DE102019111082A1

DE102019111082A1 - Verfahren und system zur motorsteuerung

Info

Publication number: DE102019111082A1
Application number: DE102019111082.3A
Authority: DE
Inventors: Tyler Kelly; Douglas Martin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-05-01
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2019-11-07
Also published as: US20190337504A1; US11091145B2; CN110425033A

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Verfahren und System zur Motorsteuerung bereit. Es sind Verfahren und Systeme bereitgestellt, die es ermöglichen, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu kontrollieren, ohne dass eine Systembatterie überfüllt wird. In einem Beispiel wird Bremsenergie angewendet (oder rekuperiert), indem ein negatives Moment von einem BISG angewendet wird, bis eine Systembatterie ausreichend aufgeladen worden ist. Die durch den BISG erzeugte elektrische Leistung wird daraufhin zum Betreiben eines Elektromotors zur elektrischen Aufladungsunterstützung verwendet, und die Energie wird in Form gespeicherter verdichteter Luft rekuperiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern der Abgabeleistung einer elektrisch unterstützten Aufladungsvorrichtung zum Kontrollieren der Fahrzeuggeschwindigkeit ohne Überfüllen einer Systembatterie.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motorsysteme können Aufladungsvorrichtungen zum Steigern der Abgabe von Drehmoment - und Spitzenleistung durch einen Verbrennungsmotor beinhalten. Durch Verdichten der Einlassluft erhöht die Aufladungsvorrichtung den Luftmassenstrom in den Motor, was es wiederum gestattet, dass bei jedem Zündvorgang eine größere Kraftstoffmenge verbrannt wird. Ein Beispiel für eine Aufladungsvorrichtung ist ein Turbolader, wobei ein in einem Ansaugkanal des Motors positionierter Verdichter über eine Welle mechanisch mit einer Abgasturbine gekoppelt ist. Die Turbine wird mittels Abgasenergie zum Drehen gebracht, was wiederum den Verdichter antreibt.
Turbolader können auch mit elektrischer Unterstützung ausgelegt sein, wobei ein Motorgenerator an die Welle gekoppelt ist (in dieser Schrift auch als eTurbo bezeichnet). Der eTurbo läuft typischerweise auf einer bereits vorhandenen 48V-mHEV-Architektur des Motors mit einem riemengetriebenen Startergenerator (Belt-Driven Integrated Starter Generator - BISG) mit 48 V, einer 48V-Batterie und einem 48V/12V-Gleichspannungswandler. Die elektrische Unterstützung kann eine verbesserte vorübergehende Motorreaktion bereitstellen, indem die Turboladerwelle bei Vorliegen von Bedingungen unter denen die Turbinendrehzahl (aufgrund geringer Abgasströmung) gering ist, per Motorleistung angetrieben wird, wodurch Turboverzögerungen reduziert werden. Während eines Vorgangs der Fahrzeugabbremsung kann der Elektromotor, der als Generator dient, auch zur Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden.
Eine beispielhafte Vorgehensweise zur Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit wird von Kees et al. in US 9 677 486 gezeigt. Dabei werden die Zylinderabschaltung und Nutzbremsung (über einen Antriebsstrang-BISG) miteinander kombiniert verwendet, um aus einem Vorgang der Fahrzeugabbremsung Energie zu rekuperieren. In weiteren Beispielen wird die Nutzbremsung über den an die Welle eines eTurbos gekoppelten Elektromotor verwendet, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren. Die Bremsenergie wird rekuperiert, indem der eTurbo-Elektromotor als Generator betrieben wird, und die rekuperierte Energie wird in einer an den Elektromotor gekoppelten Energiespeichervorrichtung wie etwa einer Batterie gespeichert.
Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit derartigen Systemen mögliche Probleme erkannt. Zum Beispiel kann der Betrag des Nutzbremsens, der zum Reduzieren von Fahrzeuggeschwindigkeiten verwendet werden kann, an sich begrenzt sein. Wenn insbesondere die an den eTurbo-Elektromotor gekoppelte Speichervorrichtung (z. B. ein Li-Ionen-Akkumulator) bereits einen Ladezustand aufweist, der einen Schwellenladezustand überschreitet (z. B. voll aufgeladen ist), so ist sie möglicherweise nicht in der Lage, weitere elektrische Energie aufzunehmen. Demnach kann ein Überfüllen die Batterie beschädigen. Falls das Wastegate geöffnet wird, um die Turbinendrehzahl schnell zu reduzieren und dadurch die abgegebene Motorleistung und Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren, wird die Aufladungsenergie verworfen oder verschwendet und kann nicht zurückgewonnen werden. Wenn die Batterie bereits voll ist, wenn das Fahrzeug in einen Abbremsvorgang gelangt, so muss eine Fahrzeugsteuerung möglicherweise die Verwendung der Reibungsbremsen wiederaufnehmen, die kostspielig und verschleißanfällig sind.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme mithilfe eines Verfahrens für einen aufgeladenen Motor behoben werden, umfassend: als Reaktion auf eine Fahrzeugabbremsung, die angefordert wird, während eine Systembatterie einen Ladezustand aufweist, der über einem Schwellenwert liegt, Anwenden von negativem Moment von einem riemengetriebenen Startergenerator (BISG) auf einen Fahrzeugantriebsstrang bei gleichzeitigem Anwenden von positivem Moment von einem Elektromotor auf eine Turboladerwelle. Als Reaktion auf eine Bremsanforderung seitens des Fahrzeugführers kann das Verfahren zum Beispiel ein Anwenden von negativem Moment von einem an eine Turboladerwelle gekoppelten Elektromotor beinhalten, um eine Batterie aufzuladen, bis ein Schwellen-SOC erreicht ist; woraufhin ein BISG befehligt werden kann, negatives Moment auf den Antriebsstrang anzuwenden, um das Fahrzeug abzubremsen. Gleichzeitig kann die durch den BISG erzeugte Nutzbremsenergie zum Antreiben des Elektromotors des elektrischen Turboladers verwendet werden, um verdichtete Luft zu erzeugen, während ein stromabwärts des Turboladerverdichters gekoppeltes Luftspeicherventil geöffnet wird, um einen Teil der verdichteten Luft in eine Luftspeichervorrichtung zu leiten. Auf diese Weise wird Bremsenergie als verdichtete Luft gespeichert. Dies lässt ein Steuern des Ladedrucks im Ansaugkrümmer zu, während es ermöglicht wird, die verdichtete Luft zur späteren Verwendung zu speichern (wie etwa zum Betreiben fahrzeuginterner pneumatischer Vorrichtungen oder zum Reduzieren von Turboverzögerungen während eines nachfolgenden Anstiegs des vom Fahrer vorgegebenen Drehmomentbedarfs). Auf diese Weise kann eine Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit bereitgestellt werden, ohne eine Systembatterie zu überfüllen und dabei aber einen größeren Anteil der Bremsenergie nutzbar zu machen.
Beispielsweise kann ein Motorsystem mit einem elektrischen Turbolader ausgelegt sein, der über einen an eine Turboladerwelle gekoppelten Elektromotor verfügt. Im Laufe eines Vorgangs der Fahrzeugabbremsung (wie etwa, wenn ein Fahrzeugführer eine Fahrzeugbremsung angefordert hat), kann vom Elektromotor negatives Moment angewendet werden, um das Fahrzeug oder die Turbine zur Verlangsamung zu bringen. Das negative Moment kann zum Aufladen einer Systembatterie, konkret einer an den Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelten 48V-Systembatterie, verwendet werden. Das Aufladen kann fortgesetzt werden, bis die Batterie einen Schwellenladezustand (SOC) erreicht hat und beispielsweise bei 95 % des SOC liegt. Eine weitere Aufladung der Batterie über diesen Ladepegel hinaus kann zum Überfüllen der Batterie führen, was die Leistungsfähigkeit der Batterie beeinträchtigen kann. Sobald die Batterie den Schwellen-SOC erreicht hat, kann ein Schütz, welches die Batterie mit einer 48V-Leitung des elektrischen Systems des Fahrzeugs koppelt, geöffnet werden, wodurch eine weitere Aufladung der Batterie durch den e-Turbo-Elektromotor blockiert wird. Anschließend können eine Getriebekupplung eingekuppelt und negatives Moment über einen an den Antriebsstrang gekoppelten BISG angewendet werden. Das durch den BISG angewendete Drehmoment kann auf der zusätzlichen Bremsung beruhen, die zur Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich ist (nachdem Drehmoment zum Aufladen der Batterie absorbiert wurde). Das im BISG absorbierte Drehmoment kann zum Betreiben des e-Turbo-Elektromotors verwendet werden. Zum Beispiel kann das durch den BISG angewendete Bremsmoment (negative Moment) zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet werden, die mit einer 48V-Verteilerdose der elektrischen 48V-Architektur des Fahrzeugs geteilt wird. Daraufhin wird elektrische Energie aus der 48V-Verteilerdose bezogen, um den Elektromotor des Turboladers mit einer Abgabeleistung zu betreiben, die auf der durch den BISG erzeugten Leistung beruht. Der Betrieb des Elektromotors führt dazu, dass an einem Auslass des Verdichters ein Ladedruck erzeugt wird, der höher als angefordert ist. Die Öffnung eines stromabwärts des Turboladerverdichters gekoppelten Luftspeicherventils kann eingestellt werden, um zumindest einen Teil der verdichteten Luft in einen Luftspeicherbehälter umzuleiten und dadurch einen Krümmersolldruck aufrechtzuerhalten. Die im Luftspeicherbehälter gespeicherte verdichtete Luft kann (gleichzeitig oder zu einem späteren Zeitpunkt) für diverse Funktionen, wie etwa zum Betreiben eines oder mehrerer pneumatischer Vorrichtungen des Fahrzeugs, verwendet werden. Weiterhin kann die verdichtete Luft durch eine Rohrleitung geleitet werden, um einen Unterdruck zu erzeugen, der zum Betreiben diverser vakuumbetriebener Vorrichtungen verwendet werden kann. Alternativ kann die verdichtete Luft bei einem späteren Vorgang der Pedalbetätigung verwendet werden, um eine Turboverzögerung zu reduzieren.
Auf diese Weise kann durch proportioniertes Aufteilen eines Betrags an negativem Moment, der zur Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich ist, zwischen einem Elektromotor eines elektrischen Turboladers und einem BISG das Überfüllen einer ladungsempfindlichen Systembatterie, wie etwa einer 48V-Batterie eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, reduziert werden. Der technische Effekt des Absorbierens von Drehmoment in einem BISG besteht darin, dass Bremsenergie durch den Antriebsstrang des Fahrzeugs statt durch die Batterie rekuperiert werden kann. Dies ermöglicht es, dass jegliches Überschussdrehmoment, das erzeugt wird, nachdem die Systembatterie bis zu einem Schwellen-SOC aufgeladen worden ist, verwendet werden kann, um den Elektromotor des Turboladers anzutreiben, statt verschwendet zu werden. Durch das Verwenden des BISG zum Erzeugen elektrischer Energie und durch das anschließende Verwenden der elektrischen Energie zum Füllen eines Speicherbehälters für verdichtete Luft wird die Energie besser zurückgewonnen, und das Verwerfen von Ladedruck durch Öffnen eines Abgas-Wastegates wird reduziert. Durch das Füllen eines Speicherbehälters für verdichtete Luft über den Verdichter, während im BISG Drehmoment absorbiert wird, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit kontrolliert werden, während vorteilhafterweise verdichtete Luft oder Unterdruck zur fahrzeuginternen Verwendung erzeugt wird. Indem die Bremsenergie als verdichtete Luft nutzbar gemacht wird und indem die verdichtete Luft anschließend zum Anheben des Ladedrucks während eines Anstiegs des Drehmomentbedarfs verwendet wird, können Turboverzögerungen reduziert werden, ohne dass es notwendig ist, den Elektromotor des Turboladers zu betreiben, wodurch eine weitere Verbesserung der Kraftstoffeffizienz bereitgestellt wird. Des Weiteren können der Krümmerdruck und die abgegebene Motorleistung aufrechterhalten werden, während die Bremsenergie rekuperiert wird.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Abbildung eines aufgeladenen Motorsystems, das mit einer elektrischen Aufladungsunterstützung ausgelegt ist.
2 zeigt eine beispielhafte elektrische Kopplung der Komponenten des aufgeladenen Motorsystems von 1.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene eines Verfahren zum Verwenden von negativem Moment von einem BISG zum Reduzieren des Überdrehens und der Reibungsbremsnutzung eines Fahrzeugs ohne Überfüllen einer Systembatterie.
4 zeigt ein Prognosebeispiel für eine Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit über den koordinierten Betrieb eines Elektromotors des elektrischen Turboladers, eines BISG und eines Verdichterrückführventil s.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Geschwindigkeitskontrolle in einem aufgeladenen Motorsystem, das mit elektrischer Unterstützung ausgelegt ist, wie etwa dem Motorsystem von 1. Das System kann sich elektrische Verbindungen zwischen einem Elektromotor eines Turboladers zur elektrischer Unterstützung, einem BISG und einem elektrischen 48V-System, wie etwa dem System von 2, zunutze machen. Eine Motorsteuerung kann zum Vornehmen einer Steuerroutine, wie etwa der Beispielroutine von 3, ausgelegt sein, um das Überdrehen eines Fahrzeugs durch proportioniertes Aufteilen von Bremsmoment zwischen einem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung und einem BISG zu bewältigen, wobei das proportionierte Aufteilen auf einem Ladezustand einer Systembatterie beruht. Die Steuerung kann das über den BISG rekuperierte Bremsmoment dazu verwenden, den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung zu betreiben und die rekuperierte Energie zur späteren Verwendung als verdichtete Luft in einem Speicherbehälter zu speichern. Beispielhafte Einstellungen sind unter Bezugnahme auf 4 gezeigt.
1 stellt Aspekte eines beispielhaften Fahrzeugsystems 100, das ein Motorsystem 101 mit einem Motor 10 beinhaltet, das in einem Fahrzeug 102 gekoppelt ist, schematisch dar. In dem abgebildeten Beispiel ist das Fahrzeug 102 ein Hybridelektrofahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 47 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 100 jedoch eine herkömmliche nichthybride Kraftübertragung beinhalten. In dem dargestellten Beispiel beinhaltet eine Kraftübertragung des Fahrzeugs 102 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Der Motor 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 48 mit den Fahrzeugrädern 47 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 53 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel sind eine (erste) Kupplung 53 zwischen dem Motor 10 und der elektrischen Maschine 52 und eine (zweite) Kupplung 53 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 48 bereitgestellt. Eine Steuerung 12 kann an einen Aktor jeder Kupplung 53 ein Signal senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so den Motor 10 mit der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder davon zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 48 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder davon zu trennen. Drehmoment von dem Motor 10 kann z. B. über eine Kurbelwelle 40, ein Getriebe 48 und eine Kraftübertragungswelle 84 an die Fahrzeugräder 47 übertragen werden, wenn die Kupplungen 53 eingekuppelt sind. Das Getriebe 48 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Das Getriebe 48 kann ein fest übersetztes Getriebe sein, das eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen beinhaltet, um es zu ermöglichen, dass sich der Motor 10 mit einer anderen Drehzahl als die Räder 47 drehen kann. Durch Ändern einer Drehmomentübertragungskapazität der ersten Kupplung 53 (z. B. eines Grads an Kupplungsschlupf) kann ein Betrag an Motorotordrehmoment, der über die Kraftübertragungswelle 84 (hier auch als Antriebsstrang bezeichnet) an die Räder weitergeleitet wird, moduliert werden.
