DE202015004831U1

DE202015004831U1 - Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, Fahrzeug mit einer derartigen Antriebsvorrichtung sowie Computerprogrammprodukt zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung

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Publication number: DE202015004831U1
Application number: DE202015004831.5U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2016-10-10
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: US10145318B2; US20170009678A1

Abstract

Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit – einem Verbrennungsmotor (12), – einer Zuführleitung (16) zum Zuführen von Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor (12), – einer mit der Zuführleitung (16) zusammenwirkenden Verdichtereinrichtung (26), mittels welcher die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor (12) komprimierbar ist, – einer in die Zuführleitung (16) mündenden Bypassleitung (41), durch welche die Verbrennungsluft unter Umgehung der Verdichtereinrichtung (36) dem Verbrennungsmotor (12) zuführbar ist, wobei – der Bypassleitung (41) eine Absperreinrichtung (42) zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge der durch die Bypassleitung (41) strömenden Verbrennungsluft dient, und – mit einer Steuereinheit (46), mittels welcher die Absperreinrichtung (42) derart ansteuerbar ist, dass in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) die Absperreinrichtung (42) zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug, welches eine derartige Antriebsvorrichtung aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung.
Moderne Antriebsvorrichtungen weisen einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Viertakt-Otto- oder Dieselmotor, auf, bei denen die Verbrennungsluft zur Leistungssteigerung über den Atmosphärendruck hinaus verdichtet wird. Je nach Ausgestaltung umfasst die Antriebsvorrichtung eine oder mehrere, typischerweise zwei Verdichtungsstufen. Antriebsvorrichtungen mit einer Verdichtungsstufe weisen üblicherweise eine Turboladereinrichtung oder eine Verdichtereinrichtung mit einem Kompressor auf. Antriebsvorrichtungen mit zwei Verdichtungsstufen umfassen entweder zwei Turboladereinrichtungen oder eine Turboladereinrichtung und eine Verdichtereinrichtung. Die Verdichtereinrichtung kann einen Rotationsverdichter, beispielsweise als ein Rootsverdichter, aufweisen. Während die Turboladereinrichtung von der in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthaltenen Abgasenthalpie angetrieben wird, wird die Verdichtereinrichtung entweder vom Verbrennungsmotor selbst oder mittels eines zusätzlichen Elektromotors angetrieben. Verbrennungsmotoren, bei denen die Verbrennungsluft verdichtet wird, werden häufig auch als „aufgeladene” Verbrennungsmotoren bezeichnet.
Für den Fall, dass die Verdichtereinrichtung vom Verbrennungsmotor selbst angetrieben wird, steigt die vom Kompressor bereitgestellte Verdichtungsleistung mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors. In diesem Fall kann eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, mit welcher die Verdichtereinrichtung je nach Drehzahl des Verbrennungsmotors mit diesem gekoppelt oder von diesem getrennt werden kann. Bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors gibt die Verdichtereinrichtung nur einen Teil der Verdichtungsleistung ab, woraus eine schwache Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors bei niedrigen Drehzahlen resultiert. Da die vom Turboladereinrichtung abgegebene Verdichtungsleistung abhängig vom Druck in der Abführleitung ist, der auch mit steigenden Drehzahlen steigt, ist die Leistungsabgabe auch von zweistufig aufgeladenen Verbrennungsmotoren bei niedrigen Drehzahlen gering, was sich insbesondere beim Beschleunigungsvorgang negativ bemerkbar macht. Man spricht daher von einem schlechten Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors.
Insbesondere bei Hochleistungsmotoren muss die Verdichtereinrichtung relativ groß dimensioniert werden, so dass ein ausreichend großer Betriebsbereich abgedeckt werden kann. Mit zunehmender Größe des Kompressors wird jedoch ein nicht unerheblicher Teil des vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments zum Antrieb des Kompressors benötigt, was einerseits den oben beschriebenen Nachteil der schwachen Drehmomentabgabe bei niedrigen Drehzahlen weiter verstärkt und andererseits den Kraftstoffverbrauch erhöht.
Für den Fall, dass die Verdichtereinrichtung von einem Elektromotor angetrieben wird, kann die Drehzahl des Kompressors unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt und verändert werden. Eine zwischen dem Kompressor und dem Elektromotor angeordnete Kupplungseinrichtung ist in diesem Fall nicht unbedingt notwendig. Unter Verwendung eines Elektromotors kann zwar das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert werden, der Elektromotor muss dann aber eine bestimmte Leistung bereitstellen, um den Kompressor auf die optimale Drehzahl zu bringen, was zu einem erhöhten Verbrauch von elektrischer Energie führt. Da die elektrische Energie von einem Generator bereitgestellt wird, der vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, führt der erhöhte Verbrauch an elektrischer Energie auch zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Insbesondere im Zuge der Bestrebungen, den CO₂-Ausstoß zu senken, ist der erhöhte Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren mit einer oder zwei Verdichtungsstufen unerwünscht. Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Antriebsvorrichtung mit einer oder zwei Verdichtungsstufen anzugeben, deren Verbrennungsmotor einerseits auch bei niedrigen Drehzahlen eine gute Drehmomentabgabe bereitstellt und somit ein gutes Ansprechverhalten aufweist, und andererseits mit einem verminderten Kraftstoffverbrauch betrieben werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 3 sowie in Ansprüchen 12 und 13 angegebenen Merkmalen.
Eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug ist ausgestattet mit einem Verbrennungsmotor, einer Zuführleitung zum Zuführen von Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor, einer mit der Zuführleitung zusammenwirkenden Verdichtereinrichtung, mittels welcher die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor komprimierbar ist, einer in die Zuführleitung mündenden Bypassleitung, durch welche die Verbrennungsluft unter Umgehung der Verdichtereinrichtung dem Verbrennungsmotor zuführbar ist, wobei der Bypassleitung eine Absperreinrichtung zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge der durch die Bypassleitung strömenden Verbrennungsluft dient, und mit einer Steuereinheit, mittels welcher die Absperreinrichtung derart ansteuerbar ist, dass in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors die Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.
Der Schubbetrieb, auch als Schleppbetrieb bezeichnet, ist wie folgt definiert: Der Verbrennungsmotor bzw. die Antriebsvorrichtung befinden sich dann im Schubbetrieb, wenn das Fahrzeug rollt und der Verbrennungsmotor eingekuppelt, also über die Hauptkupplung mit dem Antriebsstrang verbunden ist, der Fahrer aber kein Gas gibt. Im Schubbetrieb wird kein Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt, da der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb keine Last abzugeben braucht. Die Kolben des Verbrennungsmotors werden aufgrund der Trägheit der Masse des Fahrzeugs bewegt, so dass die Verbrennungsluft angesaugt wird. Die Steuereinheit erkennt, dass sich der Verbrennungsmotor bzw. die Antriebsvorrichtung im Schubbetrieb befinden. Hierzu kann die Steuereinheit mit Sensoren zusammenwirken, die beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder den Kupplungszustand der Hauptkupplung im Antriebsstrang des Fahrzeugs erfassen.
