DE102017222064A1 - Steuersystem eines elektrischen Turboladers und Steuerverfahren dafür - Google Patents

Steuersystem eines elektrischen Turboladers und Steuerverfahren dafür Download PDF

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Abstract

Ein elektrisches Turboladersystem für ein Hybridfahrzeug wird offenbart. Das elektrische Turboladersystem umfasst einen Turbolader zum Komprimieren von externer Luft unter Verwendung von Energie von Abgas von einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine, einen Ladeluftkühler, der die von dem Turbolader zugeführte komprimierte Luft kühlt; und einen elektrischen Turbolader, um die komprimierte Luft von dem Ladeluftkühler weiter zu komprimieren. Das Turboladersystem ist konfiguriert, um wenigstens einen Teil des Abgases des Abgasrohrs zu dem Ansaugrohr zurückzuführen und Energie des Abgases zum Erzeugen von Elektrizität zum Laden einer Batterie des hybriden Fahrzeugs umzuwandeln.

Description

  • HINTERGRUND
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein elektrisches Turboladersystem für ein Hybridfahrzeug.
  • Beschreibung des verwandten Sachstandes
  • Allgemein vermischt ein Fahrzeug Luft und Kraftstoff nach Ansaugung von externer Luft und liefert ein Gemisch aus der Luft und dem Kraftstoff an die Maschine. Die Maschine verbrennt das Gemisch aus dem Kraftstoff und der Luft, um eine Energie bzw. Kraft zum Antreiben des Fahrzeugs zu erhalten.
  • Der gewünschte Ausgang und der Verbrennung-Wirkungsgrad der Maschine werden nur dadurch erhalten, dass zur Verbrennung während der Erzeugung der Energie zum Antreiben der Maschine die externe Luft ausreichend zugeführt wird. Um den Verbrennungswirkungsgrad der Maschine zu erhöhen und den Ausgang der Maschine zu verbessern ist auf das Fahrzeug ein Turbolader zum Verdichten und zum Zuführen von Luft zur Verbrennung angewendet wurden.
  • Die obige Information, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung. Die Anmelderin weist darauf hin, dass dieser Abschnitt Information enthalten kann, die vor der Anmeldung verfügbar war. Durch Bereitstellen dieses Abschnitts räumt die Anmelderin jedoch nicht ein, dass irgendwelche Information, die in diesem Abschnitt enthalten ist, den Stand der Technik bildet.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Turbolader ist konfiguriert, um Luft, die an die Maschine geführt wird, durch Verwendung eines Drucks des Abgases, das von der Maschine abgegeben wird, zu komprimieren. Bei der Komprimierung der Einlassluft (Ansaugluft) nur durch Verwendung des Drucks des Abgases im Ansprechen auf eine Antriebsbedingung des Fahrzeugs und beim Zuführen der komprimierten Luft an die Maschine gibt es Beschränkungen.
  • Ein elektrischer Turbolader, der die Einlassluft durch Antreiben eines Kompressors unter Verwendung eines getrennten elektrischen Motors komprimiert und zugeführt, ist auf das Fahrzeug angewendet worden. Um jedoch eine Turboaufladung durch Verwendung des elektrischen Turboladers auszuführen, muss die Energie der Batterie verwendet werden. Wenn ein Antriebsdrehmoment der Maschine verwendet wird, um die Energie der Batterie zu laden, kann ein Kraftstoffwirkungsgrad des Fahrzeugs verringert werden.
  • Um einen Verlust eines Kraftstoffverbrauchs zu reduzieren kann es nützlich sein den elektrischen Turbolader in einer anderen Weise zu verwenden, wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs nicht eine Turboaufladungsbedingung ist.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick darauf durchgeführt, um ein Steuersystem für einen elektrischen Turbolader und ein Steuerverfahren für dieses bereitzustellen, die Vorteile zum Ausführen einer zusätzlichen Turboaufladung an einer Maschine, ein Laden einer Hochspannungsbatterie unter Verwendung einer Abgasenergie, oder zum Zuführen eines EGR Gases mit hohem Druck, durch eine abgestimmte Steuerung des elektrischen Turboladers und eines Dreiwegventils im Ansprechen auf eine Antriebsbedingung verwendet wird, wodurch der Wirkungsgrad mehr verbessert wird und das EGR Gas effizienter als der verwandte Sachstand zugeführt wird.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Steuersystem für einen elektrischen Turbolader bereit, umfassend: eine ein Ansaugrohr, das Ansaugluft empfängt; ein Abgasrohr, das Abgas von einer Verbrennungskammer sammelt und das gesammelte Abgas nach außen führt; einen Turbolader, der externe Luft unter Verwendung von Energie des Abgases von der Abgasleitung verwendet und die komprimierte externe Luft an das Ansaugrohr führt; einen Ladeluftkühler, der die komprimierte Luft kühlt, die von dem Turbolader an das Ansaugrohr geliefert wird; und einen elektrischen Turbolader, der die komprimierte Luft, die durch den Ladeluftkühler strömt, mehr komprimiert, einen Teil des Abgases von dem Abgasrohr an das Ansaugrohr zurückgeführt, oder die Energie des Abgases von dem Abgasrohr zum Erzeugen von Elektrizität umwandelt.