In dem abgebildeten Beispiel ist die elektrische Maschine 52 ein Elektromotor, der im Antriebsstrang zwischen dem Motor und dem Getriebe gekoppelt ist. Dabei können jedoch auch zusätzliche elektrische Maschinen an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein riemengetriebener Startergenerator (BISG) 114 auch an eine Abtriebswelle des Motors gekoppelt sein, sodass der BISG während eines Anlaufens des Hybridfahrzeugsystems Drehmoment bereitstellen kann, um den Motor anlaufen zu lassen und das Anlassen des Motors zu unterstützen. Unter einigen Bedingungen kann der BISG auch eine Drehmomentabgabe liefern, um das Motordrehmoment zu ergänzen oder zu ersetzen. Weiterhin kann der BISG eine Abgabe von negativem Moment liefern (das heißt, Antriebsstrangdrehmoment absorbieren), die in elektrische Energie, wie etwa zum Aufladen einer Systembatterie, umgewandelt werden kann. Weiterhin, wie in dieser Schrift dargelegt, kann der BISG unter einigen Bedingungen Drehmoment vom Antriebsstrang absorbieren, um eine Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit während des Antreibens eines Elektromotors und Speicherns der Bremsenergie in Form verdichteter Luft zu ermöglichen. Indem die Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit über die Anwendung von negativem Moment vom BISG ermöglicht wird, wird die Betätigung der Reibungsbremsen reduziert. Da der BISG über das Getriebe an die Räder des Antriebsstrangs gekoppelt ist, kann das Rekuperieren der Radbremsenergie über den BISG ein Betätigen einer Getriebekupplung beinhalten.
Die Kraftübertragung kann verschiedenartig ausgelegt sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. In Ausführungsformen als Elektrofahrzeug kann eine elektrische Systemenergievorrichtung, wie etwa eine Systembatterie 45a, an den Antriebsstrang gekoppelt sein. Die Systembatterie 45a kann eine Traktionsbatterie, wie etwa eine 48V-Batterie, sein, die der elektrischen Maschine 52 elektrische Leistung zuführt, um den Fahrzeugrädern 47 Drehmoment bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 52 zudem als Generator betrieben werden, um z. B. während eines Bremsbetriebs unter Verwendung von Nutzbremsmoment elektrische Leistung zum Aufladen der Systembatterie 45a bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Systembatterie 45a in anderen Ausführungsformen, einschließlich Ausführungsformen als Nicht-Elektrofahrzeug, eine typische Starter-, Licht- und Zündungs(Starting, Lighting, Ignition - SLI)-Batterie sein kann, die an eine Lichtmaschine 46 gekoppelt ist.
Es versteht sich, dass die elektrische Systemenergiespeichervorrichtung 45a hier zwar als Batterie dargestellt ist, die elektrische Energiespeichervorrichtung 45a in anderen Beispielen jedoch ein Kondensator sein kann.
Wie unter Bezugnahme auf 2 dargelegt, kann die Systembatterie 45a an einen 48V-Abzweig des elektrischen Systems des Fahrzeugs, wie etwa über die 48V-Verteilerdose 112, gekoppelt sein. Weiterhin kann die Systembatterie 45a über einen 48V/12V-Gleichspannungswandler 114 an 12V-Zusatzverbraucher 116 (einschließlich Komponenten wie etwa eine Lichtmaschine, die an einen 12V-Abzweig des elektrischen Systems des Fahrzeugs angeschlossen ist) koppelbar sein.
In der abgebildeten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der mit einer Aufladungsvorrichtung ausgestaltet ist, die hier als Turbolader 15 dargestellt ist. Der Turbolader 15 beinhaltet einen Verdichter 114, der über eine Welle 19 mechanisch an eine Turbine 116 gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird, wobei die Turbine 116 durch Expandieren von Motorabgas angetrieben wird. In einer Ausführungsform kann der Turbolader eine Twin-Scroll-Vorrichtung sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VGT-Lader) sein, wobei die Turbinengeometrie in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen aktiv variiert wird. Der Turbolader 15 kann ferner als elektrisch unterstützter Turbolader mit einem Elektromotor 108 ausgelegt sein (hier als Elektromotor zur elektrischen Unterstützung bezeichnet), der dazu ausgelegt ist, dem Verdichter, der Turbine oder der Turboladerwelle elektrische Unterstützung bereitzustellen. In dem abgebildeten Beispiel ist der Elektromotor 108 an die Welle 19 gekoppelt, obwohl der Elektromotor in anderen Beispielen selektiv an den Verdichter 114 oder die Turbine 116 gekoppelt sein kann. Der Elektromotor 108 kann durch eine fahrzeuginterne Energiespeichervorrichtung, wie etwa eine Systembatterie 45b mit hoher Spannung (z. B. 48 V) (wie dargestellt, oder durch die Systembatterie 45a in einem alternativen Beispiel), mit Leistung versorgt werden. Der Elektromotor 108 kann zusätzlich oder alternativ von der Lichtmaschine 46 mit Leistung versorgt werden. Ein Betrag an elektrischer Leistung, die dem Elektromotor 108 zugeführt wird, kann variiert werden, um einen Arbeitszyklus des Turboladers einzustellen. In einem Beispiel kann der Betrag an elektrischer Leistung, der dem Elektromotor 108 zugeführt wird, erhöht werden, um die Drehzahl des Verdichters 114 zu erhöhen. Infolge der elektrischen Unterstützung kann der Verdichter 114 des Turboladers 15 schnell hochdrehen, was Turboverzögerungen reduziert.
Es versteht sich, dass, während das abgebildete Beispiel den Turbolader als die Aufladungsvorrichtung zeigt, wobei der Turbolader mit elektrischer Unterstützung ausgelegt ist, dies nicht einschränkend gemeint ist. In weiteren Beispielen kann die elektrisch unterstützte Aufladungsvorrichtung den an einen Kompressorverdichter gekoppelten Elektromotor beinhalten. Weiterhin kann der Motor ein Turbo-Compound-Motorsystem mit einem elektrischen Kompressor (nicht dargestellt) sein, der stromaufwärts oder stromabwärts des Turboladers im Motoreinlass gekoppelt ist. Dabei kann der Kompressor die Aufladungsvorrichtung sein, die dazu ausgelegt ist, elektrische Unterstützung von dem Elektromotor 108 aufzunehmen, während der Turbolader 15 dazu ausgelegt sein kann, oder nicht, elektrische Unterstützung von dem Elektromotor 108 aufzunehmen. Durch das Hochdrehen des elektrischen Kompressors über den Elektromotor kann dem Motor schnell ein Ladedruckstoß bereitgestellt werden.
Der Elektromotor 108 kann als Motorgenerator ausgelegt sein. Somit kann der Elektromotor bei Vorliegen von Bedingungen, unter denen elektrische Unterstützung zum Aufladungsaufbau erforderlich ist, positives Moment (hier auch als Elektromotordrehmoment bezeichnet) bereitstellen, um entweder den Kreiselverdichter des Kompressors oder die Turboladerwelle anzutreiben, sodass sich die transiente Ladedruckzufuhr verbessert. Der Elektromotor ist jedoch auch zur Energierückgewinnung durch „Bremsen“ der Antriebswelle imstande. Dabei kann negatives Moment (hier auch als Nutzbremsmoment bezeichnet) auf den Verdichter (oder die Welle oder Turbine) angewendet werden, wodurch die Verdichterdrehzahl verringert und gleichzeitig die an den Elektromotor 108 gekoppelte Systembatterie (wie z. B. die Batterie 45b) geladen wird. Zum Beispiel können bei Vorliegen von Bedingungen, unter denen ein Überdrehen des Turboladers vorweggenommen wird (wie etwa bei Vorliegen von Bedingungen mit hoher Aufladung), über den Elektromotor 108 ein negatives Moment auf die Welle angewendet und die absorbierte Energie zum Aufladen der Batterie verwendet werden, bis ein Schwellenladezustand (z. B. 95 % SOC) erreicht ist. In weiteren Beispielen, wie etwa während einer Fahrzeugabbremsung oder wenn ein Rückgang des Drehmomentbedarfs seitens des Fahrzeugführers besteht, kann die gesteigerte Motorabgabeleistung schnell gesenkt werden, indem die Turboladerwelle über den Elektromotor abgebremst und die Bremsenergie als Ladung rekuperiert wird, die in einer an den Elektromotor gekoppelten Systembatterie gespeichert wird.
Der Elektromotor 108 kann über einen Wechselrichter 110 an eine 48V-Verteilerdose 112 gekoppelt sein. Wie unter Bezugnahme auf 2 dargelegt, koppelt die 48V-Verteilerdose den Elektromotor an einen 48V-Abzweig des elektrischen Systems des Fahrzeugs. Der Wechselrichter 110 ist dazu ausgelegt, eine von der 48V-Verteilerdose aufgenommene 48V-Gleichspannungseingabe in eine 48V-Wechselspannungseingabe zur Verwendung durch den Elektromotor 108 wie auch andere Vorrichtungen, die elektrische Leistung mit 48 V nutzen, umzuwandeln. Der Elektromotor 108 wird durch elektrische Energie angetrieben, die über die 48V-Verteilerdose 112, wie etwa von der Systembatterie 45b, aufgenommen wird. Die Systembatterie 45b kann, wie die Batterie 45a, eine Batterie mit 48V-Architektur sein. In einem anderen Beispiel kann der Elektromotor 108 auch an die Systembatterie 45a gekoppelt sein (das heißt, in dem Motorsystem kann eine einzelne 48V-Batterie vorhanden sein, wobei ein und dieselbe Batterie sowohl an den Elektromotor des e-Turbos als auch an den Elektromotor des hybriden Antriebsstrangs gekoppelt ist). Jede der Systembatterien 45a, 45b ist über den Wandler 114 an einen 12V-Abzweig des elektrischen Systems des Fahrzeugs gekoppelt. Konkret handelt es sich bei dem Wandler 114 um einen 48V/12V-Wandler, der zum Umwandeln der 48V-Ladung der 48V-Batterien in eine 12V-Ladung zur Speicherung in einer 12V-Systembatterie 145 ausgelegt ist. Die Ladung von der 12V-Batterie 146 wird dann verwendet, um verschiedene 12V-Zusatzverbraucher, wie etwa die Lichtmaschine 46, mit Leistung zu versorgen. Zu anderen 12V-Verbrauchern gehören verschiedene elektrische Heizvorrichtungen des Systems, wie etwa eine Scheibenwischerheizvorrichtung, eine Katalysatorheizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung und eine Heizvorrichtung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC). Ein Beispiel für eine stärker ladungsempfindliche Batterie mit 48 V ist ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Ein Beispiel für eine weniger ladungsempfindliche Batterie mit 12 V ist ein Bleiakkumulator.
Wie unter Bezugnahme auf 2 dargelegt, kann die 48V-Verteilerdose elektrische Leistung aus verschiedenen Quellen aufnehmen, und gleichermaßen können verschiedene elektrische Komponenten elektrische Leistung aus der Verteilerdose beziehen. Wenn der Elektromotor 108 beispielsweise als Generator dient (wie etwa während einer Wellenabbremsung), wird die erzeugte elektrische Leistung an die 48V-Verteilerdose abgegeben, aus der sie bezogen werden kann, um die 48V-Systembatterie aufzuladen oder um den BISG zum Ergänzen des Motordrehmoments zu betreiben. Als ein anderes Beispiel wird, wenn der BISG 114 als Generator dient (wie etwa während einer Fahrzeugradabbremsung), die erzeugte elektrische Leistung an die 48V-Verteilerdose abgegeben, aus der sie bezogen werden kann, um den Elektromotor 108 (beispielsweise zum Verdichten von Luft) zu betreiben.
Frischluft wird entlang des Ansaugkanals 42 über einen Luftkasten 112 in den Motor 10 eingespeist und strömt zum Verdichter 114. Anschließend wird Luft am Verdichter 114 verdichtet und in den Motor 10 eingespeist. Durch den Turbolader 15 verdichtete Luft kann außerdem durch einen Verdichterrückführkanal 60 von stromabwärts des Verdichters 114 und stromabwärts eines Ladeluftkühlers 18 zu einem Einlass des Verdichters 114 zurückgeführt werden, indem eine Öffnung eines stufenlos verstellbaren Verdichterrückführventils (Continuously Variable Compressor Recirculation Valve - CCRV) 62 eingestellt wird. Das CCRV 62 kann ein stufenlos verstellbares Ventil sein, und das Erhöhen der Öffnung des CCRV 62 kann ein Betätigen (oder Speisen) eines Elektromotors oder Elektromagneten zum Öffnen des Ventils beinhalten. In alternativen Beispielen kann der Verdichterrückführkanal 60 den Verdichterauslass stromaufwärts des CAC (Charge-Air Cooler) 18 an den Einlass des Verdichters 114 koppeln.
Bei dem CCRV 62 kann es sich um ein stufenlos verstellbares Ventil handeln, wobei eine Position des Ventils stufenlos von einer vollständig geschlossenen Position in eine vollständig geöffnete Position verstellbar ist. In einigen Ausführungsformen kann das CCRV 62 während eines Betriebs mit aufgeladenem Motor teilweise geöffnet sein, um einen Pumpgrenzabstand bereitzustellen. Hierbei kann die teilweise geöffnete Position eine Standardventilposition sein. Dann kann die Öffnung des CCRV 62 als Reaktion auf eine Pumpangabe erhöht werden. Beispielsweise kann das CCRV 62 aus der teilweise geöffneten Standardposition in eine vollständig geöffnete Position eingestellt werden, wobei ein Öffnungsgrad auf der Pumpangabe (z. B. dem Verdichterdruckverhältnis, dem Verdichterdurchsatz, einer Druckdifferenz am Verdichter usw.) beruhen kann. In alternativen Beispielen kann das CCRV 62 während des Betriebs mit aufgeladenem Motor (z. B. bei Spitzenleistungsbedingungen) geschlossen gehalten werden, um die Ladereaktionszeit zu verringern und die Spitzenleistung zu erhöhen. Wie bei 3 dargelegt, kann bei Vorliegen von Abbremsbedingungen, unter denen überschüssige Nutzbremsenergie verfügbar ist (konkret als Überschuss über einen Betrag hinaus, der bei der Systembatterie aufgenommen werden kann), die Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Zurückführen verdichteter Luft um den Verdichter erreicht werden. Eine Steuerung kann die Öffnung des CCRV 62 (z. B. auf eine komplett offene Position) vergrößern, während sie die Drossel 20 schließt (z. B. auf eine komplett geschlossene Position), um die Nutzbremsenergie zum Betreiben des Elektromotors zur elektrischen Aufladungsunterstützung zu verwenden, während die erzeugte verdichtete Luft über das CCRV um den Verdichter zurückgeführt wird. Durch das Zurückführen der verdichteten Luft über das Betreiben des Elektromotors zur elektrischen Aufladung kann die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert werden, ohne dass man auf die Reibungsbremsen angewiesen ist. Des Weiteren kann zumindest ein Teil der erzeugten verdichteten Luft zur späteren Verwendung in einem Speicherbehälter gespeichert werden, wie etwa zum Reduzieren von Turboverzögerungen während einer nachfolgenden Pedalbetätigung. Durch Verringern der Notwendigkeit, den Elektromotor während einer Pedalbetätigung zu betreiben, werden weitere Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz erlangt.