Bei bekannten Antriebsvorrichtungen wird die Absperreinrichtung im Schubbetrieb geöffnet, so dass die Verbrennungsluft durch die Bypassleitung und nicht durch die Verdichtereinrichtung strömt, so dass die Verdichtereinrichtung entlastet wird. Die Verbrennungsluft wird folglich nicht verdichtet, was aber auch nicht notwendig ist, da ohnehin kein Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt wird, welches gezündet werden könnte, und der Verbrennungsmotor keine Last abzugeben braucht. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß die Absperreinrichtung im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zumindest teilweise und insbesondere vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen, so dass zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch die Verdichtereinrichtung strömt. Für den Fall, dass sie schon teilweise und insbesondere vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen ist, wird dieser Zustand beibehalten. Die in der Verbrennungsluft enthaltene Enthalpie wirkt somit auf die Verdichtereinrichtung, was zu einer Erhöhung der Drehzahl der Verdichtereinrichtung führt. Wenn der Verbrennungsmotor vom Schubbetrieb in den Teil- oder Volllastbetrieb wechselt und Last abgeben muss, steht sofort verdichtete Verbrennungsluft zur Verfügung, ohne dass die Verdichtereinrichtung erst auf die Drehzahl beschleunigt werden muss, auf die sie infolge der Einwirkung der Enthalpie der Verbrennungsluft bereits im Schubbetrieb gebracht worden ist. Das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors wird im Vergleich zu bekannten Antriebsvorrichtungen verbessert. Da die zur Erhöhung der Drehzahl erforderliche Leistung nicht vom Verbrennungsmotor oder vom Elektromotor aufgebracht werden muss, werden zudem der Kraftstoffverbrauch und folglich der CO₂-Ausstoß verringert.
Eine Weiterbildung der vorschlagsgemäßen Antriebsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebsvorrichtung eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Drosselklappe aufweist, die mit der Zuführleitung zusammenwirkt, und die Steuereinheit auf die Drosselklappe derart ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors und bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung die Drosselklappe zumindest teilweise geöffnet ist oder geöffnet wird.
Die Drosselklappe dient dazu, die Menge der durch die Zuführleitung zum Verbrennungsmotor strömenden Verbrennungsluft zu ändern, wodurch die Last des Verbrennungsmotors geändert wird. Bei herkömmlichen Antriebsvorrichtungen wird die Drosselklappe im Schubbetrieb zumindest teilweise geschlossen, da der Verbrennungsmotor keine Last abgeben muss. Demgegenüber wird vorschlagsgemäß die Drosselklappe im Schubbetrieb zumindest teilweise, insbesondere vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet. Für den Fall, dass sie schon teilweise oder insbesondere vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet ist, wird dieser Zustand beibehalten. Hierdurch wird erreicht, dass die Strömung der Verbrennungsluft durch die Zuführleitung hin zum Verbrennungsmotor von der Drosselklappe so wenig wie möglich gestört wird. Je weiter die Drosselklappe geöffnet wird, desto weniger stört sie die Strömung der Verbrennungsluft. Folglich steht nahezu die gesamte Enthalpie der Verbrennungsluft der Erhöhung der Drehzahl der Verdichtereinrichtung zur Verfügung, so dass die Drehzahl im Schubbetrieb weiter erhöht werden kann.
Eine weitere Ausführungsführung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug insbesondere nach einem der vorherigen Ausführungen, mit einem Verbrennungsmotor, einer Zuführleitung zum Zuführen von Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor, einer mit der Zuführleitung zusammenwirkenden Verdichtereinrichtung, mittels welcher die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor komprimierbar ist, einer in die Zuführleitung mündenden Bypassleitung, durch welche die Verbrennungsluft unter Umgehung der Verdichtereinrichtung zum Verbrennungsmotor zuführbar ist, wobei der Bypassleitung eine Absperreinrichtung zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge der durch die Bypassleitung strömenden Verbrennungsluft dient, und mit einer Steuereinheit, mittels welcher die Absperreinrichtung ansteuerbar ist, wobei die Steuereinheit derart auf die Absperreinrichtung ansteuernd wirkt, dass in einem Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvolllast die Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.
Unter Saugvolllast ein vom Verbrennungsmotor erreichter Vollastzustand zu verstehen, der ohne Aufladung oder zumindest weitgehend ohne Aufladung oder mit vernachlässigbarer Aufladung der Verbrennungsluft erreicht wird, welche dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Die üblicherweise verwendeten Antriebe für die Verdichtereinrichtung wie der Verbrennungsmotor selbst oder ein Elektromotor sind nicht aktiv und/oder abgekuppelt.
Auch bei dieser Ausführungsform kann die Absperreinrichtung vollständig, im Wesentlichen vollständig oder teilweise geschlossen werden oder sein. Für den Fall, dass sie bereits vorher teilweise geschlossen ist, wird dieser Zustand beibehalten. Hierdurch wird erreicht, dass auch unterhalb oder bei Saugvolllast des Verbrennungsmotors zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch die Verdichtereinrichtung strömt, so dass die in der Verbrennungsluft enthaltene Enthalpie zur Erhöhung der Drehzahl der Verdichtereinrichtung verwendet werden kann. Auch hierdurch werden die für den Schubbetrieb beschriebenen Vorteile des reduzierten Kraftstoffverbrauchs bei besserem Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors erreicht.
In einer Ausgestaltung wirkt die Steuereinheit derart auf die Absperreichrichtung, dass im Schubbetrieb oder im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Absperreinrichtung zumindest teilweise geöffnet wird, beispielsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotor zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Menge der dem Verbrennungsmotor zugeführten Verbrennungsluft kann beispielsweise mit einem Durchflussmesser oder einem Drucksensor erfasst werden. Wie zuvor beschrieben, wird unterhalb oder bei Saugvolllast die Absperreinrichtung ganz oder teilweise geschlossen. Folglich strömt zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch die Verdichtereinrichtung und wird dort komprimiert. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, dass die Verdichtereinrichtung und insbesondere der rotierende Kompressor auf eine zu hohe Drehzahl gebracht werden, die zu Beschädigungen der Verdichtereinrichtung führen können. Um diese zu vermeiden, wird bei Überschreiten einer vorgegebenen Menge der Verbrennungsluft die Absperreinrichtung geöffnet, so dass zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch die Bypassleitung strömt und damit nicht zur Erhöhung der Drehzahl beiträgt.
In einer Weiterbildung weist die Antriebsvorrichtung eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Drosselklappe auf, die mit der Zuführleitung zusammenwirkt und zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegt wird, wobei die Steuereinheit auf die Drosselklappe derart ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb oder im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvolllast die Drosselklappe in Richtung ihrer Schließstellung bewegt wird, beispielsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotor zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Drosselklappe kann dabei dieselbe sein wie vorstehend beschrieben. Es ist aber auch möglich, alternativ oder additiv eine andere Drosselklappe vorzusehen. Unter Offenstellung soll die Stellung der Drosselklappe verstanden werden, in welcher sie vollständig geöffnet wird. Entsprechend soll unter der Schließstellung die Stellung verstanden werden, in welcher die Drosselklappe maximal weit geschlossen ist. Im Betrieb des Verbrennungsmotors ist die Drosselklappe in der Schließstellung üblicherweise nicht vollständig geschlossen, da sonst der Verbrennungsmotor abgewürgt werden würde. In der Schließstellung gibt der Verbrennungsmotor aber keine Last ab.
