oder einen fehlerhaft messenden Sensor (für
Ladedruck und/oder Luftmasse) der Ladedruckregelung entstehen. Derartige Schadensbilder können zu einer stark reduzierten Lebensdauer des
Abgasturboladers führen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dies in einfacher und kostengünstiger Art und Weise vermieden. Hierzu ist vorgesehen, dass eine Drehzahl der Laderwelle überwacht wird, und dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenzdrehzahl und/oder eines vorgebbaren
Grenzdrehzahlgradienten die elektrische Maschine zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird. Durch die Überwachung der Drehzahl der
Laderwelle ist sowohl die Drehzahl des Abgasturboladers als auch die der elektrischen Maschine feststellbar. Überschreitet diese eine vorgebbare
Grenzdrehzahl (Überlastdrehzahl) oder überschreitet ein Drehzahlgradient die vorgegebene Grenzdrehzahl, so wird darauf erkannt, dass eine Überlastung des Abgasturboladers droht. Durch das generatorische Betreiben der elektrischen Maschine wird in diesem Fall verhindert, dass die Drehzahl weiter erhöht wird und kritische Bereiche erreicht. Insbesondere wird die elektrische Maschine in dem oben genannten Fall derart generatorisch betrieben, dass die Drehzahl der Laderwelle, die die
Grenzdrehzahl oder den Grenzdrehzahlgradienten nicht oder nur kurzzeitig überschreitet. Dadurch ist sichergestellt, dass der Abgasturbolader nicht dauerhaft belastet oder überlastet wird, wodurch die oben beschriebenen
Schäden vermieden werden.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Maschine in dem oben genannten Fall dann generatorisch betrieben wird, wenn der
Grenzdrehzahlgradient unterhalb einer vorgebbaren Drehzahlschwelle, die unterhalb der Grenzdrehzahl und oberhalb einer vorgebbaren Mindestdrehzahl liegt. Demgemäß wird der generatorische Betrieb auch dann eingeleitet, wenn die Grenzdrehzahl noch nicht überschritten wurde, jedoch aufgrund des hohen Drehzahlgradienten droht bald überschritten zu werden. Dabei wird die
Mindestdrehzahl derart vorgegeben, dass ein Drehzahlgradient dann erlaubt ist, wenn die aktuelle Drehzahl derart niedrig ist, dass ein Überschreiten der Grenzdrehzahl unwahrscheinlich ist.
Vorzugsweise wird der Abgasturbolader auf Fehlfunktionen überwacht, und die elektrische Maschine bei Erfassen einer Fehlfunktion generatorisch betrieben, um die Grenzdrehzahl oder eine in Abhängigkeit der erfassten Fehlfunktion vorgegebene Sicherheitsdrehzahl nicht zu überschreiten. Je nach vorliegender Fehlfunktion wird dann die Drehzahl oder der Drehzahlgradient durch die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb begrenzt, sodass eine
Beschädigung des Abgasturboladers sicher verhindert wird.
Weiterhin ist besonders vorgesehen, dass die Drehzahl des Abgasturboladers mittels zumindest einem insbesondere der Laderwelle zugeordneten
Drehzahlsensor überwacht wird. Dadurch ist die Drehzahl besonders genau und einfach feststellbar. Der Drehzahlsensor kann dabei direkt der Laderwelle oder auch der elektrischen Maschine zugeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich wird die Drehzahl des Abgasturboladers in
Abhängigkeit von einem Betriebsstrom und/oder einer Betriebsspannung der elektrischen Maschine ermittelt. Diese werden üblicherweise zu
Kommutierungszwecken ohnehin erfasst, und stehen daher als Signale bereits zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Hierdurch ist eine besonders einfache Feststellung der Drehzahl möglich, bei welcher auf einen separaten
Drehzahlsensor verzichtet werden kann und bevorzugt wird. Das erfindungsgemäße Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ist speziell dazu hergerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierbei die bereits genannten Vorteile.