Der Verdichter 114 ist durch einen Ladeluftkühler (CAC) 18 (hier auch als Zwischenkühler bezeichnet) an ein Drosselventil 20 gekoppelt. Luft strömt vom Verdichter 114 durch den CAC 18 und das Drosselventil 20 zu einem Ansaugkrümmer 22. Der CAC 18 kann z. B. ein Luft-Luft- oder Wasser-Luft-Wärmetauscher sein. Der Ansaugkrümmerdruck (z. B. ein Druck der Luftladung im Ansaugkrümmer) kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck(Manifold Absolute Pressure - MAP)-Sensors 124 bestimmt werden.
Bei Vorliegen ausgewählter Bedingungen kann ein Teil der Ansaugluft, die beim Durchströmen des Verdichters 114 verdichtet wird, zur Speicherung zu einem Speicherbehälter 72 umgeleitet werden, indem eine Öffnung des Luftspeicherventils 74 eingestellt wird. Der Speicherbehälter 72 kann über eine Umgehungsleitung 70 an den Ansaugkanal 42 stromabwärts des CAC 18 und stromaufwärts der Drossel 20 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Ventile können die Strömung verdichteter Luft aus dem Ansaugkrümmer, stromabwärts des Verdichters und stromaufwärts der Drossel, in den Speicherbehälter für verdichtete Luft regulieren. Zu dem einen oder den mehreren Ventilen kann ein Sperrventil 74c zählen, das die gleichgerichtete Strömung aus dem Ansaugkrümmer in den Speichertank entlang einer ersten Abzweigung der Umgehungsleitung 70 sicherstellt. Das Ventil 74a, das sich (in Strömungsrichtung) stromaufwärts des Sperrventils 74c befindet, kann durch die Steuerung 12 auf offen befehligt werden, während der Krümmerdruck stromaufwärts der Drossel höher als der Druck im Speicherbehälter ist (bspw., wenn der Ladedruck höher als angefordert ist), um einen Teil der durch den Verdichter 114 verdichteten Luft im Speicherbehälter zu speichern. Zu einem späteren Zeitpunkt, wie etwa, wenn der Krümmerdruck stromaufwärts des Verdichters und stromabwärts der Drossel niedriger als der Druck im Speicherbehälter ist (z. B während einer Pedalbetätigung aus Bedingungen ohne Aufladung), kann das Sperrventil 74b, das sich in einer zweiten Abzweigung der Umgehungsleitung befindet, geöffnet werden, um einen Teil der gespeicherten verdichteten Luft oder alles davon freizusetzen. Auf diese Weise kann die Öffnung der Luftspeicherventile 74a-b eingestellt werden, um den Druck im Inneren des Speicherbehälters 72 relativ zu einem Drosseleinlassdruck (oder Ladedruck) zu regulieren. Wie bzgl. 3 dargelegt, wird bei Vorliegen von Fahrzeugabbremsungsbedingungen, unter denen aufgrund des erhöhten Ladezustands einer Systembatterie ein begrenzter Betrag an Nutzbremsenergie verfügbar ist, eine zusätzliche Fahrzeugbremsung bereitgestellt, indem über den BISG ein negatives Moment auf den Antriebsstrang angewendet wird, wozu die über den BISG erzeugte elektrische Energie verwendet wird, um den Elektromotor 108 zur elektrischen Aufladung zu betreiben, und wobei die erzeugte verdichtete Luft zur späteren Verwendung im Speicherbehälter gespeichert wird. Dies ermöglicht es, das Fahrzeug zu verlangsamen, was mit reduzierter Notwendigkeit der Nutzung der Fahrzeugreibungsbremse und bei gleichzeitiger Nutzung der Bremsenergie als gespeicherte verdichtete Luft erfolgt, die zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden kann, wie etwa zum Bewältigen von Turboverzögerungen oder zum Betreiben fahrzeuginterner pneumatischer Vorrichtungen. Die im Speicherbehälter 70 gespeicherte verdichtete Luft kann dann zu einem späteren Zeitpunkt oder zugleich für diverse Fahrzeugfunktionen verwendet werden. Beispielsweise kann verdichtete Luft verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit des Motors zu verbessern und Turboverzögerungen zu bewältigen, indem leicht verfügbarer Ladedruck bereitgestellt wird.
Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) an eine Reihe von Brennkammern 30 gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht dargestellt) an einen Abgaskrümmer 36 gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 36 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten beinhalten. Auslegungen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Stellen in dem Motorsystem geleitet wird.
In einer Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile über Nocken betätigt oder geregelt werden. Unabhängig davon, ob eine elektronische Betätigung oder eine Betätigung über Nocken vorliegt, können die Zeiten, zu denen das Auslass- und das Einlassventil geöffnet und geschlossen sind, auf die gewünschte Verbrennungs- und Emissionsbegrenzungsleistung eingestellt werden. Die Nockenansteuerung kann z. B. über ein variables Nockenansteuerungssystem so eingestellt werden, dass der Einlass- und der Auslassnocken in eine Position bewegt werden, die den optimalen Liefergrad für die jeweiligen Betriebsbedingungen bereitstellt.
Den Brennkammern 30 können ein oder mehrere Kraftstoffe, wie etwa Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Gemische, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas usw., zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Einspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine beliebige Kombination daraus zugeführt werden. In dem abgebildeten Beispiel wird Kraftstoff jeder Brennkammer 30 über Direkteinspritzung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 bereitgestellt (während in 1 nur eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung dargestellt ist, beinhaltet jede Brennkammer eine daran gekoppelte Kraftstoffeinspritzvorrichtung). Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, zu dem ein Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteiler gehören. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Fremdzündung und/oder Selbstzündung eingeleitet werden.
Wie in 1 dargestellt, wird Abgas zum Antreiben der Turbine von dem Abgaskrümmer 36 zu der Turbine 116 geleitet. Wenn ein verringertes Turbinendrehmoment gewünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch ein Wastegate 90 geleitet werden, wobei die Turbine umgangen wird. Ein Wastegate-Aktor 92 (z. B. Wastegate-Ventil) kann zum Öffnen betätigt werden, um mindestens etwas Abgasdruck von stromaufwärts der Turbine 116 über das Wastegate 90 zu einer Stelle stromabwärts der Turbine 116 abzulassen. Durch Verringern des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine 116 kann die Turbinendrehzahl verringert werden.
Der kombinierte Strom aus der Turbine 116 und dem Wastegate 90 strömt durch eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung 170. Im Allgemeinen kann die Emissionsbegrenzungsvorrichtung 170 eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten beinhalten, die dazu ausgelegt sind, eine Menge von einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu verringern. Eine Abgasnachbehandlungskomponente kann z. B. dazu ausgelegt sein, NO_x aus dem Abgasstrom einzufangen, wenn der Abgasstrom mager ist, und das eingefangene NO_x zu verringern, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann eine Abgasnachbehandlungskomponente dazu ausgelegt sein, NO_x zu disproportionieren oder NO_x mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu verringern. In wieder anderen Beispielen beinhaltet die Emissionsbegrenzungsvorrichtung 170 einen Dreiwegekatalysator, der dazu ausgelegt ist, restliche Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxid zu oxidieren, während NO_x in dem Abgasstrom verringert wird. Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit einer derartigen Funktionalität können in Washcoats oder an anderen Stellen in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 170 entweder getrennt oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Emissionsbegrenzungsvorrichtung 170 ferner ein regenerierbares Rußfilter beinhalten, das dazu konfiguriert ist, Rußpartikel in dem Abgasstrom einzufangen und zu oxidieren.
Das behandelte Abgas aus der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 170 kann ganz oder teilweise über eine Abgasleitung 35 in die Atmosphäre abgegeben werden. Je nach den Betriebsbedingungen kann jedoch ein Teil des Abgases stattdessen über einen Abgasrückführ(AGR)-Kanal (nicht dargestellt), der einen AGR-Kühler und ein AGR-Ventil beinhaltet, zum Ansaugkanal 42 umgeleitet werden. Die AGR kann zum Einlass des Verdichters 114 zurückgeführt werden.
Ein oder mehrere Sensoren können an den Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Ein Temperatursensor 55 kann z. B. zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur an den Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel kann ein Drucksensor 56 zum Schätzen eines Drucks von in den Verdichter eintretender Luft an den Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Zu wieder anderen Sensoren können z. B. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren usw. gehören. In anderen Beispielen können eine oder mehrere der Verdichtereinlassbedingungen (wie etwa Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Druck usw.) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Die Sensoren können eine Bedingung der am Verdichtereinlass aus dem Ansaugkanal aufgenommenen Ansaugluft sowie der durch den Kanal 60 zurückgeführten Luftladung schätzen. Ein oder mehrere Sensoren können zudem stromaufwärts des Verdichters 114 an den Ansaugkanal 42 gekoppelt sein, um eine Zusammensetzung und eine Bedingung der in den Verdichter eintretenden Luftladung zu bestimmen. Zu diesen Sensoren kann z. B. ein Drucksensor 58 gehören. Überdies kann ein Drosseleinlassdruck(Throttle Inlet Pressure - TIP)-Sensor 59 stromabwärts des CAC 18 und stromaufwärts des Drosselventils 20 gekoppelt sein, um einen dem Motor zugeführten Ladedruck zu schätzen.
Während eines Pedalbetätigungsvorgangs durch den Fahrzeugführer kann, wenn in Reaktion auf eine Erhöhung des Fahrerdrehmomentbedarfs von einem Motorbetrieb ohne Aufladung zu einem Motorbetrieb mit Aufladung (das heißt, Pedalbetätigung von nichtaufgeladen zu aufgeladen) übergegangen wird, eine Turboverzögerung auftreten. Dies ist auf Verzögerungen beim Hochdrehen der Turbine 116 aufgrund der Trägheit des Turboladers und der Abhängigkeit von Abgasenergie zum Antreiben der Turbine zurückzuführen. Dasselbe kann auch passieren, wenn sich der Motor im aufgeladenen Betrieb befindet und es zu einer transienten Zunahme des Ladebedarfs aufgrund einer Zunahme der Fahrpedalbetätigung durch den Fahrzeugführer (d. h. Pedalbetätigung von aufgeladen zu aufgeladen) kommt. Um diese Turboverzögerung während dieser ausgewählten Bedingungen zu verringern, kann der Turbolader 15 durch Aufnehmen von positivem Moment vom Elektromotor 108 elektrisch unterstützt werden (in dieser Schrift auch als e-Boost-Elektromotor bezeichnet). Insbesondere kann als Reaktion auf die Pedalbetätigung der Wastegate-Aktor 92 geschlossen (z. B. vollständig geschlossen) werden, um den Abgasstrom durch die Turbine 116 zu erhöhen. Bevor ausreichend Turbinenleistung verfügbar ist, um den Verdichter mit der Drehzahl zu drehen, die nötig ist, um die erforderliche Aufladung bereitzustellen, kann der Elektromotor die Leistung zur Turboladerwelle erhöhen. Wenn die Turbine ausreichend Druck aufweist und der Strom der Abgase und der Turbolader dazu imstande sind, die erforderliche Lademenge bereitzustellen, kann die elektrische Unterstützung für den Turbolader vom Elektromotor 108 deaktiviert werden. Zusätzlich oder optional kann, während die Turbine hochdreht, der Krümmerdruck angehoben werden, indem durch Öffnen des Luftspeicherventils 74 eine Menge verdichteter Luft aus dem Speicherbehälter 72 abgelassen wird.
Wie unter Bezugnahme auf 3 dargelegt, kann eine Motorsteuerung während eines Fahrzeugabbremsvorgangs über eine betätigte Getriebekupplung negatives Moment vom BISG 114 auf den Antriebsstrang anwenden, um zum Aufladen der Systembatterie 45b Drehmoment vom Antriebsstrang zu absorbieren. Des Weiteren kann die Steuerung die Abgabeleistung des aufgeladenen Motors reduzieren, indem sie negatives Moment über den Elektromotor 108 auf die Turboladerwelle 19 anwendet, um die Abgabeleistung des Turboladers zu begrenzen, während das Drehmoment zum Aufladen der Systembatterie 45b absorbiert wird. Dies kann fortgesetzt werden, bis die Batterie einen Schwellen-SOC erreicht (wie etwa, wenn die Batterie zu 95 % gefüllt ist). Anschließend kann eine weitere Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit aktiviert werden, indem über den BISG 114 negatives Moment auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs angewendet wird und indem die erzeugte elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 108 verwendet wird, um verdichtete Luft zu erzeugen. Dies ermöglicht es, die Nutzbremsenergie über andere Motorkomponenten als die Systembatterie zu rekuperieren. Durch Proportionieren der Rekuperation von Bremsenergie zwischen dem Aufladen der Batterie und dem Betreiben des Elektromotors wird die Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit mit reduzierter Abhängigkeit von Reibungsbremsen erreicht. Das negative Moment, das durch den BISG zum Abbremsen des Fahrzeugs angewendet wird, wird durch die Generatorkomponente des BISG verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen, die zu einer Hochspannungs-Verteilerdose für elektrische Energie des Fahrzeugs (wie etwa eine 48V-Verteilerdose, wie bzgl. 2 dargelegt) weitergeleitet wird. Die elektrische Energie kann dann dazu verwendet werden, den e-Boost-Elektromotor 108 zum Erzeugen verdichteter Luft zu betreiben, die zur späteren Verwendung im Speicherbehälter 72 gespeichert wird. Dies ermöglicht es, die Bremsenergie aufzufangen anstatt sie zu verschwenden. Falls der Speicherbehälter 72 bereits gefüllt ist und keine weitere Luftladung mehr aufnehmen kann, wird der e-Boost-Elektromotor zum Erzeugen verdichteter Luft betrieben, während die Drossel 20 geschlossen und das CCRV 62 geöffnet wird, um die verdichtete Luft um den Verdichter zurückzuführen. Diese Ablauf wird in 3 detailliert dargestellt.