Infolge der Bewegung der Drosselklappe in Richtung ihrer Schließstellung wird der durchströmbare Querschnitt der Zuführleitung innerhalb der Drosselklappe reduziert. Folglich wird auch die Menge der durch die Zuführleitung strömenden Verbrennungsluft reduziert. Die Menge der durch die Zuführleitung strömenden Verbrennungsluft wird im Wesentlichen durch eine von der Drosselklappe bewirkten Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft reduziert. Auch hierdurch wird eine Erhöhung der Drehzahl der Verdichtereinrichtung auf schädliche Werte vermieden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Verdichtereinrichtung vom Verbrennungsmotor und/oder einem weiteren Antrieb, insbesondere einem Elektromotor, angetrieben, wobei wenigstens eine Kupplungseinrichtung zum Abkuppeln der Verdichtereinrichtung von dem Verbrennungsmotor und/oder dem weiteren Antrieb vorgesehen ist. Die Möglichkeit, die Verdichtereinrichtung vom Verbrennungsmotor oder dem weiteren Antrieb abzukuppeln und wieder anzukuppeln, hat den Effekt, dass man den Zeitpunkt des An- oder Abkuppelns auf den jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors anpassen kann. Wenn die Verdichtereinrichtung vom Verbrennungsmotor selbst angetrieben wird, stehen die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Verdichtereinrichtung in einem festen Verhältnis zueinander. Bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors kann es je nach Übersetzungsverhältnis sein, dass die Verdichtereinrichtung mit einer Drehzahl dreht, die zu niedrig ist, um eine spürbare Verdichtung zu erreichen. Dann wird das Drehmoment, das der Verbrennungsmotor an die Verdichtereinrichtung abgeben muss, nicht optimal genutzt und das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verschlechtert. Mit der Kupplungseinrichtung ist es möglich die Verdichtereinrichtung erst dann anzukuppeln, wenn die vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehzahl hoch genug ist, um eine spürbare Verdichtung zu erreichen. Das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors wird dadurch verbessert, dass der Verbrennungsmotor schneller in den Drehzahlbereich kommt, in welchem er das maximale Drehmoment abgibt, da die Verdichtereinrichtung nicht mit beschleunigt werden muss.
In einer weiteren Ausgestaltung wirkt die Steuereinrichtung derart auf die Kupplungseinrichtung ansteuernd, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors oder im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvolllast die Verdichtereinrichtung von dem Verbrennungsmotor und/oder dem weiteren Antrieb zumindest teilweise abgekuppelt ist oder wird. Sowohl im Schubbetrieb als auch bei oder unterhalb seiner Saugvolllast wird die Verdichtereinrichtung vom Verbrennungsmotor zumindest abgekuppelt oder, sofern die Verdichtereinrichtung bereits zumindest abgekuppelt ist, der abgekuppelte Zustand beibehalten. Insbesondere wird die Verdichtereinrichtung vollständig oder im Wesentlichen vollständig abgekuppelt. Selbiges gilt auch für den Fall, dass die Verdichtereinrichtung von einem Elektromotor oder einem weiteren Antrieb angetrieben wird. Im abgekuppelten Zustand kann sich die Verdichtereinrichtung losgelöst von den über die Kupplungseinrichtung mit ihr verbindbaren Bauteile, insbesondere ihrer Antriebe, drehen. Die Verdichtereinrichtung muss folglich die verbindbaren Bauteile nicht mit beschleunigen, so dass die in der Verbrennungsluft enthaltene Enthalpie vollständig zur Beschleunigung der Verdichtereinrichtung genutzt werden kann, so dass sie auf höhere Drehzahlen gebracht werden kann. Hierdurch wird ein weiterer Beitrag zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Verbrennungsmotors und zur gleichzeitigen Einsparung von Kraftstoff geleistet.
Für den Fall, dass die Verdichtereinrichtung vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, wird die Verdichtereinrichtung erst dann eingekuppelt, wenn der Verbrennungsmotor mit einer ausreichend hohen Drehzahl betrieben wird. Besondere Drehzahlverhältnisse sind nicht erforderlich. Die Kupplungseinrichtung wird dabei sanft betätigt, so dass es zu keiner schlagartigen Drehzahländerung des der Verdichtereinrichtung kommt. Der Verbrennungsmotor muss folglich die Verdichtereinrichtung vergleichsweise wenig beschleunigen. Wenn auch in sehr geringem Umfang, so unterstützt die Verdichtereinrichtung den Verbrennungsmotor bei der Beschleunigung des Fahrzeugs, da die Verdichtereinrichtung bis zu einem bestimmten Punkt nach dem Einkuppeln ein Drehmoment an den Verbrennungsmotor abgibt. Erst danach überträgt der Verbrennungsmotor das Drehmoment an den Kompressor. Insofern wirkt die Verdichtereinrichtung in engen Grenzen wie ein Schwungrad und speichert die in der Verbrennungsluft enthaltene Enthalpie in Form von Rotationsenergie aufgrund der Massenträgheit der rotierenden Teile.
Für den Fall, dass die Verdichtereinrichtung von einem Elektromotor angetrieben wird, kann der Elektromotor im Schubbetrieb oder bis zur Saugvolllast stromlos geschaltet sein, was den Effekt hat, dass die Verdichtereinrichtung den Rotor des Elektromotors mit dreht. Zwar muss die Enthalpie der Verbrennungsluft in diesem Fall auch dazu genutzt werden, den Rotor mit zu beschleunigen, was aber umso weniger nachteilig ist, je kleiner und leichter der Rotor ist. Je größer der Elektromotor und entsprechend schwerer der Rotor jedoch werden, desto eher lohnt es sich, die Kupplungseinrichtung auch bei Elektromotoren vorzusehen. Durch das Abkuppeln der Verdichtereinrichtung vom Elektromotor und vom Rotor wird der Rotor im Schubbetrieb oder bis zur Saugvolllast nicht mit in Drehung versetzt, so dass die gesamte oder nahezu gesamte Enthalpie der Verbrennungsluft zum Erhöhen der Drehzahl der Verdichtereinrichtung zur Verfügung steht, so dass es das Vorsehen der Kupplungseinrichtung ermöglicht, die Verdichtereinrichtung auf höhere Drehzahlen zu bringen als ohne Kupplungseinrichtung. Die Effekte des verbesserten Ansprechverhaltens bei verringertem Kraftstoffverbrauch werden hierdurch verstärkt.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Antriebsvorrichtung eine Turboladereinrichtung mit einem Turboverdichter und einer den Turboverdichter antreibenden Abgasturbine vorgesehen ist, der Turboverdichter mit der Zuführleitung zusammenwirkt und der Verdichtereinrichtung und/oder der Bypassleitung in Zuführrichtung der Verbrennungsluft gesehen vorgeschaltet ist, die Abgasturbine in einer Abführleitung der Antriebsvorrichtung angeordnet ist, eine in die Abführleitung mündenden Wastegate-Leitung-Leitung vorgesehen ist, durch welche das Abgas unter Umgehung der Abgasturbine abführbar ist, und der Wastegate-Leitung-Leitung eine weitere Absperreinrichtung zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge des durch die Wastegate-Leitung-Leitung strömenden Abgases dient.