  • Das Steuersystem kann ferner umfassen: eine erste Abgasleitung, die das Abgasrohr mit dem Turbolader verbindet; eine Turboladungsleitung, die den Ladeluftkühler mit dem Ansaugrohr verbindet; eine erste Abzweigungsleitung, die von einem ersten Punkt der ersten Abgasleitung abgezweigt ist, um an einem ersten Punkt der Turboladerleitung verbunden zu sein; eine zweite Abzweigungsleitung, die von einem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung abgezweigt ist, um an einem zweiten Punkt der Turboladerleitung verbunden zu sein; und eine dritte Abzweigungsleitung, die die erste Abzweigungsleitung mit der zweiten Abzweigungsleitung verbindet und mit dem elektrischen Turbolader versehen ist, wobei der erste Punkt der ersten Abgasleitung näher zu dem Abgasrohr als der zweite Punkt der ersten Abgasleitung sein kann, und der erste Punkt der Turboladerleitung näher zu dem Ansaugrohr als der zweite Punkt der Turboladerleitung sein kann.
  • Das Steuersystem kann einen Hochdruck-Abgasrückführungs(EGR)-Kühler umfassen, der das zurückgeführte Abgas kühlt und das gekühlte zurückgeführte Abgas an den elektrischen Turbolader liefert.
  • Das Steuersystem kann ferner umfassen: ein Ein/Aus-Ventil, welches zwischen dem ersten Punkt der ersten Abgasleitung und dem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung angeordnet ist und die erste Abgasleitung öffnet/schließt; ein Umgehungsventil, das zwischen den ersten Punkt der Turboladerleitung und den zweiten Punkt der ersten Abgasleitung angeordnet ist, um die Turboladerleitung zu öffnen/zu schließen; ein erstes Steuerventil, das die erste Abzweigungsleitung mit der dritten Abzweigungsleitung verbindet, ein zweites Steuerventil, welches die zweite Abzweigungsleitung mit der dritten Abzweigungsleitung verbindet; und einen Controller, der die Ventile und den elektrischen Turbolader steuert.
  • In der Turboaufladungsbedingung kann das ein/aus Ventil offen sein, das Umgehungsventil kann unterbrochen sein, das zweite Steuerventil kann gesteuert werden, um den Ladeluftkühler mit dem elektrischen Turbolader zu verbinden, und das erste Steuerventil kann gesteuert werden, um den elektrischen Turbolader mit dem Ansaugrohr zu verbinden.
  • In einer Batterieladebedingung kann das offene Ventil unterbrochen sein, das Umgehungsventil kann offen sein, das erste Steuerventil gesteuert werden, um das Abgasrohr mit dem elektrischen Turbolader zu verbinden, und das zweite Steuerventil gesteuert werden, um den elektrischen Turbolader mit dem Turbolader zu verbinden.
  • In der EGR (Abgasrückführungs-)Zuführungsbedingung kann das ein/aus Ventil offen sein, das Umgehungsventil kann offen sein, das zweite Steuerventil kann gesteuert werden, um das Abgasrohr mit dem elektrischen Turbolader zu verbinden, und das erste Steuerventil gesteuert werden, um den elektrischen Turbolader mit dem Ansaugrohr zu verbinden.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuerverfahren für ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers mit einem Ansaugrohr, einem Abgasrohr, welches Abgas nach außen führt, einem Turbolader, der externe Luft unter Verwendung von Energie des Abgases komprimiert und die komprimierte externe Luft an das Ansaugrohr führt, einem Ladeluftkühler, der die von dem Turbolader an das Ansaugrohr zugeführte komprimierte Luft kühlt, einem elektrischen Turbolader, der die durch den Ladeluftkühler strömende komprimierte Luft weiter komprimiert, einen Teil des Abgases von dem Abgasrohr an das Ansaugrohr zurückführt, oder die Energie des Abgases von dem Abgasrohr zum Erzeugen von Elektrizität umwandelt, einem Hochdruck-EGR-Kühler, der das zurückgeführte Abgas kühlt und das gekühlte zurückgeführte Abgas an den elektrischen Turbolader zuführt, und einem Controller, der einen Fluss des Abgases oder der externen Luft steuert, bereit, wobei das Steuerverfahren umfasst: Bestimmen einer Antriebsbedingung eines Fahrzeugs; und Steuern eines Flusses des Abgases oder der externen Luft im Ansprechen auf eine Fahr- bzw. Antriebsbedingung des Fahrzeugs.
  • Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine Turboaufladungsbedingung bei der Bestimmung der Antriebsbedingung des Fahrzeugs ist, kann das Steuern des Flusses des Abgases oder der externen Luft umfassen: Turboaufladung der externen Luft durch Zuführen des Abgases an den Turbolader; Kühlen der turboaufgeladenen externen Luft durch den Ladeluftkühler; Zuführen der gekühlten externen Luft an den elektrischen Turbolader; zusätzliches Turboaufladen der externe Luft von dem elektrischen Turbolader; und Zuführen der zusätzlich turboaufgeladenen externen Luft an das Ansaugrohr.
  • Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine Batterieladebedingung bei dem Bestimmen der Antriebsbedingung des Fahrzeugs ist, kann das Steuern des Flusses des Abgases oder der externen Luft umfassen: Erzeugen von Elektrizität durch Umwandeln von Energie des Abgases durch Zuführen des Abgases an den elektrischen Turbolader; Turboaufladen der externen Luft durch Zuführen des Energie-umgewandelten Abgases an den Turbolader; Kühlen der turboaufgeladenen externen Luft durch den Ladeluftkühler; und Zuführen der gekühlten externen Luft an das Ansaugrohr.
  • Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine EGR Rückführungsbedingung bei dem Bestimmen der Antriebsbedingung des Fahrzeugs ist, kann das Steuern des Flusses des Abgases oder der externe Luft umfassen: Turboaufladen der externen Luft durch Zuführen eines Teils des Abgases von dem Abgasrohr an den Turbolader; Kühlen der turboaufgeladenen externen Luft durch den Ladeluftkühler; und Zuführen der gekühlten externen Luft an das Ansaugrohr, und kann ferner ein Zuführen eines anderen Teils des Abgases von dem Abgasrohr an den Hochdruck-EGR-Kühler, um gekühlt zu werden; ein Zuführen des gekühlten Abgases an den Turbolader; ein Turboaufladen des Abgases durch den Turbolader; und ein Zuführen turboaufgeladenen Abgases an das Ansaugrohr umfassen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zusätzlichen Turboaufladung an der Maschine ausgeführt werden, die Hochspannungsbatterie kann unter Verwendung der Abgasenergie geladen werden oder das Hochdruck-EGR-Gas kann durch die abgestimmte Steuerung des elektrischen Turboladers und des Dreiwegventils im Ansprechen auf die Antriebsbedingung geladen werden, wodurch der Energiewirkungsgrad weiter verbessert und das EGR Gas effizienter als der verwandte Sachstand zugeführt wird.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 ein Blockschaltbild, welches schematisch ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt; und
    • 2 bis 4 Blockschaltbilder, die schematisch ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers und ein Steuerverfahren für diesen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung sind nur bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden, einfach im Wege einer Illustration. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden realisieren, dass die beschriebenen Ausführungsformen in verschiedenen unterschiedlichen Vorgehensweisen modifiziert werden können, wobei all diese von dem Grundgedanken oder dem Umfang der vorliegenden Erfindung nicht abweichen.
  • Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das ein elektrisches Turboladersystem aufweist, bereit. Wie in 1 gezeigt weist ein Hybridfahrzeug ein Dreiwegventil 70 auf, welches konfiguriert ist, um eine Fluidkommunikation zwischen zwei gewählten von der Luftansaugung 10 einer Brennkraftmaschine, einem Gasauslass 20 der Maschine und einem elektrischen Turbolader 50 zu verbinden oder zu trennen. Das Fahrzeug umfasst ein zweites Dreiwegventil 72, welches konfiguriert ist, um eine Fluidkommunikation zwischen zwei gewählten von dem EGR Kühler 60, dem Ladeluftkühler 40 und dem elektrischen Turbolader 50 zu verbinden oder zu trennen.