Während eines Pedalfreigabevorgangs durch den Fahrzeugführer kann es, wenn von einem Motorbetrieb mit Aufladung zu einem Motorbetrieb ohne Aufladung (das heißt, Pedalfreigabe von aufgeladen zu nichtaufgeladen) übergegangen wird, zu Verdichterpumpen kommen. Das liegt an einem verringerten Strom durch den Verdichter 114, wenn sich das Drosselventil 20 bei dem Freigeben des Pedals schließt. Der verringerte Vorwärtsstrom durch den Verdichter kann zu einem Pumpen führen und die Turboladerleistung beeinträchtigten. Überdies kann Pumpen zu Problemen mit Geräuschen, Schwingungen und Rauigkeit (Noise, Vibration and Harshness - NVH), wie etwa störenden Geräuschen von dem Motoreinlasssystem, führen. Um zu ermöglichen, dass während eines Standardmodus des Fahrzeugbetriebs der Drehmomentbedarf als Reaktion auf das Freigeben des Pedals schnell verringert wird, ohne Verdichterpumpen zu verursachen, kann zumindest ein Teil der durch den Verdichter 114 verdichteten Luftladung zum Verdichtereinlass zurückgeführt werden. Dadurch ist es möglich, dass weiterhin eine ausreichende Strömung durch den Verdichter strömt, während dem Ansaugkrümmer eine verringerte Strömung zugeführt wird. Insbesondere kann das CCRV 62 geöffnet werden, um (kühle) Druckluft vom Auslass des Verdichters 114, stromabwärts des CAC 18, zum Einlass des Verdichters 114 zurückzuführen. Zudem kann der Wastegate-Aktor 92 in eine weiter geöffnete (z. B. vollständig geöffnete) Position bewegt werden, damit ein größerer Teil des Abgasstroms zum Auspuffrohr strömt, während er die Turbine umgeht und somit das Runterdrehen der Turbine beschleunigt.
Die Steuerung 12 kann in einem Steuersystem 14 enthalten sein. Der Darstellung nach empfängt der Regler 12 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die in dieser Schrift verschiedene Beispiele beschrieben sind) und sendet Regelsignale an eine Vielzahl von Aktoren 81 (für die in dieser Schrift verschiedene Beispiele beschrieben sind). Zu den Sensoren 16 können beispielsweise ein stromaufwärts der Turbine 116 angeordneter Abgassensor 126, ein MAP-Sensor 124, ein Abgastemperatursensor 128, ein Abgasdrucksensor 129, ein Verdichtereinlasstemperatursensor 55, ein Verdichtereinlassdrucksensor 56 (z. B. zum Messen von P₁), ein Luftmassenstrom(MAF)-Sensor 57, ein Drucksensor 58 und ein TIP-Sensor 59 gehören. Weitere Sensoren, wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Stellen im Fahrzeugsystem 100 gekoppelt sein. Zusätzlich zu den oder anstelle der abgebildeten Sensoren kann die Steuerung Werte für Drücke, Temperaturen und/oder Durchsätze auf Grundlage von Betriebsbedingungen ableiten oder modellieren. Zu den Aktoren 81 können z. B. das Drosselventil 20, das CCRV 62, der Elektromotor 108, der Wastegate-Aktor 92, der BISG 114 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 gehören. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die verschiedenen Aktoren einsetzen, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und in einem Speicher der Steuerung gespeicherter Anweisungen einzustellen. Die Steuerung kann die Aktoren in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer Anweisung oder eines Codes einsetzen, die bzw. der darin entsprechend einer oder mehreren Routinen, wie etwa den hier unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen beispielhaften Steuerroutinen, programmiert ist. Als Reaktion auf eine Anforderung der Fahrzeugabbremsung seitens des Fahrzeugführers, die von der Pedalposition abgeleitet wurde, kann die Steuerung ein Befehlssignal an einen Getriebekupplungsaktor senden, eine Getriebekupplung einzukuppeln, und gleichzeitig ein Befehlssignal an einen Aktor des BISG, der über die Getriebekupplung an den Antriebsstrang gekoppelt ist, senden, einen Betrag an negativem Moment auf den Antriebsstrang anzuwenden und die Bremsenergie als elektrische Energie zum Aufladen einer damit verbundenen 48V-Systembatterie zu rekuperieren. Anschließend, sobald die Batterie eine Schwellenaufladung erreicht hat, kann die Steuerung einen Befehl an ein an die Batterie gekoppeltes Schütz ausgeben, sich zu öffnen. Daraufhin kann die Steuerung die über den BISG erzeugte elektrische Energie verwenden, den Elektromotor zur elektrischen Boost-Unterstützung zum Erzeugen und Speichern verdichteter Luft zu betreiben.
Zu 2 übergehend, wird ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Systems 200, das an ein Hybridfahrzeugsystem wie etwa das Fahrzeugsystem von 1 gekoppelt werden kann, gezeigt. Vorstehend präsentierte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut präsentiert.
Das elektrische System beinhaltet eine Niederspannungsarchitektur, bei der es sich in dem gezeigten Beispiel um eine 12V-Architektur handelt und die hier anhand langer Strichlinien 205 abgebildet ist, und eine Hochspannungsarchitektur, bei welcher es sich in dem gezeigten Beispiel um eine 48V-Architektur handelt und die hier anhand durchgezogener Linien 202 abgebildet ist. Die an die 12V-Architektur gekoppelten elektrischen Komponenten sind dazu ausgelegt, elektrische Leistung bei 12 V aufzunehmen. Zu diesen gehören eine Lichtmaschine 46, eine 12V-Systembatterie 145 und 12V-Zusatzverbraucher 116. Zu weiteren 12V-Komponenten gehören, ohne dass sie abgebildet sind, unterschiedliche elektrische Heizvorrichtungen wie etwa eine Windschutzscheibenheizvorrichtung, eine PTC-Heizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung usw. Die an die 12V-Architektur gekoppelten elektrischen Komponenten sind ferner über einen Gleichspannungswandler 114, der 48V-Gleichspannung in 12V-Gleichspannung umwandelt, an die 48V-Architektur gekoppelt.
Der Gleichspannungswandler 114 ist an eine 48V-Batterie 45 gekoppelt. Somit wandelt der Wandler 114 die von der Systembatterie 45 aufgenommene elektrische Leistung zur Verwendung durch die 12V-Komponenten, zu denen die Systembatterie 145 gehört, um. In einem Beispiel handelt es sich bei der 12V-Systembatterie 145 um einen Bleiakkumulator, wohingegen die 48V-Systembatterie 45 ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist. Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung ist die 48V-Batterie empfindlicher gegenüber Überfüllung. Um ein Überfüllen der 48V-Batterie zu verhindern, ist ein Schütz 206 (oder Schalter oder Relais) an die Batterie 45 gekoppelt, wobei das Schütz 206 die Batterie 45 mit einer Quelle für elektrische Leistung mit 48 V verbindet. Wenn der Ladezustand (SOC) der Batterie 45 unter einem Schwellenwert ungleich Null liegt, wie etwa unter 95 % SOC, wird das Schütz auf eine geschlossene Position betätigt, was bewirkt, dass sich der Schaltkreis schließt. Diese Position ermöglicht es, dass die Batterie 45 Ladung aus einer 48V-Verteilerdose 112 aufnimmt. Andernfalls, wenn der Ladezustand (SOC) der Batterie 45 über dem Schwellenwert ungleich Null liegt, wie etwa über 95 % SOC, wird das Schütz auf eine offene Position befehligt und der Schaltkreis geöffnet, was das Aufnehmen weiterer Ladung durch die Batterie 45 blockiert.
Die Verteilerdose 112 nimmt elektrische Leistung aus mehreren Quellen auf. Zu diesen Quellen zählen Motorgeneratoren, die als Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung arbeiten können, welche zur Verteilerdose 112 zur Speicherung in der Batterie 45 weitergeleitet wird. Dieselben Motorgeneratoren arbeiten auch als Motor, um elektrische Leistung zu verwenden, die über die Verteilerdose 112 von der Batterie 45 bezogen wird. Beispielsweise wird elektrische Leistung durch einen riemengetriebenen Startergenerator BISG 114 erzeugt, wenn er die Rotation der Kurbelwelle in elektrische Leistung umwandelt (wobei der BISG in einem Erzeugungsmodus arbeitet). Elektrische Leistung wird auch durch den BISG 114 erzeugt, wenn während eines Abbremsvorgangs ein negatives Moment durch den BISG 114 auf einen Fahrzeugantriebsstrang angewendet wird (auch hier arbeitet der BISG im Erzeugungsmodus). Dabei bewirkt das angewendete negative Moment ein Nutzbremsen, das elektrische Leistung beim BISG erzeugt, welche zur Verteilerdose 112 weitergeleitet wird. Wie bezüglich 3 dargelegt, kann die während eines Fahrzeugabbremsvorgangs durch den BISG 114 erzeugte elektrische Leistung aus der Verteilerdose bezogen und auf den Elektromotor 108 angewendet werden. Das dadurch entstehende positive Moment, das durch den Elektromotor 108 auf eine Steuerwelle des Turboladers des Motors angewendet wird, erzeugt verdichtete Luft, die verwendet oder zur späteren Verwendung in einem Speicherbehälter gespeichert werden kann. Der BISG 114 kann auch elektrische Leistung beziehen, um dem Antriebsstrang Drehmoment bereitzustellen, wenn er in einem Motormodus arbeitet. Um ein anderes Beispiel zu nennen, wird elektrische Leistung durch den Elektromotor 108 erzeugt, der an die Vorrichtung zur elektrischen Aufladung, hier den elektrischen Turbolader (oder eTurbo), gekoppelt ist, wenn er die Rotation der Welle in elektrische Leistung umwandelt. Der Elektromotor 108 kann auch elektrische Leistung aus der Batterie beziehen, um die Abgabeleistung des eTurbos zu erhöhen.
Auf diese Weise ermöglichen die Komponenten der 1-2 ein Fahrzeugsystem, umfassend: einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; einen riemengetriebenen Startergenerator (BISG), der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; einen Turbolader mit einem Ansaugverdichter, der über eine Welle mechanisch an eine Abgasturbine gekoppelt ist, und einem an die Welle gekoppelten Elektromotor zur elektrische Aufladungsunterstützung; eine erste Umgehungsleitung mit einem Rückführventil zum Zurückführen verdichteter Luft von einem Verdichterauslass zu einem Verdichtereinlass; ein stromabwärts des Verdichters an den Motoreinlass gekoppeltes Drosselventil; eine zweite Umgehungsleitung mit einem Speicherventil und einem Speicherbehälter für verdichtete Luft, wobei sich die zweite Umgehungsleitung stromabwärts des Verdichterauslasses und stromaufwärts der Drossel befindet; ein elektrisches System, das eine Hochspannungsbatterie, eine Niederspannungsbatterie, eine elektrische Heizvorrichtung und eine Verteilerdose beinhaltet, wobei die Hochspannungsbatterie über ein Schütz elektrisch an die Verteilerdose gekoppelt ist, wobei die Verteilerdose elektrisch an jeden von dem BISG und dem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Fahrzeuggeschwindigkeit, Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG mit geschlossenem Schütz und Aufladen der Hochspannungsbatterie auf einen Schwellenladezustand; und anschließendes Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG während des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung mit offenem Schütz und während des Öffnens des Speicherventils zum Speichern verdichteter Luft im Speicherbehälter. Das Anwenden von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung kann beispielsweise ein Weiterleiten durch den BISG erzeugter elektrischer Leistung zur Verteilerdose und ein Beziehen elektrischer Leistung aus der Verteilerdose zum Drehen der Welle über den Elektromotor mit offener Ansaugdrossel, bis der Speicherbehälter gefüllt ist, beinhalten. Des Weiteren kann die Steuerung weitere Anweisungen beinhalten, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die elektrische Heizvorrichtung zu betreiben; und Fortsetzen des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung; und Öffnen des Rückführventils zum Zurückführen verdichteter Luft über den Verdichter mit der geschlossenen Ansaugdrossel. Die Steuerung kann weitere Anweisungen beinhalten, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die Niederspannungsbatterie aufzuladen. In einem Beispiel ist die Hochspannungsbatterie stärker ladungsempfindlich und schließt einen Lithium-Ionen-Akkumulator ein, und die Niederspannungsbatterie ist weniger ladungsempfindlich und schließt einen Bleiakkumulator ein.
Um zu 3 überzugehen, ist ein Beispielverfahren 300 zum Ermöglichen einer Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit ohne Überladen einer ladungsempfindlichen Systembatterie gezeigt. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen in dieser Schrift beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 302 beinhaltet das Verfahren Schätzen und/oder Messen von Fahrzeugbetriebsbedingungen. Zu diesen gehören beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, der vom Fahrer vorgegebene Drehmomentbedarf, Fahrbremsbedarf, Umgebungsbedingungen wie etwa die Umgebungstemperatur, der Luftdruck und die Feuchtigkeit, der Ladezustand (SOC) der Systembatterie, das Verhältnis vom über Motordrehmoment bereitgestellten Radmoment zum Elektromotordrehmoment von einem Elektromotor usw. Die Fahrzeugbetriebsbedingungen können auch Motorbetriebsbedingungen einschließen. Zu diesen gehören beispielsweise die Motordrehzahl, der MAF, MAP, die AGR-Strömung, der Ladedruck usw.
Bei 304 kann bestimmt werden, ob ein Abbremsvorgang vorliegt. In einem Beispiel kann ein Abbremsvorgang als Reaktion auf eine Bremsanforderung bei Fahrzeugbetrieb bestätigt werden, die beispielsweise von der Betätigung eines Bremspedals (und/oder der Freigabe eines Fahrpedals) durch einen Fahrzeugführer abgeleitet werden kann. In einem Beispiel kann eine Bremsanforderung bestätigt werden, wenn sich die Stellung des Bremspedals (oder die Stellung des Fahrpedals) um über 50 % ändert. Als Reaktion auf den Abbremsvorgang kann bestimmt werden, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren ist. Ein Betrag des Bremsmoments, das auf Fahrzeugräder anzuwenden ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren, wird in Abhängigkeit von der anfänglichen Fahrzeuggeschwindigkeit, bei welcher die Abbremsung angefordert wird, sowie als Ausmaß der angeforderten Abbremsung (das von einer angestrebten, reduzierten Fahrzeuggeschwindigkeit, einer finalen Stellung des Bremspedals bei Betätigung durch den Fahrzeugführer oder einer finalen Stellung des Fahrpedals bei Freigabe durch den Fahrzeugführer abgeleitet werden kann) bestimmt. In einem Beispiel ist ein höheres Bremsmoment erforderlich, wenn die anfängliche Fahrzeuggeschwindigkeit, von der ausgehend das Fahrzeug abbremst, zunimmt, und wenn die Stellung des Bremspedals/Fahrpedals über den Abbremsvorgang hinweg um ein höheres Maß geändert wird.
Falls ein Abbremsvorgang nicht bestätigt wird, können die Einstellungen des Elektromotors zur elektrischen Aufladungsunterstützung bei 306 beibehalten werden. Falls der Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung zum Beispiel positives Moment auf die Turboladerwelle angewendet hat, um den Aufladungsbedarf zu decken, dann kann die Anwendung von positivem Moment fortgesetzt werden. Falls der Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung kein Drehmoment auf die Turboladerwelle angewendet hat, um ein anderes Beispiel zu nennen, kann der Elektromotor deaktiviert gehalten bleiben.