Die Kombination der Verdichtereinrichtung und der Turboladereinrichtung ermöglicht es, noch höhere Verdichtungen bereitzustellen, weshalb der Verbrennungsmotor mit größeren Lasten betrieben werden kann. Da zwei unterschiedlich angetriebene Verdichtertypen eingesetzt werden, die jeweils ihre optimale Verdichtung bei unterschiedlichen Drehzahlen des Verbrennungsmotors erreichen, wird insgesamt eine gleichmäßigere Verdichtung über den Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors erreicht. Die Drehzahl der Turboladereinrichtung hängt von der im Abgas enthaltenen Abgasenthalpie ab. Mithilfe der Wastegate-Leitung-Leitung ist es zudem möglich, die Menge des durch die Wastegate-Leitung-Leitung und durch die Abgasturbine strömenden Abgases zu ändern. Hierdurch kann auch die Drehzahl des Turboverdichters innerhalb von bestimmten Grenzen verändert werden.
In einer Fortentwicklung der Antriebsvorrichtung wirkt die Steuereinheit derart auf die weitere Absperreinrichtung ansteuernd, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors oder im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvollast die weitere Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen ist oder wird. Dabei kann die weitere Absperreinrichtung vollständig, im Wesentlichen vollständig oder teilweise geschlossen werden. Wenn sie bereits ganz oder teilweise geschlossen ist, wird dieser Zustand beibehalten. Hierdurch wird erreicht, dass die Abgasturbine mit einer größeren Menge von Abgas beaufschlagt wird, was zu einer Erhöhung der Drehzahl des Turboverdichters und zu einer höheren Komprimierung der Verbrennungsluft führt. Demzufolge wird die Verdichtereinrichtung mit einer höheren Menge von Verbrennungsluft durchströmt, so dass die Verdichtereinrichtung auf eine höhere Drehzahl gebracht werden kann als ohne die Turboladereinrichtung. Das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors wird hierdurch weiter erhöht.
Die Antriebsvorrichtung wird dadurch weiterentwickelt, dass die Steuereinheit derart auf die weitere Absperreinrichtung ansteuernd wirkt, dass bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung die weitere Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen ist oder wird. Insbesondere ist die Absperreinrichtung vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen, wenn die weitere Absperreinrichtung vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen ist oder wird. Je weiter die weitere Absperreinrichtung geschlossen wird, desto mehr Abgas durchströmt die Abgasturbine, wodurch die Drehzahl des Turboverdichters erhöht wird. Die Verbrennungsluft wird umso stärker verdichtet, je höher der Turboverdichter dreht. Da gleichzeitig die Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen ist, durchströmt ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft die Verdichtereinrichtung und bringt sie auf eine hohe Drehzahl. Es ist somit möglich, die Drehzahl der Verdichtereinrichtung mittels der Absperreinrichtung und der weiteren Absperreinrichtung zu beeinflussen.
Zudem wirkt in einer anderen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung die Steuereinheit derart auf die weitere Absperreinrichtung ansteuernd, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors oder im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvollast die weitere Absperreinrichtung zumindest teilweise geöffnet wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotors zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert oder den vorgegebenen Wert überschreitet. Insbesondere wird die weitere Absperreinrichtung vollständig oder im Wesentlichen vollständig geöffnet. Wie bereits zuvor beschrieben, kann es im Betrieb der Antriebsvorrichtung dazu kommen, dass die Drehzahl der Verdichtereinrichtung so weit ansteigt, dass die Verdichtereinrichtung beschädigt werden kann. Dadurch, dass die weitere Absperreinrichtung ganz oder teilweise geöffnet wird, strömt ein Teil des Abgases durch die Wastegate-Leitung, so dass die Drehzahl des Turboverdichters verringert wird. Als unmittelbare Folge davon wird die Verbrennungsluft weniger stark komprimiert, weshalb die Drehzahl der Verdichtereinrichtung unter ein gefährliches Maß sinkt oder gar nicht erst auf ein gefährliches Maß ansteigt. Darüber hinaus kann durch Öffnen der weiteren Absperreinrichtung ein Ansteigen der Abgasturbine und des Turboverdichters auf ein schädliches Maß verhindert werden.
Aus den vorherigen Ausführungen wird das vorschlagsgemäße Bestreben ersichtlich, die Verdichtereinrichtung so lange wie möglich mit der in der Verbrennungsluft enthaltenen Enthalpie zu beaufschlagen, um die Drehzahl der Verdichtereinrichtung so weit wie möglich zu erhöhen. Da hierzu nur die ohnehin in der Verbrennungsluft enthaltene Enthalpie genutzt wird, müssen weder der Verbrennungsmotor oder der Elektromotor oder ein weiterer Antrieb der Verdichtereinrichtung die hierfür notwendige Leistung bereitstellen, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Da die Verdichtereinrichtung im Schubbetrieb oder bei oder unterhalb seiner Saugvolllast auf die entsprechende Drehzahl gebracht wird, steht die hiermit erreichte Verdichtung insbesondere beim Wechsel in den Volllastbetrieb sofort zur Verfügung. Es muss daher nicht abgewartet werden, bis dass die Verdichtereinrichtung auf diese Drehzahl beschleunigt worden ist, so dass das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert und das Fahrzeug schneller beschleunigt werden.
Steuerungsmittel im Sinne der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können hardwaretechnisch oder/und softwaretechnisch, beispielsweise als Computerprogramm oder Computerprogrammmodul, ausgebildet sein. Auch kann der Drucksensor im Sinne der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann hardwaretechnisch oder/und softwaretechnisch, beispielsweise als Computerprogramm oder Computerprogrammmodul, ausgebildet sein.
Diese Steuerungsmittel, insbesondere das besagte Steuergerät und/oder der besagte Drucksensor können insbesondere jeweils eine digitale Verarbeitungseinheit oder eine gemeinsame digitale Verarbeitungseinheit aufweisen, die vorzugsweise eine Mikroprozessoreinheit (CPU) aufweist. Die CPU kann mit einem Speichersystem oder/und Bussystem daten- oder/und signalverbunden sein. Ferner können diese Steuerungsmittel jeweils oder gemeinsam ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die digitale Verarbeitungseinheit kann derart ausgebildet sein, dass Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abgearbeitet, Eingangssignale von einem Datenbussystem entgegengenommen oder/und Ausgangssignale an ein Datenbussystem abgegeben werden. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene Speichermedien aufweisen. Die Speichermedien können insbesondere optische, magnetische, Festkörper- oder/und andere, vorzugsweise nicht-flüchtige, Speichermedien sein.
Eine Antriebsvorrichtung im Sinne der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen kann auch Steuerungsmittel umfassen, die als Funktionsmodularchitektur verstanden werden können, wobei eine solche Funktionsmodularchitektur mindestens einen Funktionsblock aufweist, so dass ein Steuerungssystem der Antriebsvorrichtung einer Vorrichtung gleichkommt, die Mittel zur Durchführung eines Verfahrens aufweist, welches durch die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung festgelegt ist. Dabei entspricht das Steuerungssystem, welches z. B. das besagte Steuergerät und/oder den besagten Drucksensor umfasst, dem genannten Funktionsblock.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Fahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Fahrzeug erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für die vorschlagsgemäße Antriebsvorrichtung erörtert worden sind. Zusammenfassend sei der verminderte Kraftstoffverbrauch bei einem besseren Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors genannt.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, welcher auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Ansteuerung der Absperreinrichtung, der weiteren Absperreinrichtung und/oder der Drosselklappe einer Antriebsvorrichtung nach einem der zuvor genannten Ausführungsbeispiele, wobei in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors und/oder in einem Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen wird, insbesondere zusätzlich ein Antrieb der Verdichtereinrichtung ausgeschaltet oder zumindest teilweise abgekuppelt wird. Mit dem Computerprogrammprodukt ist es möglich, die Antriebsvorrichtung so anzusteuern, dass der Kraftstoffverbrauch vermindert und das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert wird.