Die erfindungsgemäße Abgasturboladereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch das erfindungsgemäße Steuergerät aus.
Hierdurch ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Insbesondere weist die Abgasturboladereinrichtung einen der Laderwelle zugeordneten Drehzahlsensor auf, zum Erfassen der Drehzahl der Laderwelle und/oder der elektrischen Maschine.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abgasturboladereinrichtung Mittel zum Erfassen eines Betriebsstroms und/oder einer Betriebsspannung der elektrischen Maschine aufweist, in Abhängigkeit derer dann die Drehzahl des Abgasturboladers ermittelbar ist beziehungsweise ermittelt wird, wie vorstehend beschrieben.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
Figur 1 eine Abgasturboladereinrichtung in einer vereinfachten Darstellung und Figur 2 ein Verfahren zum Betreiben der Abgasturboladereinrichtung als
Flussdiagramm.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Abgasturboladereinrichtung 1, die einen Abgasturbolader 2, eine elektrische Maschine 3 sowie ein
Steuergerät 4 aufweist. Der Abgasturbolader 2 weist eine Turbine 5 und einen
Verdichter 6 auf, die durch eine Laderwelle 7 drehfest miteinander verbunden sind. Der Laderwelle 7 zwischen Turbine 5 und Verdichter 6 ist außerdem die elektrische Maschine 3 zugeordnet, wobei insbesondere ein Rotor der elektrischen Maschine 3 drehfest auf der Laderwelle 7 angeordnet ist, und ein Stator gehäusefest in einem Gehäuse des Turboladers 2. Gemäß einem alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrische
Maschine 3 auf der von der Turbine 5 abgewandten Seite des Verdichters 6 auf der Laderwelle 7 angeordnet. In jedem Fall ist die elektrische Maschine 3 mit der Laderwelle 7 drehgekoppelt, sodass die elektrische Maschine 3 entweder durch die Laderwelle 7 angetrieben wird oder die Laderwelle 7 in einem motorischen Betrieb antreibt.
Der Turbine 5 wird ein Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs zugeführt, wodurch die Turbine 5 angetrieben wird, die wiederum den Verdichter 6 antreibt, welcher im Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine liegt und dadurch der Brennkraftmaschine verdichtete
Frischluft zuführt. Durch das motorische Betreiben der elektrischen Maschine 3 kann die Drehzahl des Abgasturboladers 2 unabhängig vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine erhöht werden, um beispielsweise auf einer niedrigen Drehzahl in kurzer Zeit ein hohes Drehmoment zur Verfügung zu stellen. In höheren Drehzahlbereichen, insbesondere in einem quasi-stationären
Lastbereich der Brennkraftmaschine wird die elektrische Maschine 3 durch das Steuergerät 4 hingegen bevorzugt generatorisch betrieben, um aus dem
Abgasstrom elektrische Energie zurück zu gewinnen und beispielsweise einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs zuzuführen.
Mit Bezug auf Figur 2 soll im Folgenden ein vorteilhaftes Verfahren zum
Betreiben der elektrischen Maschine 3 vorgestellt werden, das von dem
Steuergerät 4 durchgeführt wird. Das Verfahren beginnt in Schritt Sl mit der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs, das die Abgasturboladereinrichtung 1 aufweist. In einem Schritt S2 wird abgefragt, ob eine aktuelle Drehzahl des
Abgasturboladers 2 größer oder gleich einer vorgebbaren Grenzdrehzahl ist. Die Grenzdrehzahl ist dabei in Abhängigkeit von der konstruktiven Ausgestaltung des Abgasturboladers 2 derart gewählt, dass im Drehzahlbereich unterhalb der Grenzdrehzahl ein sicherer Betrieb des Abgasturboladers ohne mögliche Schäden, beispielsweise durch Leckage der Ladeluftleitung, ein verschmutzter
Luftfilter oder dergleichen, entstehen können. Wird im Schritt S2 erkannt, dass die aktuelle Drehzahl kleiner ist als die vorgegebene Grenzdrehzahl (n), so wird zu einem Schritt S3 zurückverwiesen, in welchem die elektrische Maschine 3 in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung und/oder des Drehzahlbereichs, wie zuvor beschrieben, betrieben wird. Anschließend wird mit Schritt S2 weitergegangen.