Falls ein Abbremsvorgang bestätigt wird, geht das Verfahren zu 308 über, um das Fahrzeug mittels Nutzbremsung abzubremsen. Das Abbremsen des Fahrzeugs mittels Nutzbremsung beinhaltet ein Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs über einen Motorgenerator und ein Absorbieren des Drehmoments zum Erzeugen elektrischer Energie. In einem Beispiel, in dem das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, kann das Nutzbremsmoment über einen Elektromotor angewendet werden, der an den Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs gekoppelt ist, wie etwa den Motorgenerator 52. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann das Nutzbremsmoment über einen an den Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs gekoppelten BISG angewendet werden. Der Betrag des negativen Moments, das durch den Hybridmotor oder BISG auf den Antriebsstrang angewendet wird, kann proportional zur erforderlichen Reduktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Die erzeugte elektrische Energie wird zu einer 48V-Verteilerdose weitergeleitet, von welcher die elektrische Energie zum Aufladen einer Hochspannungssystembatterie, wie etwa eines 48V-System-Lithium-Ionen-Akkumulators, verwendet wird.
Beispielsweise kann der Gesamtbetrag an negativem Moment, der während eines Fahrzeugabbremsvorgangs erforderlich ist, anhand eines Modells, einer Lookup-Tabelle oder eines Algorithmus in Abhängigkeit von der Bremsanforderung des Fahrzeugführers bestimmt werden (wie etwa auf der Grundlage eines Grads des Herabdrückens des Bremspedals). Die Steuerung kann den Umfang des Herabdrückens des Bremspedals in die Lookup-Tabelle als Eingabe einspeisen und eine Schätzung des erforderlichen Bremsmoments als Ausgabe empfangen.
Bei 310 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob der Ladezustand der Systembatterie für Hochspannung (bspw. 48V) über einem Schwellenwert ungleich Null liegt. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob der SOC über 95 % liegt. Über dem Schwellen-SOC ist die Batterie möglicherweise nicht in der Lage, eine zusätzliche Aufladung aufzunehmen, ohne Gefahr zu laufen, dass die Leistungsfähigkeit der Batterie beeinträchtigt wird. Außerdem wird möglicherweise die Batterielaufzeit beeinträchtigt. Daher wird das Nutzbremsen bei gleichzeitiger Batterieaufladung bei 312 fortgesetzt, bis die Batterie ausreichend aufgeladen ist. Falls der Batterie-SOC über dem Schwellenwert liegt, beinhaltet das Verfahren bei 314 ein Öffnen des Schützes für die 48V-Batterie, um eine weitere Aufladung der Batterie zu blockieren. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Befehlssignal an den Schützanker senden, um ihn auf eine Position zu bewegen, auf welcher der elektrische Schaltkreis, welcher die 48V-Batterie über eine 48V-Verteilerdose an die Quelle der elektrischen Energie koppelt, offen ist. Infolgedessen geht an der Batterie keine weitere Aufladung ein. Falls der Batterie-SOC andernfalls unter dem Schwellenwert liegt, kann die Steuerung den Schütz für die 48V-Batterie geschlossen halten, um es zu ermöglichen, dass die Aufladung der Batterie fortgesetzt wird. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Befehlssignal an den Schützanker senden, um ihn auf eine Position zu bewegen, auf welcher der elektrische Schaltkreis, welcher die 48V-Batterie über eine 48V-Verteilerdose an die Quelle der elektrischen Energie koppelt, offen ist.
Bei 316, nachdem die weitere Aufladung der Batterie blockiert wurde, kann bestimmt werden, ob ein weiteres Bremsen erforderlich ist. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob der gewünschte Umfang der Fahrzeugabbremsung erreicht worden ist (z. B., ob die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf einer Bremsanforderung auf eine Sollgeschwindigkeit reduziert worden ist). Falls ein weiteres Bremsen nicht erforderlich ist, wie es beispielsweise der Fall sein kann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ausreichend reduziert worden ist, so beinhaltet das Verfahren bei 318 ein Schließen des Schützes für die 48V-Systembatterie, da eine weitere Ladungsübertragung nicht vorweggenommen wird. Daraufhin endet das Verfahren.
Falls ein weiteres Bremsen erforderlich ist, wie es beispielsweise der Fall sein kann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht ausreichend reduziert worden ist, nachdem die Batterie auf den Schwellen-SOC aufgeladen wurde, beinhaltet das Verfahren bei 320 ein Bestimmen, ob der BISG beeinträchtigt ist. Falls der BISG beeinträchtigt ist, beinhaltet das Verfahren 324 ein Anwenden der Reibungsbremsen zur Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Reibungsbremsen können beispielsweise angewendet werden, um zum Bereitstellen der erforderlichen Reduktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ein negatives Radmoment bereitzustellen. Falls der BISG funktionsfähig ist, kann die Energierekuperation über den BISG und den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung aktiviert werden.
Es versteht sich, dass die Energierekuperation über den BISG und den Elektromotor in weiteren Beispielen nur aktiviert werden kann, wenn jede der folgenden Bedingungen bestätigt wird: dass der BISG nicht beeinträchtigt ist, dass das Luftspeicherventil, das den Ansaugkrümmer an den Speicherbehälter koppelt, nicht beeinträchtigt ist, dass der Speicherbehälter für verdichtete Luft ein Fassungsvermögen aufweist, das über einem Schwellenwert liegt, und dass die Temperatur des Elektromotors zur elektrischen Aufladungsunterstützung unter einer Schwellentemperatur (beispielsweise unter 100 °C) liegt. Ist eine jede der oben genannten Bedingungen nicht erfüllt, wie etwa, falls der BISG beeinträchtigt ist, falls das Luftspeicherventil beeinträchtigt ist, falls der Speicherbehälter um mehr als den Schwellenwert voll ist (bspw. zu über 99 % voll) oder falls die Temperatur des Elektromotors zur elektrischen Aufladungsunterstützung über der Schwellentemperatur liegt, so können die Anwendung von negativem Moment vom BISG und die Anwendung von positivem Moment vom Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung deaktiviert werden. Anstelle dessen kann die Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit per Betätigung der Reibungsbremsen (bei 324) vorgenommen werden.
Die Bremsenergierekuperation über den BISG und den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung beinhaltet, bei 326, ein Einkuppeln einer Getriebekupplung und, bei 328, ein Anwenden von negativem Moment vom BISG auf den Antriebsstrang über die eingekuppelte Getriebekupplung. Beispielsweise kann die Steuerung ein Befehlssignal an das Antriebsstranggetriebe senden, eine Getriebekupplung auf eine eingekuppelte Position zu betätigen. Durch das Einkuppeln der Getriebekupplung kann ein reibungsloseres Funktionieren der Drehmomentabsorption beim BISG ermöglicht werden. Die Getriebekupplung kann zum Auswählen eines Getriebegangs eingekuppelt werden, wobei der Gang in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewählt wird. Ferner kann die Steuerung den Betrag an Leistung schätzen, die zurückzugewinnen ist, um die erforderliche Abbremsung bereitzustellen. Dies entspricht der zusätzlichen Bremsenergie, die zum Reduzieren der Fahrzeugraddrehzahl nach Anwenden von negativem Moment über den BISG, bis die Batterie aufgeladen ist, erforderlich ist.
Das Anwenden von negativem Moment vom BISG auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs zum Abbremsen des Fahrzeugs beinhaltet, dass die Steuerung einen Befehl an den BISG ausgibt, zusätzliches negatives Moment auf den Antriebsstrang anzuwenden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren, wobei das angewendete Bremsmoment vom BISG zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird. Das negative Moment vom BISG bewirkt, dass das Fahrzeug gebremst wird, während über den Betrieb des BISG in einem Erzeugungsmodus gleichzeitig elektrische Leistung erzeugt wird. Bei 330 beinhaltet das Verfahren ein Weiterleiten der beim BISG (über die Anwendung von negativem Moment) erzeugten elektrischen Energie zu einer 48V-Verteilerdose der elektrischen Architektur des Fahrzeugs.
Auf diese Weise wird durch Rekuperieren der Bremsenergie über den Antriebsstrang, indem dem BISG ein negatives Moment proportional zur erforderlichen Fahrzeugbremsung befehligt wird, die Notwendigkeit des Anwendens der Reibungsbremsen reduziert. Diese verbessert die Kraftstoffeffizienz und verbessert die Haltbarkeit der Bremsen.
Bei 334 beinhaltet das Verfahren ein Beziehen elektrischer Energie aus der 48V-Verteilderdose und ein Verwenden derselben, um den Elektromotor des Turboladers zu betreiben. Insbesondere wird durch den BISG erzeugte elektrische Leistung verwendet, um Ladedruck zu erzeugen, indem per Betrieb des e-Boost-Elektromotors (in einem Motormodus) positives Moment auf die Turboladerwelle angewendet wird. An den e-Boost-Elektromotor wird ein Befehl ausgegeben, Leistung zu verbrauchen und positives Moment bereitzustellen, das proportional zu dem negativen Moment ist, das dem BISG befehligt wurde. Insbesondere wird der e-Boost-Elektromotor dazu befehligt, die gleiche Leistung zu verbrauchen, die der BISG rekuperiert, da die Nutzbremsenergie nicht zum Aufladen der Systembatterie verwendet werden kann. Durch das Verwenden der vom BISG erzeugten elektrischen Leistung während des Bremsens des Fahrzeugs, um den e-Boost-Elektromotor laufen zu lassen, wird die Bremsenergie in Form verdichteter Luft nutzbar gemacht, statt verschwendet zu werden. Des Weiteren wird die Anwendung der Reibungsbremsen während der Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert.
Bei 336 kann bestimmt werden, ob der Speicherbehälter für verdichtete Luft, der stromabwärts des Verdichters gekoppelt ist, voll ist (oder ob in ihm eine Menge an verdichteter Luft gespeichert ist, die über einem Schwellenwert liegt). Falls nicht, kann der Schluss gezogen werden, dass in dem Behälter verdichtete Luft gespeichert werden kann. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren bei 338 ein Befehligen eines Luftspeicherventils, das den Ansaugkrümmer, stromabwärts des Turboladerverdichters und stromaufwärts der Ansaugdrossel, an einen Luftspeicherbehälter koppelt, sich zu öffnen. Eine Öffnung des Luftspeicherventils kann eingestellt werden, um den Ladedruck zu steuern. Beispielsweise kann die Öffnung eingestellt werden, um einen Druck außerhalb des Speicherbehälters über dem Druck innerhalb des Speicherbehälters zu halten. Die Menge der verdichteten Luft, die im Speicher gespeichert wird, ist vom Speicherungsvermögen des Behälters und einer Differenz zwischen dem Luftdruck im Inneren des Behälters relativ zum Drosseleinlassdruck (Druck außerhalb des Behälters) abhängig. Das Betreiben des Elektromotors und Öffnen des Ventils gegenüber dem Speicherbehälter ermöglicht es, die rekuperierte Energie zum Erzeugen und Speichern verdichteter Luft zu verwenden, die zugleich verwendet oder zur späteren Verwendung verwendet werden kann. Das Ventil kann offen gehalten werden, bis der Speicherbehälter voll ist, woraufhin das Ventil geschlossen wird und das Verfahren zu 340 übergeht. In einem Beispiel kann die verdichtete Luft zum Betreiben einer oder mehrerer pneumatischer Vorrichtungen des Fahrzeugs verwendet werden. Dazu können zum Beispiel pneumatische Werkzeuge oder das Aufpumpen von Reifen gehören. Alternativ kann die Luft verwendet werden, um Luft für „Druckluftanschlüsse“ bereitzustellen, um beispielsweise einen Laubbläser zu betreiben, Luftballons aufzublasen usw. Um ein anderes Beispiel zu nennen, kann die gespeicherte verdichtete Luft verwendet werden, um ein Lufthorn anzutreiben, einen pneumatischen Wagenheber aufzupumpen oder eine Sodaflasche mit Kohlensäure zu versetzen. Die verdichtete Luft kann weiterhin zur späteren Verwendung gespeichert werden, um das zukünftige Motorreaktionsvermögen mit leicht verfügbarem Ladedruck, wie etwa unter Bedingungen mit Turboverzögerung, zu verbessern. Dabei kann die verdichtete Luft verwendet werden, um den Ladedruck zu erhöhen, während eine Turbine hochdreht. Alternativ kann die Luft zum Hochdrehen der Turbine verwendet werden, wodurch elektrische Leistung gespart wird, die zum Betreiben des e-Boost-Elektromotors erforderlich ist. Darüber hinaus könnte die verdichtete Luft während des Arbeitshubs einem oder mehreren Motorzylindern zugeführt werden, um den Motor mit reduzierter Kraftstoffzufuhr (bspw. ohne Kraftstoffzufuhr) laufen zu lassen. In weiteren Beispielen kann die verdichtete Luft beim Passieren einer Rohrleitung ausgedehnt werden, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird, der für eine oder mehrere vakuumbetätigte Vorrichtungen wie etwa Unterdruckbremsen, einen Staubsauger oder zum Ersetzen (oder Unterstützen) einer Motorunterdruckpumpe verwendet werden kann. Von dort geht das Verfahren zu 342 über.
Wenn der Speicherbehälter für verdichtete Luft voll ist (oder nachdem der Speicherbehälter auf einen Schwellenpegel gefüllt worden ist), geht das Verfahren zu 340 über, um die erzeugte verdichtete Luft zurückzuführen. Insbesondere wird, während die elektrische Energie durch Betreiben des e-Boost-Elektromotors weiterhin vom BISG rekuperiert wird, die verdichtete Luft über den Verdichter zurückgeführt, indem eine Öffnung des CRV vergrößert wird (beispielsweise, indem das CCRV auf eine komplett offene Stellung gerückt wird), während die Öffnung der Drossel verkleinert wird (beispielsweise, indem die Drossel auf eine komplett geschlossene Position gerückt wird). Die Rückführung ermöglicht es, die rekuperierte Energie (die über das negative Moment des BISG und das positive Moment des Elektromotors zur elektrischen Aufladung nutzbar gemacht wurde) sicher einzubringen, ohne die Systembatterie zu überladen.
Sowohl von 340 als auch 338 geht das Verfahren zu 342 über, wo das Verfahren (optional) ferner ein Verstärken der elektrischen Verbraucher, die an den Motor angelegt werden, beinhaltet. Dies ermöglicht es, dass die rekuperierte Bremsenergie (und dementsprechende elektrische Energie) über elektrische Verbraucher verbraucht wird, statt verschwendet zu werden. Beispielsweise kann die Steuerung den 12V-Zusatzverbraucher verstärken, der an den Motor angelegt wird. Des Weiteren kann die Steuerung die Leistungsanforderung von den elektrischen 12V-Verbrauchern zum Gleichspannungswandler (48V-12V-Wandler) derart ändern, dass sie ein Abhängigkeitsverhältnis der Differenz zwischen der ursprünglich angeforderten Bremsleistung und der Leistung für den schlechtesten Fall, die zum Aufrechterhalten der Geschwindigkeitskontrolle erforderlich ist, darstellt. Das Verstärken der Zusatzlasten kann ein Verwenden der über den BISG erzeugten elektrischen Energie beinhalten, um einen oder mehrere elektrische Heizvorrichtungen wie etwa eine PTC-Heizvorrichtung, eine Windschutzscheibenheizvorrichtung und eine Innenraumheizvorrichtung zu betreiben. Zu noch anderen Verbrauchern kann die Steuerung gehören, die eine Klimatisierungseinheit des Fahrzeugs betreibt, um die Innenraumtemperatur auf eine Einstellung, die auf dem Fahrerbedarf oder früheren Einstellungen beruht, zu erhöhen oder zu senken.