In einer Ausgestaltung des Computerprogrammprodukts wird im Schubbetrieb und bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung die Drosselklappe zumindest teilweise geöffnet. Je weiter die Drosselklappe geöffnet ist, desto ungestörter kann die Verbrennungsluft durch die Zuführleitung strömen, wodurch die Drehzahl der Verdichtereinrichtung auf besonders hohe Werte gebracht werden kann, wodurch das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors besonders spürbar verbessert wird.
In einer alternativen Ausgestaltung des Computerprogrammprodukts wird im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Absperreinrichtung zumindest teilweise geöffnet wird und/oder die Drosselklappe in Richtung ihrer Schließstellung bewegt, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotor zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Hierdurch wird verhindert, dass die Drehzahl der Verdichtereinrichtung auf Werte ansteigt, bei denen die Verdichtereinrichtung beschädigt werden könnte.
In einer Fortbildung des Computerprogrammprodukts, bei welcher

– die Antriebsvorrichtung eine Turboladereinrichtung mit einem Turboverdichter und einer den Turboverdichter antreibenden Abgasturbine versehen ist,
– der Turboverdichter mit der Zuführleitung zusammenwirkt und der Verdichtereinrichtung und/oder der Bypassleitung in Zuführrichtung der Verbrennungsluft gesehen vorgeschaltet ist,
– die Abgasturbine in einer Abführleitung der Antriebsvorrichtung angeordnet ist,
– eine in die Abführleitung mündende Wastegate-Leitung vorgesehen ist, durch welche das Abgas unter Umgehung der Abgasturbine abführbar ist, und
– der Wastegate-Leitung eine weitere Absperreinrichtung zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge des durch die Wastegate-Leitung strömenden Abgases dient,

In einer Fortbildung des Computerprogrammprodukts wird bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung die weitere Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen. Insbesondere wird die weitere Absperreinrichtung vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen, wenn die Absperreinrichtung vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschlossen ist. Je weiter die weitere Absperreinrichtung geschlossen wird, desto mehr Abgas durchströmt die Abgasturbine, wodurch die Drehzahl des Turboverdichters erhöht wird. Die Verbrennungsluft wird umso stärker verdichtet, je höher der Turboverdichter dreht. Da gleichzeitig die Absperreinrichtung zumindest teilweise geschlossen ist, durchströmt ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft die Verdichtereinrichtung und bringt sie auf eine hohe Drehzahl. Es ist somit möglich, die Drehzahl der Verdichtereinrichtung mittels der Absperreinrichtung und der weiteren Absperreinrichtung zu beeinflussen.
Bei einer Weiterentwicklung des Computerprogrammprodukts wird im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors oder im Betrieb des Verbrennungsmotors unterhalb oder bei seiner Saugvollast die weitere Absperreinrichtung zumindest teilweise geöffnet, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotors zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert oder den vorgegebenen Wert überschreitet. Wie bereits zuvor beschrieben, kann es im Betrieb der Antriebsvorrichtung dazu kommen, dass die Drehzahl der Verdichtereinrichtung so weit ansteigt, dass die Verdichtereinrichtung beschädigt werden kann. Dadurch, dass die weitere Absperreinrichtung ganz oder teilweise geöffnet wird, strömt ein Teil des Abgases durch die Wastegate-Leitung, so dass die Drehzahl des Turboverdichters verringert wird. Als unmittelbare Folge davon wird die Verbrennungsluft weniger stark komprimiert, weshalb die Drehzahl der Verdichtereinrichtung sinkt oder gar nicht erst auf ein gefährliches Maß ansteigt. Darüber hinaus kann durch Öffnen der weiteren Absperreinrichtung ein Ansteigen der Abgasturbine und des Turboverdichters auf ein schädliches Maß verhindert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Steuereinheit sowie eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit einem Computerprogrammprodukt gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Mit der Steuereinheit sowie mit der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung ist es wie beim Computerprogrammprodukt möglich, die Antriebsvorrichtung so anzusteuern, dass der Kraftstoffverbrauch vermindert und das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen
1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer Antriebsvorrichtung,
2 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung,
3 ein Kennlinienfeld eines Verbrennungsmotors zur Verdeutlichung des Computerprogramms, und
4 ein Flussdiagramm, welches eine Betriebsweise veranschaulicht, mit welcher die Antriebsvorrichtung betrieben werden kann.
In 1 ist eine Antriebsvorrichtung 10 ₁ nach einem ersten Ausführungsbeispiel zum Antreiben eines nicht dargestellten Fahrzeugs anhand einer Prinzipskizze dargestellt. Die Antriebsvorrichtung 10 ₁ weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, welcher die für den Antrieb des Fahrzeugs benötigte Leistung bereitstellt, beispielsweise einen Vierzylinder- Otto- oder Dieselmotor. Der Verbrennungsmotor 12 arbeitet üblicherweise nach dem Viertakt-Prinzip, wobei auch ein Zweitakt-Prinzip denkbar ist. Die Antriebsvorrichtung 10 ₁ umfasst eine Zuführleitung 16, über welche der Verbrennungsmotor 12 mit Verbrennungsluft versorgt werden kann. In der Zuführleitung 16 ist eine Drosselklappe 18 angeordnet, die zwischen einer Offenstellung, in welcher sie vollständig geöffnet ist, und einer Schließstellung, in welcher sie maximal weit geschlossen ist, bewegbar ist. In der Offenstellung ist der Verbrennungsmotor 12 mit der maximalen Last betreibbar, wohingegen in der Schließstellung der Verbrennungsmotor 12 im Leerlauf betreibbar ist. Die bei der Verbrennung des Gemisches aus Verbrennungsluft und Kraftstoff entstehenden Abgase werden über eine Abführleitung 20 vom Verbrennungsmotor 12 abgeführt. Zum Ansaugen der Verbrennungsluft aus der Umgebung kann der Verbrennungsmotor 12 eine Ansaugeinrichtung 22 aufweisen, welche beispielsweise einen Luftfilter umfassen kann. Die Abführleitung 20 weist eine Abgasbehandlungsanlage 24 auf, welche nicht näher dargestellte Katalysatoren und Filter, insbesondere Partikelfilter umfassen kann, um die im Abgas enthaltenen giftigen Bestandteile in ungiftige Verbindungen umzuwandeln und/oder zu filtern. Die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft und der Abgase durch die Zuführleitung 16 bzw. die Abführleitung 20 ist durch die Pfeile B gekennzeichnet.