  • Um das elektrische Turboladersystem in unterschiedlichen Betriebsmoden zu betreiben, steuert wenigstens ein Controller 90 des Fahrzeugs die Dreiwegventile 70, 72, das Ventil 24, welches konfiguriert ist, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Abgasrohr 20 und dem Turbolader 30 zu verbinden/zu trennen, und ein Ventil 44, welches konfiguriert ist, eine Fluidkommunikation zwischen dem Ansaugrohr 20 und dem Ladeluftkühler 40 zu verbinden/zu trennen.
  • In Ausführungsformen arbeiten in einem ersten Betriebsmodus zum Zuführen von einem turboaufgeladenen Einlass an eine Maschine (2) die Ventile 70, 72, 24, 44 derart, dass das Abgas von der Maschine sich zu dem Abgasrohr und dann an den Turbolader bewegt. Das Abgas wird von dem Fahrzeug über die Abgasleitung 32 nach außen abgegeben. In Ausführungsformen wird in dem ersten Betriebsmodus Abgas nicht an dem EGR Kühler 60 gekühlt oder an das Ansaugrohr zugeführt. In Ausführungsformen wird in dem ersten Betriebsmodus Luft, welche durch den Turbolader und den Ladeluftkühler geströmt ist, an dem Turbolader unter Verwendung von Energie von der Batterie weiter komprimiert. In Ausführungsformen arbeiten in einem zweiten Betriebsmodus zum Laden der Batterie 92 unter Verwendung des Turboladers (3) die Ventile derart, dass das Abgas von der Maschine sich durch das Abgasrohr, den Turbolader, den EGR Kühler und den Turbolader in dieser Reihenfolge bewegt. Dann wird das Abgas über die Abgasleitung 32 abgegeben. In Ausführungsformen strömt in dem zweiten Betriebsmodus Abgas durch den EGR Kühler 60, wird aber nicht an das Ansaugrohr zugeführt.
  • In Ausführungsformen arbeiten in einem dritten Betriebsmodus zum Laden der Batterie 92 unter Verwendung des Turboladers (3) die Ventile 70, 72, 24, 44 (1) derart, dass ein erster Teil des Abgases von der Maschine sich von dem Abgasrohr direkt an den Turbolader bewegt, und (2) derart, dass ein zweiter Teil des Abgases sich durch das Abgasrohr, den EGR Kühler, den Turbolader und das Ansaugrohr in dieser Reihenfolge bewegt. In Ausführungsformen wird wenigstens ein Teil des Abgases an die Maschine über den EGR Kühler 60 und den Turbolader zurückgeführt.
  • In Ausführungsformen ist der ersten Betriebsmodus zum Erzeugen von mehr Drehmoment im Ansprechen auf ein Niederdrücken eines Gaspedals durch den Fahrer vorgesehen. Der zweite Betriebsmodus ist zum Laden der Batterie vorgesehen, wenn das Gaspedal nicht gedrückt wird und das Fahrzeug rollt. Der zweite Betriebsmodus ist zum Zurückführen von Abgas von der Maschine an die Ansaugrohre vorgesehen.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Bezugnehmend auf 1 umfasst ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers ein Ansaugrohr 10, welches Ansaugluft empfängt, ein Abgasrohr 20, welches Abgas von einer Verbrennungskammer sammelt und das gesammelte Abgas nach außen führt, einen Turbolader 30, der externe Luft unter Verwendung der Energie des Abgases von dem Abgasrohr 20 komprimiert und die komprimierte externe Luft an das Ansaugrohr 10 liefert, einen Ladeluftkühler 40, der die von dem Turbolader 30 an das Ansaugrohr 10 zugeführte komprimierte Luft kühlt, und einen elektrischen Turbolader 50, der die durch den Ladeluftkühler 40 fließende komprimierte Luft weiter komprimiert, einen Teil des Abgases von dem Abgasrohr 20 an das Ansaugrohr 10 zurückgeführt, oder die Energie des Abgases von dem Abgasrohr 20 zum Erzeugen von Elektrizität umwandelt.
  • Das Abgasrohr 20 ist mit dem Turbolader 30 über eine erste Abgasleitung 22 verbunden, und das Abgas, welches in den Turbolader 30 eingeleitet wird, versieht den Turbolader 30 mit Energie und wird dann über eine zweite Abgasleitung 32, die mit dem Turbolader 30 verbunden ist, abgegeben.
  • Der Turbolader 30 ist mit einer ersten Ansaugleitung 34 verbunden, um die externe Luft von außen zu empfangen, und die eingeleitete externe Luft wird in den Ladeluftkühler 40 über eine zweite Ansaugleitung 36, die den Turbolader 30 und den Ladeluftkühler 40 verbindet, eingeleitet.