Ergibt die Anfrage im Schritt S2 jedoch, dass die aktuelle Drehzahl des
Abgasturboladers 2 die vorgegebene Grenzdrehzahl überschreitet (j), wird in einem Schritt S4 weiterverfahren. In diesem wird ein Notbetrieb der elektrischen Maschine 3 eingeleitet, in welchem die elektrische Maschine 3 durch das
Steuergerät 4 in einen generatorischen Betrieb geschaltet wird, um das
Überschreiten der Grenzdrehzahl zu vermeiden. Durch den generatorischen (Not-) Betrieb bremst die elektrische Maschine 3 den Abgasturbolader 2 aus und verringert dadurch die aktuelle Drehzahl, insbesondere bis diese unter die Grenzdrehzahl fällt. Gegebenenfalls werden elektrische Verbraucher
hinzugeschaltet, welche die beim generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie verbrauchen, um eine höhere Bremsleistung erzielen zu können.
Ansonsten wird die erzeugte elektrische Energie dem zuvor bereits genannten Energiespeicher zugeführt. Bevorzugt wird das Auftreten des Notbetriebs in einem Fehlerspeicher des Steuergeräts 4 abgelegt. Anschließend wird wieder zum Schritt S3 zurückgegangen.
Alternativ oder zusätzlich zur Überwachung der Drehzahl ist es vorgesehen, dass ein Drehzahlgradient des Abgasturboladers 2 überwacht wird. Ist der
Drehzahlgradient kleiner als ein vorgebbarer Grenzdrehzahlgradient, so wird im
Schritt S3 weiterverfahren. Übersteigt jedoch der Drehzahlgradient die
Grenzdrehzahl, so wird geprüft, ob die Drehzahl grundsätzlich oberhalb einer vorgebbaren Mindestdrehzahl und unterhalb einer vorgebbaren
Drehzahlschwelle liegt, die unterhalb der Grenzdrehzahl liegt. In diesem Bereich, der insgesamt unterhalb der Grenzdrehzahl liegt, kann der Drehzahlgradient dazu führen, dass der Abgasturbolader überlastet wird. Bei besonders niedrigen Drehzahlen, spielt ein hoher Drehzahlgradient jedoch keine Rolle, weil hohe Drehzahlen gegebenenfalls in einer kurzen zulässigen Zeitdauer nicht erreicht werden können. Daher wird der Drehzahlbereich, innerhalb dessen der
Drehzahlgradient überwacht wird, auf den Drehzahlbereich zwischen der
Drehzahlschwelle und der Mindestdrehzahl begrenzt, wobei die Mindestdrehzahl derart hoch gewählt wird, dass unterhalb der Mindestdrehzahl auch ein hoher Drehzahlgradient nicht zu einer Beschädigung des Abgasturboladers oder eine Überlastung des Abgasturboladers 2 führen kann. Liegt die Drehzahl nun in dem Bereich zwischen Drehzahlschwelle und Mindestdrehzahl, und ist der
Drehzahlgradient größer oder gleich dem Grenzdrehzahlgradient, so wird die elektrische Maschine wie zuvor beschrieben generatorisch betrieben, um den Abgasturbolader 2 abzubremsen.
Die Drehzahl und der Drehzahlgradient werden vorzugsweise mittels eines Drehzahlsensors 8 erfasst, der der Laderwelle 7 zugeordnet ist, wie in Figur 1 gezeigt. Optional wird auf den Drehzahlsensor 8 verzichtet und stattdessen werden Werte des Steuergeräts 4 verwendet, die zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 ohnehin zur Verfügung stehen. Insbesondere wird im Steuergerät 4 laufend die Betriebsspannung und/oder der Betriebsstrom überwacht, um eine optimal Kommutierung der elektrischen Maschine 3 zu gewährleisten. Aus Betriebsspannung und/oder Betriebsstrom lässt sich in bekannter Weise die Drehzahl ermitteln und für das zuvor beschriebene Verfahren verwenden. In diesem Fall kann dann auf den Drehzahlsensor 8 verzichtet werden, was neben Bauraumvorteilen auch Kostenvorteile mit sich bringt.