Während der BISG zum Anwenden eines negativen Moments und Erzeugen überschüssiger elektrischer Energie betrieben wird, kann die Energie in einem Beispiel (in Form gespeicherter verdichteter Luft) in den Speicherbehälter für verdichtete Luft oder (in Form bezogenen Stroms) in die Zusatzverbraucher eingebracht werden, wobei ein Verhältnis von in den Speicherbehälter für verdichtete Luft eingebrachter Energie zu in die Zusatzverbraucher eingebrachter Energie auf dem Fassungsvermögen des Speicherbehälters beruht. Wenn beispielsweise der Druck im Speicherbehälter für verdichtete Luft niedriger ist (wenn er z. B. leer ist), kann ein größerer Anteil der elektrischen Energie zum Betreiben des Elektromotors verwendet werden, um verdichtete Luft zu erzeugen, die im Behälter gespeichert wird, und ein geringerer Anteil der elektrischen Energie kann zum Betreiben zusätzlicher Heizvorrichtungen verwendet werden. Wenn der Druck im Speicherbehälter für verdichtete Luft dann höher ist (wenn er z. B. voll ist), kann ein geringerer Anteil der elektrischen Energie zum Betreiben des Elektromotors verwendet werden, um verdichtete Luft zu erzeugen, die über das CCRV zurückgeführt wird, und ein größerer Anteil der elektrischen Energie kann zum Betreiben zusätzlicher Heizvorrichtungen verwendet werden.
Auf diese Weise kann die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Anwenden von negativem Moment von dem BISG während einer Fahrzeugbremsanforderung auf der Grundlage einer Ladungsmenge, die eine Systembatterie aufnehmen kann, kontrolliert werden, während gleichzeitig die Nutzbremsenergie in Form verdichteter Luft rekuperiert wird. Durch Einstellen der Öffnung eines Verdichterrückführventils während des Betreibens des Elektromotors anhand von elektrischer Energie, die durch den BISG rekuperiert wurde, kann die durch den Elektromotor erzeugte verdichtete Luft über den Verdichter zurückgeführt werden, statt verschwendet und statt zum Überfüllen der Batterie verwendet zu werden. Durch das Einstellung der Öffnung eines Luftspeicherventils, das verdichtete Luft aus einem Verdichter zu einem Speicherbehälter umleitet, kann der Krümmerdruck auf dem Drehmomentbedarf beruhend gesteuert werden, und die in Form verdichteter Luft rekuperierte Energie kann zur Ladedrucksteuerung (wie etwa während einer Turboverzögerung) verwendet werden. Durch das Rekuperieren der Bremsenergie in Form verdichteter Luft, statt sie zu verschwenden, wird die Kraftstoffeffizienz verbessert. Durch das Verwenden zuvor gespeicherter verdichteter Luft während einer Turboverzögerung wird nicht nur Bremsenergie während des Speicherns der verdichteten Luft rekuperiert, sondern es wird auch die Notwendigkeit reduziert, elektrische Energie zu beziehen, um während der Turboverzögerung eine elektrische Aufladung bereitzustellen, was die Kraftstoffeffizienz weiter verbessert. Um zu 4 überzugehen, wird in Diagramm 500 ein Beispiel für eine Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Bremsvorgangs mittels proportionierter Aufteilung von negativem Moment zwischen einem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung und einem BISG gezeigt. Die Einstellungen von 4 können durch an Fahrzeugaktoren gerichtete Befehlssignale ermöglicht werden, was gemäß dem Verfahren von 3 erfolgt. Das Verfahren ermöglicht die Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere in Situationen, in denen eine ladungsempfindliche Systembatterie potentiell überladen werden könnte.
Das Diagramm 400 bildet bei Verlauf 402 die Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Verlauf 404 bildet den Ladungszustand (SOC) einer Systembatterie (konkret einer Batterie mit 48V-Architektur, die an einen Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt ist) im Verhältnis zu einem Schwellenwert 406 ab. Oberhalb des Schwellen-SOC kann auf eine Batterieüberfüllung hingewiesen werden. Verlauf 408 bildet eine Drehmomentabgabe durch einen an eine Turboladerwelle gekoppelten Elektromotor ab, wobei der Elektromotor dazu ausgelegt ist, eine elektrische Aufladungsunterstützung bereitzustellen (und in dieser Schrift auch als e-Boost-Elektromotor bezeichnet wird). Verlauf 407 bildet eine Drehmomentabgabe durch einen an einen Hybridfahrzeugantriebsstrang gekoppelten Elektromotor ab, wobei der Elektromotor zum Antreiben des Hybridfahrzeugs während eines elektrischen Modus oder eines Unterstützungsmodus des Fahrzeugbetriebs ausgelegt ist. Die Drehmomentabgabe oberhalb der 0-Marke gibt eine Abgabe von positivem Moment an, die darauf hinweist, dass der Elektromotor als Motor arbeitet, um eine Abgabe von positivem Moment zum Drehen der Turboladerwelle (im Fall des e-Boost-Elektromotors) oder der Antriebsstrangwelle (im Fall des Hybridmotors) bereitzustellen. Wenn die Drehmomentabgabe unter der 0-Marke liegt, dann weist dies darauf hin, dass der Elektromotor als Generator arbeitet, um eine Abgabe von negativem Moment bereitzustellen, wobei das Drehmoment von der sich drehenden Welle verwendet wird, um den Generator (im Fall des e-Boost-Elektromotors) anzutreiben, oder von der Antriebsstrangwelle (im Fall des Hybridmotors) verwendet wird. Verlauf 410 gibt einen Aufladungsdruck (oder Drosseleinlassdruck) an, der an einem Auslass eines Ansaugverdichters des Turboladers geschätzt wird. Verlauf 414 bildet einen Beitrag des BISG-Drehmoments am insgesamt gewünschten Drehmoment ab. Verlauf 416 bildet einen Öffnungsgrad eines Luftspeicherventils ab, das den Ansaugkrümmer, stromabwärts des Verdichterauslasses und stromaufwärts einer Ansaugdrossel, an einen Luftspeicherbehälter koppelt. Verlauf 418 bildet einen Speicherbehälterdruck ab, der auf einen Füllstand des Behälters hinweist. Wenn in dem Behälter mehr verdichtete Luft gespeichert wird, steigt der Behälterdruck. Wenn der Öffnungsgrad des Ventils zunimmt, kann verdichtete Luft zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Speichertank weitergeleitet werden, wobei Umfang und Richtung der Weiterleitung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkrümmerdruck und dem Speicherbehälterdruck bestimmt werden. Wenn der Druck im Speicherbehälter beispielsweise höher als der im Ansaugkrümmer ist, wird verdichtete Luft aus dem Speicherbehälter in den Ansaugkrümmer freigesetzt, was beispielsweise verwendet werden kann, um die Aufladungsreaktion zu verbessern, wenn die Turbine hochdreht. Ist der Druck im Speicherbehälter geringer als der im Ansaugkrümmer, um ein anderes Beispiel zu nennen, dann wird verdichtete Luft aus dem Ansaugkrümmer zur späteren Verwendung beim Verbessern der Aufladungsreaktion im Speicherbehälter gespeichert. Verlauf 420 bildet einen Zustand eines an die Systembatterie gekoppelten Schützes/Schalters ab. Wenn der Schütz offen ist, ist ein elektrischer Schaltkreis, der die Batterie an eine 48V-Verteilerdose koppelt, offen, was die Ladungsübertragung zu/von der Batterie blockiert. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist der elektrische Schaltkreis, der die Batterie an die 48V-Verteilerdose koppelt, geschlossen, was die Ladungsübertragung zu/von der Batterie ermöglicht. Verlauf 422 bildet die Öffnung eines stufenlos verstellbaren Verdichterrückführventils (CCRV) dar, das in einer Umgehungsleitung über den Ansaugverdichter gekoppelt ist. Wenn die Öffnung des Ventils zunimmt, wird ein größerer Teil der durch den Ansaugverdichter verdichteten Luft von dem Verdichterauslass zum Verdichtereinlass zurückgeführt. Verlauf 424 zeigt die Öffnung einer Ansaugdrossel.
Vor t1 kann das Fahrzeug bei einer im Wesentlichen stetigen Geschwindigkeit arbeiten (Verlauf 402), wobei der Motor mit Aufladung arbeitet (Verlauf 410). Der Ladedruck kann über einen Turbolader bereitgestellt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist zur Aufladungssteuerung keine elektrische Unterstützung erforderlich, worauf dadurch hingewiesen wird, dass kein Elektromotordrehmoment vom e-Boost-Elektromotor (Verlauf 408) und keine Änderung des SOC einer an den e-Boost-Elektromotor gekoppelten Systembatterie (Verlauf 404) vorliegen. Da die Batterie unter dem Schwellen-SOC 406 liegt, wird ein Schütz/Schalter, der die Batterie an eine 48V-Architektur des Fahrzeugsystems koppelt, geschlossen gehalten (Verlauf 420). Dies ermöglicht es, dass die Batterie über eine 48V-Verteilerdose Ladung von anderen elektrischen Komponenten des Fahrzeugsystems erhalten oder an diese abgeben kann. Zu diesem Zeitpunkt wird das gesamte gewünschte Drehmoment über durch Motorverbrennung entstehendes Drehmoment bereitgestellt, weshalb kein BISG-Drehmoment erforderlich ist (Verlauf 414). Ein Luftspeicherventil, das einen Motoransaugkrümmer stromabwärts des Turboladerverdichters an einen Luftspeicherbehälter koppelt, wird geschlossen gehalten (Verlauf 416). Infolgedessen bleibt die Menge der verdichteten Luft im Luftspeicherbehälter konstant und der Behälterdruck ändert sich nicht (Verlauf 418). Eine Rückführung verdichteter Luft ist nicht erforderlich, weshalb das CCRV (Verlauf 422) geschlossen (oder auf einer minimalen Einstellung auf der Grundlage des Ladedrucks, was den Pumpgrenzabstand des Verdichters verbessert) gehalten wird. Die Drosselöffnung (Verlauf 424) wird auf der Grundlage des vom Fahrer vorgegebenen Bedarfs angepasst.
Bei t1 wird eine Bremsanforderung seitens eines Fahrzeugführers empfangen. Beispielsweise kann eine Zunahme des Bremsbedarfs vorliegen, weil ein Fahrzeugführer ein Bremspedal herabdrückt. Um die angeforderte Bremsung bereitzustellen, wird negatives Elektromotormoment über einen Elektromotor des Hybridantriebsstrangs des Fahrzeugs (wie etwa einen Elektromotor, der zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, wie etwa den Motorgenerator 52 von 1) angewendet, und eine Nutzbremsung wird verwendet, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, während die Systembatterie aufgeladen wird (Verlauf 407). Der Betrag des angewendeten negativen Moments ist vom Bremsbedarf seitens des Fahrzeugführers abhängig. Das angewendete negative Moment wird zwischen t1 und t2 zum Aufladen einer an den e-Boost-Elektromotor gekoppelten Systembatterie verwendet. Hierbei handelt es sich bei der Batterie um eine Batterie mit 48V-Architektur wie etwa einen Li-Ionen-Akkumulator.
Zudem wird bei t1 der Ladedruck weiter reduziert, indem die Öffnung des Luftspeicherventils vergrößert wird, sodass ein Teil der beim Turbolader verdichteten Luft zur späteren Verwendung zum Luftspeicherbehälter geleitet und darin gespeichert wird. Alternativ kann die verdichtete Luft zugleich verwendet werden, um eine pneumatische Vorrichtung des Fahrzeugs zu betreiben. Im vorliegenden Beispiel wird ein größerer Anteil der angeforderten Fahrzeugabbremsung und des damit verbundenen Abfalls des Ladedrucks anhand der Nutzbremsung des Elektromotors (und der daraus resultierenden Aufladung der Systembatterie) bereitgestellt, wohingegen ein verbleibender kleinerer Anteil des angeforderten Abfalls des Ladedrucks anhand des Speicherns verdichteter Luft im Speicherbehälter bereitgestellt wird.
Bei t2 erreicht die Batterie den Schwellen-SOC 406. Würde die Batterie weiterhin Ladung erhalten, wie anhand des gestrichelten Segments 405 angegeben, dann kann die Batterie überfüllt werden, was zu Problemen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit führt. Um das Überfüllen der Batterie zu verhindern, wird bei t2 ein Schütz/Schalter, der die Batterie an die übrige elektrische 48V-Architektur des Fahrzeugsystems koppelt, geöffnet (Verlauf 420). Dies verhindert, dass eine weitere Ladung zur Batterie gelangt. Des Weiteren wird die Anwendung von negativem Moment über den e-Boost-Elektromotor deaktiviert, während die Anwendung von negativem Moment über einen an den Fahrzeugantriebsstrang gekoppelten BISG aktiviert wird. Bevor ein Befehl an den BISG ausgegeben wird, Drehmoment auf den Antriebsstrang anzuwenden, kann eine Getriebekupplung eingekuppelt werden, um den BISG dazu zu befähigen, das Drehmoment zu absorbieren.
Der BISG kann dazu befehligt werden, ein negatives Moment auf den Antriebsstrang anzuwenden, das proportional zum Bremsmoment ist, welches zum Abbremsen des Fahrzeugs erforderlich ist. Sowohl der BISG als auch der e-Boost-Elektromotor können über die 48V-Verteilerdose an die Systembatterie, und aneinander, gekoppelt werden. Durch das Anwenden von negativem Moment über den BISG kann die Nutzbremsenergie eingebracht werden, ohne dass die Systembatterie überfüllt wird. Das über den BISG angewendete negative Moment führt dazu, dass der BISG als Generator arbeitet und elektrische Energie erzeugt, die zur Verteilerdose geleitet wird. Da die rekuperierte elektrische Energie zu diesem Zeitpunkt nicht dazu verwendet werden kann, die Systembatterie aufzuladen, wird die rekuperierte elektrische Energie stattdessen verwendet, um verdichtete Luft zu erzeugen. Insbesondere wird, während der BISG befehligt wird, negatives Moment anzuwenden, dem e-Boost-Elektromotor ein positives Moment befehligt, das proportional zum angewendeten negativen Moment des BISG ist. Der Elektromotor bezieht elektrische Energie aus der Verteilerdose und verwendet sie, um die Turboladerwelle zu drehen, was eine Zunahme der Erzeugung verdichteter Luft ergibt. Gleichzeitig wird die Öffnung des Luftspeicherventils weiter vergrößert, um die erzeugte verdichtete Luft zu speichern. Die Öffnung des Luftspeicherventils wird in Abhängigkeit von dem durch den e-Boost-Elektromotor angewendeten Elektromotordrehmoment oder dem durch den BISG angewendeten negativen Moment vergrößert. Infolgedessen wird das Fahrzeug abgebremst, indem Nutzbremsenergie rekuperiert und sie in Form verdichteter Luft, die im Speicherbehälter gespeichert wird, nutzbar gemacht wird. Wenn verdichtete Luft in den Speicherbehälter gefüllt wird, steigt der Luftdruck im Behälter, während der Ladedruck konstant bleibt.