  • Der Ladeluftkühler 40 ist mit dem Ansaugrohr 10 über eine Turboaufladungsleitung 42 verbunden.
  • An einem ersten Punkt der ersten Abgasleitung 22 ist eine erste Abzweigungsleitung 80 abgezweigt, um mit einem ersten Punkt der Turboaufladungsleitung 42 verbunden zu sein, an einem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung 22 ist die zweite Abzweigungsleitung 82 abgezweigt, um mit der Turboaufladungsleitung 42 verbunden zu sein, die erste Abzweigungsleitung 80 und die zweite Abzweigungsleitung 82 sind über eine dritte Abzweigungsleitung 84 miteinander verbunden, und die dritte Abzweigungsleitung 84 ist mit dem elektrischen Turbolader 50 verbunden. Hierbei ist der erste Punkt der ersten Abgasleitung 22 näher zu dem Abgasrohr 20 als der zweite Punkt der ersten Abgasleitung 22, und der erste Punkt der Turboaufladungsleitung 42 ist näher zu dem Ansaugrohr 10 als der zweite Punkt der Turboaufladungsleitung 42.
  • Auf der zweiten Verzweigungsleitung 82 ist ein Hochdruck-Abgasrückführung (EGR)-Kühler, der zurückgeführtes Abgas kühlt und das gekühlte Abgas an den elektrischen Turbolader 50 zuführt, zwischen der ersten Abgasleitung 22 und der zweiten Abgasleitung angeordnet.
  • Das ein/aus Ventil 24 ist zwischen dem ersten Punkt der ersten Abgasleitung 22 und dem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung 22 angeordnet, um die erste Abgasleitung 22 zu öffnen/zu schließen.
  • Ein erstes Abzweigungsventil 44 ist zwischen dem ersten Punkt der Turboaufladungsleitung 42 und dem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung 22 angeordnet, um die Turboaufladungsleitung 42 zu öffnen/zu schließen.
  • Die erste Abzweigungsleitung 80 und die dritte Abzweigungsleitung 84 sind miteinander über ein erstes Steuerventil 70 verbunden, und die zweite Abzweigungsleitung 82 und die dritte Abzweigungsleitung 84 sind miteinander über ein zweites Steuerventil 72 verbunden.
  • Das ein/aus Ventil 24, das Umgehungsventil 44, das erste Steuerventil 70, das zweite Steuerventil 72 und der elektrische Turbolader 50 werden von einem Controller 90 gesteuert.
  • Der Controller 90 bestimmt eine Antriebsbedingung eines Fahrzeugs und steuert das ein/aus Ventil 24, das Umgehungsventil 44, das erste Steuerventil 70 und das zweite Steuerventil 72, um den Fluss des Abgases oder der externen Luft im Ansprechen auf die Antriebsbedingung des Fahrzeugs zu steuern.
  • Die Antriebsbedingung des Fahrzeugs umfasst eine Turboaufladungsbedingung, eine Batterieladebedingung, eine EGR Zuführungsbedingung oder dergleichen.
  • Die Antriebsbedingung des Fahrzeugs kann in Übereinstimmung mit einem Antriebsmodus (ECO Modus, normaler Modus, Sportmodus oder dergleichen) eines Fahrzeugs, einem Steuermodus (DPF Spielmodus, Schwefeloxid-Reduktionsmodus oder dergleichen) einer Maschine oder anderen Antriebsbedingungen (einer transienten Periode oder dergleichen) bestimmt werden.
  • Der elektrische Turbolader 50 ist mit einer Hochspannungsbatterie 92 verbunden, um mit Energie der Hochspannungsbatterie 92 angetrieben zu werden, und die Hochspannungsbatterie 92 ist mit einer Niederspannungsbatterie 96 über einen Wandler 94 verbunden, um mit Energie der Niederspannungsbatterie 96 geladen zu werden. In Ausführungsformen ist die Hochspannungsbatterie 92 eine Hauptbatterie des hybriden Fahrzeugs zum Zuführen von Energie an einen Radantriebsmotor.
  • 2 ist ein Blockschaltbild, welches ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers und ein Steuerverfahren für diesen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
  • Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine Turboaufladungsbedingung ist, dann ist das ein/aus Ventil 24 offen, dass Umgehungsventil 44 ist unterbrochen, das zweite Steuerventil 72 wird so gesteuert, dass der Ladeluftkühler 40 mit dem elektrischen Turbolader 50 verbunden ist, und das erste Steuerventil 70 wird so gesteuert, dass der elektrische Turbolader 50 mit dem Ansaugrohr 10 verbunden ist.