Die oben genannten Kriterien können auch mit weiteren Kriterien verknüpft werden. So wird beispielsweise der Abgasturbolader 2 auf Fehlfunktionen, insbesondere auf Fehlfunktion im Ladedruckregelkreis, im Ladedruckbeziehungsweise Luftmassensensor, oder in einem Aktuator des
Abgasturboladers, der beispielsweise ein Waste-Gate oder eine
Turbinengeometrie betätigt, überwacht, und in Abhängigkeit von einer erfassten Fehlfunktion die elektrische Maschine 3 in den generatorischen Notbetrieb geschaltet. Dadurch kann auch bereits im Vorfeld eine sich abzeichnende beziehungsweise drohende Überdrehzahl oder Überlastung des
Abgasturboladers 2 rechtzeitig erkannt und die Gegenmaßnahme, also der Notgeneratorbetrieb der elektrischen Maschine 3, eingeleitet werden, sodass eine Überdrehzahlsituation erst gar nicht eintreten kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers (2), der eine ansteuerbare elektrische Maschine (3) aufweist, die mit einer Laderwelle (7) drehgekoppelt ist und in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung motorisch oder generatorisch betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Laderwelle (7) überwacht wird, und dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenzdrehzahl und/oder eines vorgebbaren
Grenzdrehzahlgradienten die elektrische Maschine (3) zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) derart generatorisch betrieben wird, dass die Drehzahl der Laderwelle die Grenzdrehzahl oder den Grenzdrehzahlgradienten nicht oder nur kurzzeitig überschreitet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) generatorisch betrieben wird, wenn der Grenzdrehzahlgradient unterhalb einer vorgebbaren
Drehzahlschwelle liegt, die unterhalb der Grenzdrehzahl und oberhalb einer vorgebbaren Mindestdrehzahl liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (2) auf Fehlfunktionen überwacht wird, und dass die elektrische Maschine (3) bei Erfassen einer Fehlfunktion generatorisch betrieben wird, um die Grenzdrehzahl oder eine in Abhängigkeit der erfassten Fehlfunktion vorgegebene Sicherheitsdrehzahl nicht zu
überschreiten.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Abgasturboladers (2) mittels zumindest einem, insbesondere der Laderwelle (7) zugeordneten Drehzahlsensors (8) überwacht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Abgasturboladers (2) in Abhängigkeit von einem Betriebsstrom und/oder einer Betriebsspannung der elektrischen Maschine ermittelt wird.
7. Steuergerät (4) zum Betreiben eines Abgasturboladers (2), der einen Verdichter (6) und eine mit dem Verdichter (6) durch eine Laderwelle (7) verbundene Turbine (5) sowie eine mit der Laderwelle (7) drehgekoppelte elektrische Maschine (3) aufweist, die generatorisch oder motorisch betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
8. Abgasturboladereinrichtung (1) mit zumindest einem Abgasturbolader (2), der einen Verdichter und einen mit dem Verdichter (6) durch eine Laderwelle (7) verbundene Turbine (5) aufweist, und mit einer mit der Laderwelle (7) drehgekoppelten elektrische Maschine (3), die generatorisch oder motorisch betreibbar ist, gekennzeichnet durch das Steuergerät (4) nach Anspruch 7 zum Ansteuern der elektrischen Maschine.
9. Abgasturboladereinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen der Laderwelle (7) zugeordneten Drehzahlsensor (8).
10. Abgasturboladereinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen eines Betriebsstroms und/oder einer Betriebsspannung der elektrischen Maschine (3).