Die Antriebsvorrichtung 10 ₁ umfasst eine Verdichtereinrichtung 26, die mit der Verbrennungsluft in der Zuführleitung 16 zusammenwirkt und diese verdichtet. Die umfasst Verdichtereinrichtung 26 einen Kompressor 36, der im dargestellten Beispiel über eine Abtriebswelle 38 des Verbrennungsmotors 12 angetrieben wird und mittels einer Kupplungseinrichtung 40 wahlweise mit dem Verbrennungsmotor 12 bzw. mit der Abtriebswelle 38 verbindbar ist. Der Kompressor 36 ist als Rotationsverdichter ausgestaltet. Die Kupplungseinrichtung 40 kann beispielsweise als eine elektromagnetische Kupplungseinrichtung 40 realisiert sein. Weiterhin weist die Antriebsvorrichtung 10 ₁ eine Turboladereinrichtung 28 auf, die in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor 12 gesehen stromaufwärts von der Verdichtereinrichtung 26 angeordnet ist. Die Turboladereinrichtung 28 weist einen in der Zuführleitung 16 angeordneten Turboverdichter 30 und eine in der Abführleitung 20 angeordnete Abgasturbine 32 auf, die mittels einer Welle 34 miteinander verbunden sind.
Zwischen dem Turboverdichter 30 und dem Kompressor 36 zweigt eine Bypassleitung 41 von der Zuführleitung 16 ab und mündet stromabwärts vom Kompressor 36 wieder in die Zuführleitung 16. In der Bypassleitung 41 ist eine Absperreinrichtung 42 angeordnet, die zwischen einer vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellbar ist. Im dargestellten Beispiel umfasst die Absperreinrichtung 42 ein Regelventil 43, welche stufenlos zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung verstellt werden kann.
Stromabwärts von der Stelle, an der die Bypassleitung 41 wieder in die Zuführleitung 16 mündet, ist ein Luftkühler 44 zum Kühlen der sich beim Verdichten erwärmenden Verbrennungsluft angeordnet. Der Luftkühler 44 wird häufig auch als Ladeluftkühler bezeichnet.
Zum Bestimmen des Drucks im Einlasskrümmer MAP ist ein Drucksensor 45 vorgesehen. Zudem ist eine Steuereinheit 46 vorhanden, die über elektrische Leitungen 49 mit dem Drucksensor 45 verbunden ist und die vom Drucksensor 45 erzeugten Signale empfängt. Ferner ist die Steuereinheit 46 mit der Drosselklappe 18, der Kupplungseinrichtung 40 und dem Regelventil 43 ebenfalls mit elektrischen Leitungen 49 verbunden.
In der Abführleitung 20 ist eine sogenannte Wastegate-Leitung 47 vorgesehen, mit der die Abgasturbine 32 der Turboladereinrichtung 26 wahlweise umgangen werden kann. Mit der Wastegate-Leitung 47 kann die Drehzahl des Turboladereinrichtung 26 eingestellt und insbesondere eine Überdrehung des Turboladereinrichtung 26 verhindert werden. Das Wastegate-Leitung 47 umfasst hierzu ein Regelventil 48.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 10 ₂ dargestellt. Es unterscheidet sich allein dadurch vom ersten Ausführungsbeispiel, dass die Verdichtereinrichtung 36 nicht vom Verbrennungsmotor 12, sondern von einem separaten Elektromotor 50 angetrieben wird, wobei der Elektromotor 50 auch in diesem Fall mit einer Kupplungseinrichtung 40 mit dem Kompressor 36 verbunden und wieder von ihm getrennt werden kann. Es soll an dieser Stelle jedoch darauf hingewiesen werden, dass das Vorsehen der Kupplungseinrichtung 40 für den Fall, dass die Verdichtereinrichtung 36 vom Elektromotor 50 angetrieben wird, nicht notwendig ist. Die Offenbarung soll also auch eine Ausführungsform umfassen, bei welcher der Elektromotor 50 direkt mit der Verdichtereinrichtung 36 verbunden ist, ohne dass die Kupplungseinrichtung 40 vorhanden ist.
In 3 ist ein Kennlinienfeld eines Verbrennungsmotors 12 dargestellt, der mit dem Computerprogramm betrieben werden kann. Hierbei ist das vom Verbrennungsmotor 12 abgebebene, auf das Volumen seiner Brennkammern bezogene Drehmoment M_v über der Drehzahl des Verbrennungsmotors n_vm bei einem bestimmten Druck im Einlasskrümmer MAP („manifold air pressure”) aufgetragen, der vom Drucksensor 45 ermittelt wird (vgl. 1 und 2). Das abgegebene volumenbezogene Drehmoment M_v stellt eine andere Ausdrucksweise des effektiven Mitteldrucks BMEP dar.
Für die Erfindung ist der Bereich relevant, in welchem der MAP unter dem Atmosphärendruck liegt, der in etwa 100 kPa beträgt. Dieser Bereich liegt bei oder unterhalb der Saugvolllast des Verbrennungsmotors. Das Kennlinienfeld ist in einen ersten Bereich 52 mit einer ersten Untergrenze 54 und einer ersten Obergrenze 56 sowie einen zweiten Bereich 58 mit einer zweiten Untergrenze 60 und einer zweiten Obergrenze 62 unterteilt, wobei die erste Obergrenze 56 und die zweite Untergrenze 60 zusammenfallen. Im dargestellten Beispiel liegen die erste Untergrenze 54 bei 0 kPa, die erste Obergrenze 56 und die zweite Untergrenze 60 bei 70 kPa und die zweite Obergrenze bei 100 kPa, also in etwa bei Atmosphärendruck. Der Verlauf insbesondere der ersten Obergrenze 56 und der zweiten Untergrenze 60 ist von der Charakteristik und vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängig. Wie bereits eingangs erwähnt, ist eine MAP-Untergrenze von 0 kPa nur theoretisch denkbar, da hier ein Vakuum in der Zuführleitung 16 anliegen würde. Ein MAP von weniger als 10 kPa wird sich in der Praxis allenfalls in extremen Ausnahmesituationen einstellen. Im Normalbetrieb wird der MAP 30 kPa in der Regel kaum unterschreiten.
Ermittelt der Drucksensor 45 einen MAP, der im ersten Bereich 52 oder im zweiten Bereich 58 liegt, wird die Antriebsvorrichtung 10 derart betrieben, dass die Verdichtereinrichtung 36 durch Öffnen der Kupplungseinrichtung 40 infolge einer entsprechenden Ansteuerung der Steuereinheit 46 vom Verbrennungsmotor 12 oder vom Elektromotor 50 getrennt wird, sofern dies nicht schon geschehen ist.
Liegt der MAP im ersten Bereich 52, so wird die Regelklappe 43 in der Bypassleitung 41 ganz oder teilweise geschlossen und die Drosselklappe 18 ganz oder teilweise geöffnet. Die Regelklappe 43 und die Drosselklappe 18 werden ebenfalls von der Steuereinheit 46 angesteuert. Die Verbrennungsluft strömt dann vollständig durch den Kompressor 36 und treibt ihn an, weshalb seine Drehzahl erhöht wird, ohne dass hierzu der Verbrennungsmotor 12 oder der Elektromotor 50 ein Drehmoment an den Kompressor 32 abgeben muss.