  • In diesem Fall wird das Abgas von dem Abgasrohr 20 an den Turbolader 30 geliefert, um Energie zur Turboaufladung der externen Luft zuzuführen (S11), die turboaufgeladene externe Luft wird durch den Ladeluftkühler 40 gekühlt (S12), die gekühlte externe Luft wird zusätzlich über den elektrischen Turbolader 50 aufgeladen (S13), und die zusätzlich aufgeladene (verdichtete) Luft wird an das Ansaugrohr 10 zugeführt (S14).
  • In dieser Weise kann erwartet werden einen mehr und mehr starken Maschinenausgang zu erhalten, indem die zusätzliche Turboaufladung unter Verwendung des elektrischen Turboladers 50 ausgeführt wird. 3 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers 50 und ein Steuerverfahren für dieses in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
  • Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs die Batterieladebedingung ist, dann wird das ein/aus Ventil 24 unterbrochen, das Umgehungsventil 44 ist offen, das erste Steuerventil 70 wird so gesteuert, dass das Abgasrohr 20 mit dem elektrischen Turbolader 50 verbunden ist, und das zweite Steuerventil 72 wird so gesteuert, dass der elektrische Turbolader 50 mit dem Turbolader 30 verbunden ist.
  • In diesem Fall wird das Abgas von dem Abgasrohr 20 an den elektrischen Turbolader 50 geliefert, der elektrische Turbolader 50 wandelt die Energie des Abgases zum Erzeugen von Elektrizität um, wodurch die Hochspannungsbatterie 92 geladen wird (S21), das Abgas, das durch den elektrischen Turbolader 50 strömt, wird an den Turbolader 30 geliefert, um die Energie zur Turboaufladung der externen Luft zuzuführen (S22), die turboaufgeladene externe Luft wird durch den Ladeluftkühler 40 gekühlt (S23) und die gekühlte externe Luft wird an das Ansaugrohr zugeführt (S24).
  • Allgemein muss zum Ausführen der Turboaufladung unter Verwendung des elektrischen Turboladers 50 die Energie der Hochspannungsbatterie 92 verwendet werden, die Hochspannungsbatterie 92 mit der Energie der Niederspannungsbatterie 96 geladen werden, und die Niederspannungsbatterie 96 wird mit einem Antriebsdrehmoment der Maschine derart geladen, das dann, wenn die Turboaufladung von dem elektrischen Turbolader 50 ausgeführt wird, ein Kraftstoffwirkungsgrad reduziert werden kann.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, wenn der elektrische Turbolader 50 durch die Energie des Abgases von dem Abgasrohr 20 umgekehrt gedreht wird. Die Hochspannungsbatterie 92 kann mit der gegenelektromotorischen Kraft geladen werden. Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs nicht eine Turboaufladungsbedingung ist, dann wird die Hochspannungsbatterie 92 von dem elektrischen Turbolader 50 geladen, so dass der Verlust des Kraftstoffverbrauchs verringert werden kann.
  • 4 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers und ein Steuerverfahren für diesen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
  • Wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine EGR Zuführungsbedingung ist, dann ist das ein/aus Ventil 24 offen, das Umgehungsventil 44 ist offen, das zweite Steuerventil 72 wird so gesteuert, dass das Abgasrohr 20 mit dem elektrischen Turbolader 50 verbunden ist, und das erste Steuerventil 70 wird so gesteuert, dass der elektrische Turbolader 50 mit dem Ansaugrohr verbunden wird.
  • In diesem Fall fließt das Abgas von dem Abgasrohr 20 entlang von zwei Pfaden.
  • Ein Teil des Abgases wird an den Turbolader 30 geliefert, um Energie zum Turboaufladen von externer Luft zuzuführen (S31), die turboaufgeladenen externe Luft wird durch den Ladeluftkühler 40 gekühlt (S32) und gekühlte externe Luft wird an das Ansaugrohr 10 geliefert (S33).
  • Ein Teil des Abgases wird durch den Hochdruck-EGR-Kühler 60 gekühlt (S35), das gekühlte Abgas wird durch den elektrischen Turbolader 50 komprimiert/turboaufgeladen (S36) und das turboaufgeladene Abgas wird an das Ansaugrohr 10 geliefert (S37).