PCT/EP2018/072611 2017-09-18 2018-08-22 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasturboladers, abgasturboladereinrichtung WO2019052792A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017216510.3 2017-09-18
DE102017216510.3A DE102017216510A1 (de) 2017-09-18 2017-09-18 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers, Abgasturboladereinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019052792A1 true WO2019052792A1 (de) 2019-03-21

Family

ID=63452617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/072611 WO2019052792A1 (de) 2017-09-18 2018-08-22 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasturboladers, abgasturboladereinrichtung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017216510A1 (de)
WO (1) WO2019052792A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0385622A1 (de) * 1989-02-27 1990-09-05 Isuzu Motors Limited Energiezurückgewinnungssystem für Kraftfahrzeuge
US6557347B1 (en) * 2002-10-31 2003-05-06 General Electric Co. Methods and apparatus for controlling peak firing pressure for turbo-charged diesel engines
WO2015067845A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-14 Wärtsilä Finland Oy A combustion engine having two turbochargers connected in series and a method for operating this engine
EP3061954A1 (de) * 2015-02-28 2016-08-31 MAN Truck & Bus AG Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines antriebssystems eines kraftfahzeugs mit einer aufgeladenen brennkraftmaschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0385622A1 (de) * 1989-02-27 1990-09-05 Isuzu Motors Limited Energiezurückgewinnungssystem für Kraftfahrzeuge
US6557347B1 (en) * 2002-10-31 2003-05-06 General Electric Co. Methods and apparatus for controlling peak firing pressure for turbo-charged diesel engines
WO2015067845A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-14 Wärtsilä Finland Oy A combustion engine having two turbochargers connected in series and a method for operating this engine
EP3061954A1 (de) * 2015-02-28 2016-08-31 MAN Truck & Bus AG Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines antriebssystems eines kraftfahzeugs mit einer aufgeladenen brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017216510A1 (de) 2019-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112008001715B4 (de) Brennkraftmaschinensteuersystem für Baumaschine
EP2237986B1 (de) Verfahren zum betreiben eines elektrischen netzwerks, insbesondere eines kraftfahrzeugs
DE102005007781B4 (de) Verfahren und Anordnung zum schnellen Aufbau des Systemdrucks im Kühlmittelkreislauf von Brennkraftmaschinen
EP2580444B1 (de) Lader für verbrennungsmotoren
DE102012010348A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eineselektrischen Stellantriebes für eineWastegate-Ventilanordnung eines Abgasturboladers
DE102016106963A1 (de) Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102007037357A1 (de) Bremssystem und Bremsverfahren eines Fahrzeugs
EP3061954B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines antriebssystems eines kraftfahzeugs mit einer aufgeladenen brennkraftmaschine
WO2021139936A1 (de) Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
AT514577B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer mit einem Generator gekoppelten Brennkraftmaschine
DE102014211393A1 (de) Geschwindigkeitskontrolleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb
EP3924608A1 (de) Verfahren zum betreiben eines abgasturboladers
DE102019219997A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Luftverdichtungssystems für ein Brennstoffzellensystem, Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens
WO2019052792A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasturboladers, abgasturboladereinrichtung
WO2012152550A1 (de) Verfahren zum betreiben eines hybridfahrzeuges und hybridfahrzeug
DE102014019640A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102015208374A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs in einem Kraftfahrzeug mit regenerationsfähigem Katalysator
EP2324231B1 (de) Druckpumpenvorrichtung für ein hybridfahrzeug
EP1519025B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE10202111A1 (de) Verfahren zur Diagnose eines elektrisch angetriebenen Verdichters
DE102015220850A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, Antriebsvorrichtung
DE102011081946A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor
DE102015214039A1 (de) Verfahren und Steuervorrichtung zum Betreiben einer Antriebsanordnung
DE102018201376A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Regelung eines Verdichters für eine Brennkraftmaschine
AT514073B1 (de) Verfahren zur Verwendung eines Generatorensets

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18762790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18762790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1