Bei t3 erreicht der Speicherbehälterdruck den Schwellenwert 419, was darauf hinweist, dass er gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist keine weitere Speicherung verdichteter Luft möglich. Aus diesem Grund wird das Luftspeicherventil auf geschlossen befehligt. Allerdings wird das Fahrzeug noch nicht ausreichend abgebremst, und es ist nach wie vor Nutzbremsenergie zu rekuperieren. Andernfalls müssten die Reibungsbremsen betätigt werden. Daher werden bei t3 die Drosselöffnung verringert und die CCRV-Öffnung vergrößert, sodass die über den Elektromotor erzeugte verdichtete Luft über den Verdichter zurückgeführt werden kann. Dies ermöglicht es, die rekuperierte Energie durch die Rückführung verdichteter Luft einzubringen, ohne die Systembatterie zu überladen und ohne die Reibungsbremsen des Fahrzeugs zu betätigen. Dadurch, dass der Großteil der Energie rekuperiert wird und die Bremsen nicht verwendet werden, wird die Kraftstoffeffizienz gesteigert.
Des Weiteren werden eine oder mehrere 12V-Zusatzverbraucher des Fahrzeugs verstärkt. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der über den BISG erzeugten elektrischen Energie verwendet werden, um gleichzeitig eine elektrische Heizvorrichtung des Fahrzeugsystems mit Leistung zu versorgen. In einem Beispiel kann die Abgabeleistung des Elektromotors, wie gezeigt, reduziert werden, während die Abgabeleistung einer elektrischen Heizvorrichtung entsprechend erhöht wird, was es erlaubt, rekuperierte Energie zwischen dem Elektromotor und der elektrischen Heizvorrichtung einzubringen.
Bei t4 liegt eine Änderung der Fahrzeugbetriebsbedingungen, beispielsweise ein Pedalbetätigungsvorgang, vor und eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird befehligt. Als Reaktion auf den Befehl wird die Anwendung von negativem Moment vom BISG gestoppt. Zudem wird das Luftspeicherventil um ein gewisses Maß auf offen befehligt, um verdichtete Luft aus dem Speicherbehälter freizusetzen. Die Menge der verdichteten Luft, die freigesetzt wird, beruht auf dem Aufladungsbedarf bei der Pedalbetätigung. Durch das Öffnen des Speicherventils kann der Ladedruck anhand der gespeicherten verdichteten Luft schnell erhöht werden, ohne dass es notwendig ist, positives Moment vom e-Boost-Elektromotor zuzuführen. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Kraftstoffeffizienz.
Auf diese Weise kann eine Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht werden, ohne eine Systembatterie zu überfüllen, indem ein Betrag an Drehmoment, der zum Bremsen eines Fahrzeugs angewendet wird, proportioniert zwischen Elektromotordrehmoment von einem Elektromotor und einem einem BISG befehligten Drehmoment aufgeteilt wird. Durch das Anwenden von negativem Radbremsmoment über einen BISG, nachdem eine Systembatterie ausreichend aufgeladen worden ist, kann die Radnutzbremsung über den BISG verwendet werden, um Elektrizität zu erzeugen, die dann über den Betrieb anderer elektrischer Komponenten als der Systembatterie rekuperiert wird. Beispielsweise kann die Energie als verdichtete Luft, die über den Betrieb eines Elektromotors zur elektrischen Ladungsunterstützung erzeugt wird, und Wärme von einer Systemheizvorrichtung rekuperiert werden. Durch das Rekuperieren der Bremsenergie wird die Verschwendung reduziert, was die Kraftstoffeffizienz verbessert.
Auf diese Weise kann BISG-Drehmoment, sobald eine Systembatterie ausreichend aufgeladen worden ist, wirksam eingesetzt werden, um Bremsenergie einzubringen. Der technische Effekt des Befehligens eines Bremsmoments von einem BISG, wenn eine Batterie einen Schwellenladezustand erreicht hat, besteht darin, dass ein Überfüllen einer ladungsempfindlichen Systembatterie, wie etwa einer 48V-Batterie des Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, abgewendet werden kann. Insbesondere kann der BISG zum Erzeugen von Elektrizität verwendet werden, welche über eine Verteilerdose an andere elektrische Komponenten (andere als die aufgeladene Systembatterie) eines Fahrzeugs verteilt werden kann. Indem als Reaktion auf einen über einem Schwellenwert liegenden Ladezustand ein Batterieschütz auf offen befehligt wird, wird ein Überfüllen der Batterie bei Vorliegen von Bedingungen, unter denen viel Nutzbremsenergie zur Verfügung steht, abgewendet. Der technische Effekt des Befehligens eines BISG, ein Drehmoment an den Antriebsstrang anzuwenden, besteht darin, dass Bremsenergie durch den Antriebsstrang des Fahrzeugs statt durch die Batterie rekuperiert werden kann. Dies ermöglicht es, dass jegliches überschüssiges Drehmoment, das erzeugt wird, nachdem die Systembatterie bis zu einem Schwellen-SOC aufgeladen worden ist, verwendet werden kann, statt verschwendet zu werden. Indem ein Elektromotor zur elektrischen Aufladung befehligt wird, ein positives Moment in Abhängigkeit vom dem BISG befehligten Drehmoment anzuwenden, nachdem eine Systembatterie ausreichend aufgeladen worden ist, kann das Elektromotordrehmoment wirksam eingesetzt werden, um einen Speicherbehälter für verdichtete Luft über den Betrieb eines Turboladerverdichters zu füllen. Des Weiteren können der Krümmerdruck und die abgegebene Motorleistung aufrechterhalten werden, während die Bremsenergie rekuperiert wird.
Ein Beispielverfahren umfasst: als Reaktion auf eine Fahrzeugabbremsung, die angefordert wird, während eine Systembatterie einen Ladezustand aufweist, der über einem Schwellenwert liegt, Anwenden von negativem Moment von einem riemengetriebenen Startergenerator (BISG) an einen Fahrzeugantriebsstrang bei gleichzeitigem Anwenden von positivem Moment von einem Elektromotor auf eine Turboladerwelle. Im vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass der Elektromotor über eine Verteilerdose an den BISG gekoppelt ist, wobei die Batterie über einen Schütz an die Verteilerdose gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner ein Öffnen des Schützes als Reaktion darauf, dass die Systembatterie den über dem Schwellenwert liegenden Ladezustand aufweist, umfasst. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das angewendete negative Moment proportional zur angeforderten Fahrzeugabbremsung ist und dass das Anwenden des negativen Moments ein Betätigen einer Getriebekupplung, ein Absorbieren von Antriebsstrangmoment im BISG zum Erzeugen elektrischer Leistung und ein Weiterleiten der elektrischen Leistung zu der Verteilerdose mit offenem Schütz beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das von dem Elektromotor angewendete positive Moment proportional zu dem von dem BISG angewendeten negativen Moment ist, und dass das Anwenden des positiven Moments ein Beziehen der erzeugten elektrischen Leistung bei dem Elektromotor aus der Verteilerdose mit offenem Schütz, ein Laufenlassen des Elektromotors unter Verwendung der erzeugten elektrischen Leistung und ein Anwenden des positiven Moments auf die Turboladerwelle über den laufenden Elektromotor beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional ein Beziehen der erzeugten elektrischen Leistung, um eine oder mehrere elektrische Heizvorrichtungen zu betreiben, wobei die eine oder mehreren elektrischen Heizvorrichtungen eine Windschutzscheibenheizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung und eine PTC-Heizvorrichtung beinhalten. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass die Systembatterie ein 48V-Lithium-Ionen-Akkumulator ist, die Verteilerdose eine 48V-Verteilerdose ist und die eine oder mehreren elektrischen Heizvorrichtungen über einen 12V-Bleiakkumulator, der über einen Gleichspannungswandler an die 48V-Verteilerdose gekoppelt ist, mit Leistung versorgt werden. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: während des Anwendens von positivem Moment von dem Elektromotor, Vergrößern einer Öffnung eines Speicherventils, das einen Motoransaugkrümmer, stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers und stromaufwärts einer Ansaugdrossel, an einen Luftspeicherbehälter koppelt, und Speichern durch einen Ansaugverdichter des Turboladers verdichteter Luft in dem Luftspeicherbehälter. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner ein Speichern der verdichteten Luft in dem Luftspeicherbehälter, bis ein Fassungsvermögen des Luftspeicherbehälters über einem Schwellenwert liegt, und ein anschließendes Schließen des Speicherventils, während die verdichtete Luft über den Ansaugverdichter zurückgeführt wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Zurückführen der verdichteten Luft ein Öffnen eines Verdichterrückführventils, das über den Ansaugverdichter gekoppelt ist, während des Schließens der Ansaugdrossel beinhaltet.
Ein anderes Beispielverfahren umfasst: während eines Abbremsvorgangs, Anwenden von Bremsmoment an einen Fahrzeugantriebsstrang über einen riemengetriebenen Startergenerator (BISG); zunächst Aufladen einer Batterie auf einen Schwellenladezustand mit einem Anteil des angewendeten Bremsmoments; und danach Drehen einer Turboladerwelle über einen Elektromotor mit einem verbleibenden Anteil des angewendeten Bremsmoments, wobei zumindest ein Teil der Luft, die durch die sich drehende Turboladerwelle verdichtet wird, in einem Speicherbehälter gespeichert wird. Im vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass der Elektromotor über eine Verteilerdose für elektrische Leistung an den BISG gekoppelt ist und dass das Anwenden von Bremsmoment ein Erzeugen elektrischer Leistung über den BISG, während das Fahrzeug abgebremst wird, beinhaltet, wobei die erzeugte elektrische Leistung in der Verteilerdose für elektrische Leistung gespeichert wird, und dass jedes von dem Aufladen der Batterie und dem Drehen der Turboladerwelle über den Elektromotor ein Beziehen elektrischer Leistung aus der Verteilerdose für elektrische Leistung beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass die Batterie über einen Schalter elektrisch an jedes von dem Elektromotor, dem BISG und der Verteilerdose gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner ein Schließen des Schalters als Reaktion darauf, dass die Batterie auf den Schwellenladezustand aufgeladen ist, umfasst. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner ein Speichern des zumindest einen Teils der Luft, die durch die sich drehende Turboladerwelle verdichtet wird, in dem Speicherbehälter, bis ein Behälterschwellendruck erreicht ist, und ein anschließendes Zurückführen der verdichteten Luft über einen Ansaugverdichter des Turboladers mit geschlossener Ansaugdrossel. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner ein Betreiben eines oder mehrerer elektrischer Zusatzheizvorrichtungen anhand der erzeugten elektrischen Leistung, wobei zu der einen oder den mehreren elektrischen Zusatzheizvorrichtungen eine Windschutzscheibenheizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung und eine PTC-Heizvorrichtung gehören. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass der BISG über ein Getriebe an den Antriebsstrang gekoppelt ist und dass das Anwenden von Bremsmoment auf den Fahrzeugantriebsstrang über den BISG ein Einkuppeln einer Getriebekupplung beinhaltet.
Ein anderes beispielhaftes Fahrzeugsystem umfasst: einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; einen riemengetriebenen Startergenerator (BISG), der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; einen Turbolader mit einem Ansaugverdichter, der über eine Welle mechanisch an eine Abgasturbine gekoppelt ist, und einem an die Welle gekoppelten Elektromotor zur elektrische Aufladungsunterstützung; eine erste Umgehungsleitung mit einem Rückführventil zum Rückführen verdichteter Luft von einem Verdichterauslass zu einem Verdichtereinlass; ein stromabwärts des Verdichters an den Motoreinlass gekoppeltes Drosselventil; eine zweite Umgehungsleitung mit einem Speicherventil und einem Speicherbehälter für verdichtete Luft, wobei sich die zweite Umgehungsleitung stromabwärts des Verdichterauslasses und stromaufwärts der Drossel befindet; ein elektrisches System, das eine Hochspannungsbatterie, eine Niederspannungsbatterie, eine elektrische Heizvorrichtung und eine Verteilerdose beinhaltet, wobei die Hochspannungsbatterie über ein Schütz elektrisch an die Verteilerdose gekoppelt ist, wobei die Verteilerdose elektrisch an jeden von dem BISG und dem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Fahrzeuggeschwindigkeit, Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG mit geschlossenem Schütz und Aufladen der Hochspannungsbatterie auf einen Schwellenladezustand; und anschließendes Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG bei gleichzeitigem Anwenden von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung mit offenem Schütz und bei gleichzeitigem Öffnen des Speicherventils zum Speichern verdichteter Luft im Speicherbehälter. In dem vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass das Anwenden von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung ein Weiterleiten durch den BISG erzeugter elektrischer Leistung zur Verteilerdose und ein Beziehen elektrischer Leistung aus der Verteilerdose zum Drehen der Welle über den Elektromotor mit offener Ansaugdrossel, bis der Speicherbehälter gefüllt ist, beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die elektrische Heizvorrichtung zu betreiben; und Fortsetzen des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung; und Öffnen des Rückführventils zum Zurückführen verdichteter Luft über den Verdichter mit der geschlossenen Ansaugdrossel. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die Niederspannungsbatterie aufzuladen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass die Hochspannungsbatterie stärker ladungsempfindlich ist und einen Lithium-Ionen-Akkumulator einschließt und dass die Niederspannungsbatterie weniger ladungsempfindlich ist und einen Bleiakkumulator einschließt. In einer weiteren Darstellung ist das Fahrzeugsystem ein Hybridelektrofahrzeugsystem. In einer noch weiteren Darstellung ist das Fahrzeugsystem ein autonomes Fahrzeugsystem, das mit autonomen Fahrfähigkeiten ausgelegt ist.
In einer anderen weiteren Darstellung beinhaltet ein Verfahren für ein Fahrzeug mit aufgeladenem Motor: Abbremsen des Fahrzeugs durch Anwenden von negativem Moment von einem riemengetriebenen Startergenerator auf einen Antriebsstrang, während eine Systembatterie auf einen Schwellenladezustand aufgeladen wird; und dann weiteres Abbremsen des Fahrzeugs durch Anwenden von negativem Moment von dem riemengetriebenen Startergenerator (BISG), während von dem Elektromotor zur elektrischen Unterstützung positives Moment angewendet wird. In dem vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass das positive Moment, das vom Elektromotor zur elektrischen Unterstützung angewendet wird, ein Verwenden von elektrischer Leistung, die aufgrund der Anwendung des negativen Moments von dem BISG erzeugt wird, beinhaltet, wobei der Elektromotor zur elektrischen Unterstützung dazu ausgelegt ist, die elektrische Leistung über eine Verteilerdose aufzunehmen, die an jeden von dem Elektromotor zur elektrischen Unterstützung und dem BISG elektrisch gekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Abbremsen beinhaltet, dass Reibungsbremsen des Fahrzeugs nicht betätigt werden.