  • Da ein Verfahren zum Steuern einer Zuführung eines Hochdruck-EGR-Gases durch den elektrischen Turbolader 50 zusammen mit dem typischen Verfahren zum Zuführen von Niederdruck-EGR-Gas verwendet wird, kann in dieser Weise das EGR Ansprechverhalten verbessert werden und die Zuführung des EGR Gases kann einfacher gesteuert werden, insbesondere kann eine große Menge des EGR Gases effizient zugeführt werden, wenn notwendig. Während diese Erfindung in Verbindung bestimmten Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die in den Grundgedanken und den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10:
    Ansaugrohr
    22:
    erste Abgasleitung
    30:
    Turbolader
    34:
    erste Ansaugleitung
    40:
    Ladeluftkühler
    20:
    Abgasrohr
    24:
    ein/aus Ventil
    32:
    zweite Abgasleitung
    36:
    zweite Ansaugleitung
    42
    Turboaufladungsleitung
    44:
    Umgehungsventil
    60:
    Hochdruck-EGR-Kühler
    72:
    zweites Steuerventil
    82:
    zweite Abzweigungsleitung
    90:
    Controller
    94:
    Wandler
    50:
    elektrischer Turbolader
    70:
    erstes Steuerventil
    80:
    erste Abzweigungsleitung
    84:
    dritte Abzweigungsleitung
    92:
    Hochspannungsbatterie
    96:
    Niederspannungsbatterie

Claims (11)

  1. Steuersystem eines elektrischen Turboladers, umfassend: ein Ansaugrohr, das Ansaugluft empfängt; ein Abgasrohr, welches Abgas von einer Verbrennungskammer sammelt und das gesammelte Abgas nach außen führt; einen Turbolader, der externe Luft unter Verwendung von Energie des Abgases von dem Abgasrohr komprimiert und die komprimierte externe Luft an das Ansaugrohr zuführt; einen Ladeluftkühler, der die komprimierte Luft, die von dem Turbolader an das Ansaugrohr geführt wird, kühlt; und einen elektrischen Turbolader, der die komprimierte Luft, die durch den Ladeluftkühler strömt, weiter komprimiert, einen Teil des Abgases von dem Abgasrohr an das Ansaugrohr zurückgeführt oder die Energie des Abgases von dem Abgasrohr zum Erzeugen von Elektrizität umwandelt.
  2. Steuersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste Abgasleitung, die das Abgasrohr mit dem Turbolader verbindet; eine Turboaufladungsleitung, die den Ladeluftkühler mit der Ansaugrohr verbindet; eine erste Abzweigungsleitung, die von einem ersten Punkt der ersten Abgasleitung abgezweigt ist, um an einem ersten Punkt der Turboaufladungsleitung verbunden zu sein; eine zweite Abzweigungsleitung, die von einem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung abgezweigt ist, um an einem zweiten Punkt der Turboaufladungsleitung verbunden zu sein; und eine dritte Abzweigungsleitung, die die erste Abzweigungsleitung mit der zweiten Abzweigungsleitung verbindet und mit dem elektrischen Turbolader verbunden ist, wobei der erste Punkt der ersten Abgasleitung näher zu dem Abgasrohr als der zweite Punkt der ersten Abgasleitung ist, und der erste Punkt der Turboaufladungsleitung näher zu dem Ansaugrohr als der zweite Punkt der Turboaufladungsleitung ist.
  3. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei: auf der zweiten Abzweigungsleitung, ein Hochdruck-Abgasrückführungs-(EGR)-Kühler, der zurückgeführtes Abgas kühlt und das gekühlte zurückgeführte Abgas an den elektrischen Turbolader zuführt, zwischen der ersten Abgasleitung und dem zweiten Steuerventil angeordnet ist.
  4. Steuersystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: ein ein/aus Ventil, das zwischen dem ersten Punkt der ersten Abgasleitung und dem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung angeordnet ist und die erste Abgasleitung öffnet/schließt; ein Umgehungsventil, welches zwischen dem ersten Punkt der Turboaufladungsleitung und dem zweiten Punkt der ersten Abgasleitung angeordnet ist, um die Turboaufladungsleitung zu öffnen/zu schließen; ein erstes Steuerventil, das die erste Abzweigungsleitung mit der dritten Abzweigungsleitung verbindet; ein zweites Steuerventil, welches die zweite Abzweigungsleitung mit der dritten Abzweigungsleitung verbindet; und einen Controller, der das ein/aus Ventil, dass Umgehungsventil, das erste Steuerventil, das zweite Steuerventil und den elektrischen Turbolader steuert.
  5. Steuersystem nach Anspruch 4, wobei: in der Turboaufladungsbedingung, das ein/aus Ventil offen ist, das Umgehungsventil unterbrochen ist, das zweite Steuerventil gesteuert wird, um den Ladeluftkühler mit dem elektrischen Turbolader zu verbinden, und das erste Steuerventil gesteuert wird, um den elektrischen Turbolader mit dem Ansaugrohr zu verbinden.