Im zweiten Bereich 58 hat der MAP die erste Obergrenze 56 und die zweite Untergrenze 60 bereits überschritten, was vom Drucksensor 45 registriert wird. Im zweiten Bereich 58 besteht die Gefahr, dass die Drehzahl der Verdichtereinrichtung 26 so weit ansteigt, dass sie ein schädliches Maß annimmt. In diesem Fall wird die Drosselklappe 18 in Richtung ihrer Schließstellung bewegt und/oder die Regelklappe 43 ganz oder teilweise geöffnet. Mit beiden Maßnahmen wird die Menge der Verbrennungsluft, die durch die Verdichtereinrichtung 26 strömt, verringert, so dass die Drehzahl der Verdichtereinrichtung 26 auf ein unschädliches Maß reduziert oder unter diesem Maß gehalten wird.
Steigt der MAP über 100 kPa, wird die Regelklappe 43 wieder geschlossen und die Last des Verbrennungsmotors 12 ausschließlich über die Drosselklappe 18 verändert. Zudem wird die Verdichtereinrichtung 26 mit dem Verbrennungsmotor 12 oder dem Elektromotor 50 durch Schließen der Kupplungseinrichtung 40 verbunden. Wiederum übernimmt die Steuereinheit 45 die Veranlassung dieser Schritte.
Sowohl im ersten Bereich 52 als auch im zweiten Bereich 58 wird der Verbrennungsmotor 12 bis maximal zur Saugvolllast betrieben, während bei einem MAP über 100 kPa die Verbrennungsluft über den Atmosphärendruck hinaus verdichtet wird und somit der Verbrennungsmotor aufgeladen wird.
Befindet sich der Verbrennungsmotor 12 im Schub- oder Schleppbetrieb, gibt der Verbrennungsmotor 12 keine Last ab. Vielmehr werden seine Kolben durch die Trägheit des Fahrzeugs bewegt, was zur Folge hat, dass das volumenbezogene Drehmoment M_v negativ wird. Dies ist in einem dritten Bereich 64 der 3 der Fall, der den Schubbetrieb darstellt. Eine feste Untergrenze des volumenspezifischen Drehmoments M_v im dritten Bereich 64 gibt es nicht. Sie hängt vielmehr von der Masse und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ab. Für den Fall, dass der Verbrennungsmotor 12 ein schweres Fahrzeug antreibt und bei hoher Geschwindigkeit in den Schubbetrieb überführt wird, nimmt das volumenbezogene Drehmoment M_v größere negative Werte ein als für den Fall, dass der Verbrennungsmotor 12 in einem leichten Fahrzeug verwendet und bei geringer Geschwindigkeit in den Schubbetrieb überführt wird. Der Schubbetrieb kann beispielsweise durch Sensoren identifiziert werden, welche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Stellung der Hauptkupplung im Antriebsstrang des Fahrzeugs ermitteln und an die Steuereinheit 46 weitergeben.
Befindet sich der Verbrennungsmotor 12 im Schubbetrieb, wird die Verdichtereinrichtung 26 vom Verbrennungsmotor 12 oder vom Elektromotor 50 abgekuppelt, sofern dies nicht schon geschehen ist. Weiterhin wird die Regelklappe 43 ganz oder teilweise geschlossen. Für den Fall, dass die Regelklappe 43 bereits geschlossen ist, wird sie geschlossen gehalten. Die Drosselklappe 18 wird geöffnet. Alle Schritte werden von der Steuereinheit 45 veranlasst.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann der MAP in der Praxis nicht unter einen bestimmten Wert von ca. 10 bis 30 kPa fallen. Im dargestellten Beispiel beträgt der niedrigste gemessene MAP 50 kPa. Ist dieser minimale MAP einmal erreicht, wird der MAP nicht von einem sinkenden volumenspezifischen Drehmoment weiter beeinflusst. Insofern sind im dargestellten Beispiel im dritten Bereich 64 keine weiteren Linien für den MAP eingezeichnet.
In 4 ist ein Flussdiagramm dargestellt, welches die verschiedenen Schritte darstellt, die eine Ausführungsform des auf der Steuereinheit 45 laufenden Computerprogramms ausführt, um die Antriebsvorrichtung 10 zu betreiben. Zunächst wird ermittelt, ob das vom Verbrennungsmotor 12 abgegebene volumenbezogene Drehmoment M_v < 0 Nm/L ist. Diese Abfrage ist gleichbedeutend mit der Frage, ob sich der Verbrennungsmotor 12 im Schubbetrieb befindet oder nicht. Diese Abfrage muss nicht zwingend anhand einer Messung vorgenommen werden, sondern kann beispielsweise dadurch geprüft werden, ob der Verbrennungsmotor 12 über die Hauptkupplung mit dem Antriebsstrang verbunden ist, ob sich das Fahrzeug bewegt und ob die Drosselklappe 18 geschlossen ist. Werden diese drei Fragen mit ja beantwortet, so befindet sich der Verbrennungsmotor 12 im Schubbetrieb. Die Motorsteuerung kann aber vorsehen, dass ein Schubbetrieb bereits dann angenommen wird, wenn die Drosselklappe 18 nicht ganz geschlossen ist. Es können weitere Kriterien herangezogen werden, um zu bestimmen, ob sich der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb befindet oder nicht.
Wenn sich der Verbrennungsmotor 12 im Schubbetrieb befindet, so werden die Schritte S1 und S2 ausgeführt. In Schritt S1 wird die Verdichtereinrichtung 36 vom Verbrennungsmotor 12 oder vom Elektromotor 50 abgekoppelt. Sollte dies bereits der Fall sein, wird die Verdichtereinrichtung 36 abgekoppelt gehalten. Im Schritt S2 werden die zweite Regelklappe 43 ganz oder geschlossen oder geschlossen oder geschlossen gehalten und die Drosselklappe 18 ganz oder teilweise geöffnet.
Befindet sich der Verbrennungsmotor 12 nicht im Schubbetrieb, so wird ermittelt, ob der MAP < 100 kPa beträgt. Hierzu kann der Drucksensor 45 verwendet werden. Ist dies der Fall, so wird weiter geprüft, ob der MAP < MAP_krit ist. Bezogen auf 3 entspricht der MAP_krit der ersten Obergrenze 56 des ersten Bereichs 52 und der zweiten Untergrenze 60 des zweiten Bereichs 58 und beträgt 70 kPa. Es können andere geeignete Werte für MAP_krit gewählt werden. Liegt der MAP unter MAP_krit, so werden die Schritte S3, S4 und S5 ausgeführt. In Schritt S3 wird die Verdichtereinrichtung 36 vom Verbrennungsmotor 12 oder vom Elektromotor 50 abgekoppelt, sofern noch nicht geschehen. Im Schritt S4 wird die Regelklappe 43 ganz oder teilweise geschlossen und in Schritt S5 wird die Drosselklappe ganz oder teilweise geöffnet.
Ist jedoch der MAP größer als MAP_krit, aber kleiner als 100 kPa, so werden die Schritte S6, S7 und S8 ausgeführt. In S6 wird die Verdichtereinrichtung 36 vom Verbrennungsmotor 12 oder vom Elektromotor 50 abgekoppelt, sofern noch nicht geschehen. In Schritt S7 wird die Drosselklappe 18 in Richtung ihrer Schließstellung bewegt und in Schritt S8 die Regelklappe 43 ganz oder teilweise geöffnet.