In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren für ein Hybridfahrzeug: als Reaktion auf eine Bremsanforderung seitens eines Fahrzeugführers, Abbremsen des Fahrzeugs über negatives Elektromotormoment, das über einen an den Antriebsstrang gekoppelten Motorgenerator zum elektrischen Antrieb angewendet wird, bis ein Batterieladezustand über einem Schwellenwert liegt, wobei der Motorgenerator zum elektrischen Antrieb Fahrzeugräder während eines elektrischen Modus des Hybridfahrzeugbetriebs antreibt, und anschließendes Abbremsen des Fahrzeugs über negatives Elektromotormoment, das über einen an den Antriebsstrang gekoppelten riemengetriebenen Startergenerator angewendet wird. Im vorhergehenden Beispiel gilt zusätzlich oder optional, dass das Abbremsen des Fahrzeugs über negatives Elektromotormoment, das über den an den Antriebsstrang gekoppelten Motorgenerator zum elektrischen Antrieb angewendet wird, ein Abbremsen des Fahrzeugs mittels Nutzbremsung beinhaltet, wobei ein Nutzbremsmoment über den Motorgenerator zum elektrischen Antrieb auf die Fahrzeugräder angewendet wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele gilt zusätzlich oder optional, dass das Abbremsen des Fahrzeugs über negatives Elektromotormoment, das über den an den Antriebsstrang gekoppelten riemengetriebenen Startergenerator angewendet wird, beinhaltet, dass kein negatives Elektromotormoment von dem Motorgenerator zum elektrischen Antrieb auf den Antriebsstrang angewendet wird.
Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die in dieser Schrift beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Maßnahmen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und sonstige in dieser Schrift offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren: als Reaktion auf eine Fahrzeugabbremsung, die angefordert wird, während eine Systembatterie einen Ladezustand aufweist, der über einem Schwellenwert liegt, Anwenden von negativem Moment von einem riemengetriebenen Startergenerator (BISG) auf einen Fahrzeugantriebsstrang bei gleichzeitigem Anwenden von positivem Moment von einem Elektromotor auf eine Turboladerwelle.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektromotor über eine Verteilerdose an den BISG gekoppelt, wobei die Batterie über einen Schütz an die Verteilerdose gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner ein Öffnen des Schützes als Reaktion darauf, dass die Systembatterie den über dem Schwellenwert liegenden Ladezustand aufweist, umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist das angewendete negative Moment proportional zur angeforderten Fahrzeugabbremsung, und wobei das Anwenden des negativen Moments ein Betätigen einer Getriebekupplung, ein Absorbieren von Antriebsstrangmoment im BISG zum Erzeugen elektrischer Leistung und ein Weiterleiten der elektrischen Leistung zu der Verteilerdose mit offenem Schütz beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das von dem Elektromotor auf die Turboladerwelle angewendete positive Moment proportional zu dem vom BISG angewendeten negativen Moment, und wobei das Anwenden des positiven Moments ein Beziehen der erzeugten elektrischen Leistung bei dem Elektromotor aus der Verteilerdose mit offenem Schütz, ein Laufenlassen des Elektromotors anhand der erzeugten elektrischen Leistung und ein Anwenden des positiven Moments auf die Turboladerwelle über den laufenden Elektromotor beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Beziehen der erzeugten elektrischen Leistung zum Betreiben einer oder mehrerer elektrischer Heizvorrichtungen, wobei zu der einen oder den mehreren elektrischen Heizvorrichtungen eine Windschutzscheibenheizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung und eine PTC-Heizvorrichtung gehören.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Systembatterie um einen 48V-Lithium-Ionen-Akkumulator, bei der Verteilerdose um eine 48V-Verteilerdose und werden die eine oder mehreren elektrischen Heizvorrichtungen über einen 12V-Bleiakkumulator, der über einen Gleichspannungswandler an die 48V-Verteilerdose gekoppelt ist, mit Leistung versorgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass während des Anwendens von positivem Moment von dem Elektromotor auf die Turboladerwelle eine Öffnung eines Speicherventils, das einen Motoransaugkrümmer, stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers und stromaufwärts einer Ansaugdrossel, an einen Luftspeicherbehälter koppelt, vergrößert wird, und durch einen Ansaugverdichter des Turboladers verdichtete Luft in dem Luftspeicherbehälter gespeichert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Speichern der verdichteten Luft in dem Luftspeicherbehälter, bis ein Fassungsvermögen des Luftspeicherbehälters über einem Schwellenwert liegt, und ein anschließendes Schließen des Speicherventils, während die verdichtete Luft über den Ansaugverdichter zurückgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Zurückführen der verdichteten Luft ein Öffnen eines Verdichterrückführventils, das über den Ansaugverdichter gekoppelt ist, bei gleichzeitigem Schließen der Ansaugdrossel.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren: während eines Abbremsvorgangs, Anwenden von Bremsmoment auf einen Fahrzeugantriebsstrang über einen riemengetriebenen Startergenerator (BISG); zunächst Aufladen einer Batterie auf einen Schwellenladezustand mit einem Anteil des angewendeten Bremsmoments; und danach Drehen einer Turboladerwelle über einen Elektromotor mit einem verbleibenden Anteil des angewendeten Bremsmoments, wobei zumindest ein Teil der Luft, die durch die sich drehende Turboladerwelle verdichtet wird, in einem Speicherbehälter gespeichert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektromotor über eine Verteilerdose für elektrische Leistung an den BISG gekoppelt, und wobei das Anwenden von Bremsmoment ein Erzeugen elektrischer Leistung über den BISG, während das Fahrzeug abgebremst wird, beinhaltet, wobei die erzeugte elektrische Leistung in der Verteilerdose für elektrische Leistung gespeichert wird, und wobei jedes von dem Aufladen der Batterie und dem Drehen der Turboladerwelle über den Elektromotor ein Beziehen elektrischer Leistung aus der Verteilerdose für elektrische Leistung beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Batterie über einen Schalter elektrisch an jedes von dem Elektromotor, dem BISG und der Verteilerdose gekoppelt, wobei das Verfahren ferner ein Schließen des Schalters als Reaktion darauf, dass die Batterie auf den Schwellenladezustand aufgeladen ist, umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Speichern des zumindest einen Teils der Luft, die durch die sich drehende Turboladerwelle verdichtet wird, in dem Speicherbehälter, bis ein Behälterschwellendruck erreicht ist, und ein anschließendes Zurückführen der verdichteten Luft über einen Ansaugverdichter des Turboladers mit geschlossener Ansaugdrossel.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Betreiben einer oder mehrerer elektrischer Zusatzheizvorrichtungen anhand der erzeugten elektrischen Leistung, wobei zu der einen oder den mehreren elektrischen Zusatzheizvorrichtungen eine Windschutzscheibenheizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung und eine PTC-Heizvorrichtung gehören.
Gemäß einer Ausführungsform ist der BISG über ein Getriebe an den Antriebsstrang gekoppelt, und wobei das Anwenden von Bremsmoment auf den Fahrzeugantriebsstrang über den BISG ein Einkuppeln einer Getriebekupplung beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugsystem bereitgestellt, aufweisend einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; einen riemengetriebenen Startergenerator (BISG), der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; einen Turbolader mit einem Ansaugverdichter, der über eine Welle mechanisch an eine Abgasturbine gekoppelt ist, und einem an die Welle gekoppelten Elektromotor zur elektrische Aufladungsunterstützung; eine erste Umgehungsleitung mit einem Rückführventil zum Zurückführen verdichteter Luft von einem Verdichterauslass zu einem Verdichtereinlass; ein stromabwärts des Verdichters an den Motoreinlass gekoppeltes Drosselventil; eine zweite Umgehungsleitung mit einem Speicherventil und einem Speicherbehälter für verdichtete Luft, wobei sich die zweite Umgehungsleitung stromabwärts des Verdichterauslasses und stromaufwärts der Drossel befindet; ein elektrisches System, das eine Hochspannungsbatterie, eine Niederspannungsbatterie, eine elektrische Heizvorrichtung und eine Verteilerdose beinhaltet, wobei die Hochspannungsbatterie über ein Schütz elektrisch an die Verteilerdose gekoppelt ist, wobei die Verteilerdose elektrisch an jeden von dem BISG und dem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Fahrzeuggeschwindigkeit, Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG mit geschlossenem Schütz und Aufladen der Hochspannungsbatterie auf einen Schwellenladezustand; und anschließendes Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG während des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung mit offenem Schütz und während des Öffnens des Speicherventils zum Speichern verdichteter Luft im Speicherbehälter.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Anwenden von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung ein Weiterleiten durch den BISG erzeugter elektrischer Leistung zur Verteilerdose und ein Beziehen elektrischer Leistung aus der Verteilerdose zum Drehen der Welle über den Elektromotor mit offener Ansaugdrossel, bis der Speicherbehälter gefüllt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Steuerung weitere Anweisungen, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die elektrische Heizvorrichtung zu betreiben; und Fortsetzen des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung; und Öffnen des Rückführventils zum Zurückführen verdichteter Luft über den Verdichter mit der geschlossenen Ansaugdrossel.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Steuerung weitere Anweisungen, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die Niederspannungsbatterie aufzuladen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Hochspannungsbatterie stärker ladungsempfindlich und schließt einen Lithium-Ionen-Akkumulator ein, und wobei die Niederspannungsbatterie weniger ladungsempfindlich ist und einen Bleiakkumulator einschließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9677486 [0004]

Claims

Verfahren, umfassend: als Reaktion auf eine Fahrzeugabbremsung, die angefordert wird, während eine Systembatterie einen Ladezustand aufweist, der über einem Schwellenwert liegt, Anwenden von negativem Moment von einem riemengetriebenen Startergenerator (BISG) auf einen Fahrzeugantriebsstrang bei gleichzeitigem Anwenden von positivem Moment von einem Elektromotor auf eine Turboladerwelle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor über eine Verteilerdose an den BISG gekoppelt ist, wobei die Batterie über einen Schütz an die Verteilerdose gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner ein Öffnen des Schützes als Reaktion darauf, dass die Systembatterie den über dem Schwellenwert liegenden Ladezustand aufweist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das angewendete negative Moment proportional zur angeforderten Fahrzeugabbremsung ist, und wobei das Anwenden des negativen Moments ein Betätigen einer Getriebekupplung, ein Absorbieren von Antriebsstrangmoment im BISG zum Erzeugen elektrischer Leistung und ein Weiterleiten der elektrischen Leistung zu der Verteilerdose mit offenem Schütz beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das von dem Elektromotor auf die Turboladerwelle angewendete positive Moment proportional zu dem von dem BISG angewendeten negativen Moment ist, und wobei das Anwenden des positiven Moments ein Beziehen der erzeugten elektrischen Leistung bei dem Elektromotor aus der Verteilerdose mit offenem Schütz, ein Laufenlassen des Elektromotors anhand der erzeugten elektrischen Leistung und ein Anwenden des positiven Moments auf die Turboladerwelle über den laufenden Elektromotor beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Beziehen der erzeugten elektrischen Leistung zum Betreiben einer oder mehrerer elektrischer Heizvorrichtungen, wobei zu der einen oder den mehreren elektrischen Heizvorrichtungen eine Windschutzscheibenheizvorrichtung, eine Innenraumheizvorrichtung und eine PTC-Heizvorrichtung gehören.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei es sich bei der Systembatterie um einen 48V-Lithium-Ionen-Akkumulator, es sich bei der Verteilerdose um eine 48V-Verteilerdose handelt und die eine oder mehreren elektrischen Heizvorrichtungen über einen 12V-Bleiakkumulator, der über einen Gleichspannungswandler an die 48V-Verteilerdose gekoppelt ist, mit Leistung versorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass während des Anwendens von positivem Moment von dem Elektromotor auf die Turboladerwelle eine Öffnung eines Speicherventils, das einen Motoransaugkrümmer, stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers und stromaufwärts einer Ansaugdrossel, an einen Luftspeicherbehälter koppelt, vergrößert wird, und durch einen Ansaugverdichter des Turboladers verdichtete Luft in dem Luftspeicherbehälter gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Speichern der verdichteten Luft in dem Luftspeicherbehälter, bis ein Fassungsvermögen des Luftspeicherbehälters über einem Schwellenwert liegt, und ein anschließendes Schließen des Speicherventils, während die verdichtete Luft über den Ansaugverdichter zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Zurückführen der verdichteten Luft ein Öffnen eines Verdichterrückführventils, das über den Ansaugverdichter gekoppelt ist, bei gleichzeitigem Schließen der Ansaugdrossel beinhaltet.
Fahrzeugsystem, umfassend: einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; einen riemengetriebenen Startergenerator (BISG), der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; einen Turbolader mit einem Ansaugverdichter, der über eine Welle mechanisch an eine Abgasturbine gekoppelt ist, und einem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung, der an die Welle gekoppelt ist; eine erste Umgehungsleitung mit einem Rückführventil zum Zurückführen verdichteter Luft von einem Verdichterauslass zu einem Verdichtereinlass; ein Drosselventil, das an den Motoreinlass, stromabwärts des Verdichters, gekoppelt ist, eine zweite Umgehungsleitung mit einem Speicherventil und einem Speicherbehälter für verdichtete Luft, wobei sich die zweite Umgehungsleitung stromabwärts des Verdichterauslasses und stromaufwärts der Drossel befindet, ein elektrisches System, das eine Hochspannungsbatterie, eine Niederspannungsbatterie, eine elektrische Heizvorrichtung und eine Verteilerdose beinhaltet, wobei die Hochspannungsbatterie über einen Schütz elektrisch an die Verteilerdose gekoppelt ist, die Verteilerdose elektrisch an jeden von dem BISG und dem Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Fahrzeuggeschwindigkeit, Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG mit geschlossenem Schütz und Aufladen der Hochspannungsbatterie auf einen Schwellenladezustand; und anschließendes Anwenden von negativem Moment auf den Antriebsstrang über den BISG während des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung mit offenem Schütz und während des Öffnens des Speicherventils zum Speichern verdichteter Luft in dem Speicherbehälter.
System nach Anspruch 10, wobei das Anwenden von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung ein Weiterleiten durch den BISG erzeugter elektrischer Leistung zur Verteilerdose und ein Beziehen elektrischer Leistung aus der Verteilerdose zum Drehen der Welle über den Elektromotor mit offener Ansaugdrossel, bis der Speicherbehälter gefüllt ist, beinhaltet.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose zum Betreiben der elektrischen Heizvorrichtung; und Fortsetzen des Anwendens von positivem Moment auf die Welle über den Elektromotor zur elektrischen Aufladungsunterstützung; und Öffnen des Rückführventils zum Zurückführen verdichteter Luft über den Verdichter mit der geschlossenen Ansaugdrossel.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, welche die Steuerung zu Folgendem veranlassen: nach dem Füllen des Speicherbehälters, Beziehen zusätzlicher elektrischer Leistung aus der Verteilerdose, um die Niederspannungsbatterie aufzuladen.
System nach Anspruch 10, wobei die Hochspannungsbatterie stärker ladungsempfindlich ist und einen Lithium-Ionen-Akkumulator einschließt, und wobei die Niederspannungsbatterie weniger ladungsempfindlich ist und einen Bleiakkumulator einschließt.