  6. Steuersystem nach Anspruch 4, wobei: in einer Batterieladebedingung, das offene Ventil unterbrochen ist, das Umgehungsventil offen ist, das erste Steuerventil gesteuert wird, um das Abgasrohr mit dem elektrischen Turbolader zu verbinden, und das zweite Steuerventile gesteuert wird, um den elektrischen Turbolader mit dem Turbolader zu verbinden.
  7. Steuersystem nach Anspruch 4, wobei: in der EGR Zuführungsbedingung, das ein/aus Ventil offen ist, das Umgehungsventil offen ist, das zweite Steuerventil gesteuert wird, um das Abgasrohr mit dem elektrischen Turbolader zu verbinden, und das erste Steuerventile gesteuert wird, um den elektrischen Turbolader mit dem Ansaugrohr zu verbinden.
  8. Steuerverfahren für ein Steuersystem eines elektrischen Turboladers mit einem Ansaugrohr, einem Abgasrohr, das Abgas nach außen führt, einem Turbolader, der externe Luft unter Verwendung von Energie des Abgases komprimiert und die komprimierte externe Luft an das Ansaugrohr liefert, einem Ladeluftkühler, der die von dem Turbolader an das Ansaugrohr zugeführte komprimierte Luft kühlt, einem elektrischen Turbolader, der die komprimierte Luft, die durch den Ladeluftkühler strömt, weiter komprimiert, einen Teil des Abgases von dem Abgasrohr an das Ansaugrohr zurückgeführt oder die Energie des Abgases von dem Abgasrohr zum Erzeugen von Elektrizität umwandelt, einem Hochdruck-EGR-Kühler, der das zurückgeführte Abgas kühlt und das gekühlte zurückgeführte Abgas an den elektrischen Turbolader zurückführt, und einen Controller, der einen Fluss von Abgas oder externer Luft steuert, wobei das Steuerverfahren umfasst: Bestimmen einer Antriebsbedingung eines Fahrzeugs; und Steuern eines Flusses von Abgas oder externer Luft Ansprechen auf die Antriebsbedingung des Fahrzeugs.
  9. Steuerverfahren nach Anspruch 8, wobei: wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine Turboaufladungsbedingung bei der Bestimmung der Antriebsbedingung des Fahrzeugs ist, die Steuerung des Flusses von Abgas oder von externer Luft umfasst: Turboaufladen der externe Luft durch Zuführen des Abgases an den Turbolader; Kühlen der turboaufgeladenen externe Luft durch den Ladeluftkühler; Führen der gekühlten externen Luft an den elektrischen Turbolader; zusätzliches Turboaufladen der externe Luft von dem elektrischen Turbolader; und Zuführen der zusätzlich turboaufgeladenen externen Luft an das Ansaugrohr.
  10. Steuerverfahren nach Anspruch 8, wobei: wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine Batterieladebedingung bei dem Bestimmen der Antriebsbedingung des Fahrzeugs ist, das Steuern des Flusses von Abgas oder von externer Luft umfasst: Erzeugen von Elektrizität durch Umwandeln von Energie des Abgases durch Zuführen des Abgases an den elektrischen Turbolader; Turboaufladen der externen Luft durch Zuführen des Abgases, das durch den elektrischen Turbolader strömt, an den Turbolader; Kühlen der turboaufgeladenen externen Luft durch den Ladeluftkühler; und Zuführen der gekühlten externen Luft an das Ansaugrohr.
  11. Steuerverfahren nach Anspruch 8, wobei: wenn die Antriebsbedingung des Fahrzeugs eine EGR Zuführungsbedingung bei der Bestimmung der Antriebsbedingung des Fahrzeugs ist, das Steuern des Flusses von Abgas oder von externer Luft umfasst: Turboaufladen der externe Luft durch Zuführen eines Teils des Abgases von dem Abgasrohr an den Turbolader; Kühlen der turboaufgeladenen externen Luft durch den Ladeluftkühler; und Zuführen der gekühlten externen Luft an das Ansaugrohr, und das Steuern des Flusses von Abgas oder externer Luft ferner umfasst: Zuführen eines anderen Teils des Abgases von dem Abgasrohr an den Hochdruck-EGR-Kühler, um gekühlt zu werden; Zuführen des gekühlten Abgases an den elektrischen Turbolader, um turboaufgeladen zu werden; und Zuführen des turboaufgeladenen Abgases an das Ansaugrohr.
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