Beträgt jedoch der MAP mehr als 100 kPa und liegt somit über den Atmosphärendruck, so wird im Schritt S9 die Verdichtereinrichtung 36 mit dem Verbrennungsmotor 12 oder dem Elektromotor 50 durch Schließen der Kupplungseinrichtung 40 gekuppelt. Das Regelventil 43 kann dann vollständig geschlossen werden, was aber nicht zwingend notwendig ist. Die Last des Verbrennungsmotors 12 wird dann mit der Drosselklappe 18 beeinflusst.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

10, 10₁, 10₂: Antriebsvorrichtung
12: Verbrennungsmotor
16: Zuführleitung
18: Drosselklappe
20: Abführleitung
22: Ansaugeinrichtung
24: Abgasbehandlungsanlage
26: Verdichtereinrichtung
28: Turboladereinrichtung
30: Turboverdichter
32: Abgasturbine
34: Welle
36: Kompressor
38: Abtriebswelle
40: Kupplungseinrichtung
41: Bypassleitung
42: Absperreinrichtung
43: Regelklappe
44: Luftkühler
45: Drucksensor
46: Steuereinheit
47: Wastegate-Leitung
48: Regelventil
49: elektrische Leitung
50: Elektromotor
52: erster Bereich
54: erste Untergrenze
56: erste Obergrenze
58: zweiter Bereich
60: zweite Untergrenze
62: zweite Obergrenze
64: dritter Bereich
B: Pfeil

Claims

Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit – einem Verbrennungsmotor (12), – einer Zuführleitung (16) zum Zuführen von Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor (12), – einer mit der Zuführleitung (16) zusammenwirkenden Verdichtereinrichtung (26), mittels welcher die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor (12) komprimierbar ist, – einer in die Zuführleitung (16) mündenden Bypassleitung (41), durch welche die Verbrennungsluft unter Umgehung der Verdichtereinrichtung (36) dem Verbrennungsmotor (12) zuführbar ist, wobei – der Bypassleitung (41) eine Absperreinrichtung (42) zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge der durch die Bypassleitung (41) strömenden Verbrennungsluft dient, und – mit einer Steuereinheit (46), mittels welcher die Absperreinrichtung (42) derart ansteuerbar ist, dass in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) die Absperreinrichtung (42) zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (10) eine dem Verbrennungsmotor (10) zugeordnete Drosselklappe (18) aufweist, die mit der Zuführleitung (16) zusammenwirkt, und die Steuereinheit (46) auf die Drosselklappe (18) derart ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) und bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung (42) die Drosselklappe (18) zumindest teilweise geöffnet ist oder wird.
Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, mit – einem Verbrennungsmotor (12), – einer Zuführleitung (16) zum Zuführen von Verbrennungsluft zum Verbrennungsmotor (12), – einer mit der Zuführleitung (16) zusammenwirkenden Verdichtereinrichtung (36), mittels welcher die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor (12) komprimierbar ist, – einer in die Zuführleitung (16) mündenden Bypassleitung (41), durch welche die Verbrennungsluft unter Umgehung der Verdichtereinrichtung (36) zum Verbrennungsmotor (12) zuführbar ist, wobei – der Bypassleitung (41) eine Absperreinrichtung (42) zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge der durch die Bypassleitung (41) strömenden Verbrennungsluft dient, und – mit einer Steuereinheit (46), mittels welcher die Absperreinrichtung (42) ansteuerbar ist, – wobei die Steuereinheit (46) derart auf die Absperreinrichtung (42) ansteuernd wirkt, dass in einem Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvolllast die Absperreinrichtung (42) zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (46) derart auf die Absperreichrichtung (42) wirkt, dass im Schubbetrieb oder im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Absperreinrichtung (42) zumindest teilweise geöffnet wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotor (12) zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (10) eine dem Verbrennungsmotor (10) zugeordnete Drosselklappe (18) aufweist, die mit der Zuführleitung (16) zusammenwirkt und von einer Offenstellung in eine Schließstellung sowie eine zwischen der Offenstellung und der Schließstellung liegende Zwischenstellung bewegbar ist, wobei die Steuereinheit (46) auf die Drosselklappe (18) derart ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb oder im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Drosselklappe (18) in Richtung ihrer Schließstellung bewegt wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotor (12) zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung (36) vom Verbrennungsmotor (12) und/oder einem weiteren Antrieb, insbesondere einem Elektromotor (50), angetrieben ist und wenigstens eine Kupplungseinrichtung (40) zum Abkuppeln der Verdichtereinrichtung (36) von dem Verbrennungsmotor (12) und/oder dem weiteren Antrieb vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (46) derart auf die Kupplungseinrichtung (40) ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) oder im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Verdichtereinrichtung (36) von dem Verbrennungsmotor (12) und/oder dem weiteren Antrieb zumindest teilweise abgekuppelt ist oder wird.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Turboladereinrichtung (28) mit einem Turboverdichter (30) und einer den Turboverdichter (30) antreibenden Abgasturbine (32) vorgesehen ist, – der Turboverdichter (30) mit der Zuführleitung (16) zusammenwirkt und der Verdichtereinrichtung (36) und/oder der Bypassleitung (41) in Zuführrichtung der Verbrennungsluft gesehen, vorgeschaltet ist, – die Abgasturbine (32) in einer Abführleitung (20) der Antriebsvorrichtung (10) angeordnet ist, – eine in die Abführleitung (20) mündende Wastegate-Leitung (47) vorgesehen ist, durch welche das Abgas unter Umgehung der Abgasturbine (26) abführbar ist, und – der Wastegate-Leitung (41) eine weitere Absperreinrichtung (48) zugeordnet ist, die zum Absperren und/oder zum Einstellen der Menge des durch die Wastegate-Leitung (41) strömenden Abgases dient.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (46) derart auf die weitere Absperreinrichtung (48) ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) oder im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die weitere Absperreinrichtung (48) zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (46) derart auf die weitere Absperreinrichtung (48) ansteuernd wirkt, dass bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung (42) die weitere Absperreinrichtung (48) zumindest teilweise geschlossen ist oder wird.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (46) derart auf die weitere Absperreinrichtung (48) ansteuernd wirkt, dass im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) oder im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die weitere Absperreinrichtung (48) zumindest teilweise geöffnet wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotors (12) zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert oder den vorgegebenen Wert überschreitet.
Fahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, welcher auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Ansteuerung der Absperreinrichtung (42), der weiteren Absperreinrichtung (48) und/oder der Drosselklappe (18) einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (12) und/oder in einem Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Absperreinrichtung (42) zumindest teilweise geschlossen wird, insbesondere zusätzlich ein Antrieb der Verdichtereinrichtung (36) ausgeschaltet oder zumindest teilweise abgekuppelt wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Schubbetrieb und bei zumindest teilweise geschlossener Absperreinrichtung (42) die Drosselklappe (18) zumindest teilweise geöffnet wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors (12) unterhalb oder bei seiner Saugvollast die Absperreinrichtung (42) zumindest teilweise geöffnet wird und/oder die Drosselklappe (18) in Richtung ihrer Schließstellung bewegt wird, wenn die Menge der dem Verbrennungsmotor (12) zugeführten Verbrennungsluft einen vorgegebenen Wert überschreitet.