DE102004025929A1

DE102004025929A1 - Lader mit Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102004025929A1
Application number: DE102004025929A
Authority: DE
Inventors: Yuji Wako Yasui; Yutaka Wako Tamagawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2004-12-30
Also published as: US20040237949A1; US7000601B2; JP2004360487A

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Lader einer Maschine (10) umfasst einen Motorgenerator (24), einen Kompressor (6), der in einem Luftansaugsystem der Maschine (10) vorgesehen ist, sowie ein Planetengetriebe (20). Das Planetengetriebe (20) enthält ein Sonnenrad (21), das mit einer Antriebswelle (18) der Maschine (10) verbunden ist, Planetenräder (22), die mit dem Motorgenerator (24) verbunden sind, sowie ein Ringrad (23), das mit dem Kompressor (6) verbunden ist. Das Steuergerät (1) betreibt den Motorgenerator (24), um eine Drehzahl der Planetenräder zu regeln. Durch die Regelung der Drehzahl der Planetenräder wird eine Drehzahl des Kompressors (6) unabhängig von einer Drehzahl der Maschine geregelt. Somit kann die Drehzahl des Kompressors (6) stufenlos über einen Bereich von null bis zu einer höheren Drehzahl als der Maschinendrehzahl verändert werden. Somit kann jeder gewünschte Ladedruck unabhängig von der Maschinendrehzahl erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lader einer Brennkraftmaschine.
Ein Lader einer Brennkraftmaschine umfasst einen Kompressor zum Verdichten von Luft. Die verdichtete Luft wird jedem Zylinder der Maschine zugeführt. Somit nimmt die in die Brennkammer des Zylinders aufgenommene Luftmenge zu, wodurch die Motorleistung ansteigt.

Als Lader sind ein Turbolader und ein mechanischer Lader bekannt. Beim Turbolader wird dessen Turbine durch Abgasenergie in Drehung versetzt. Die Turbine dreht einen Kompressor. Ein solcher Turbolader ist z.B. in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-317640 offenbart. Beim mechanischen Lader treibt eine Antriebswelle der Maschine einen Kompressor an.

Zum Drehen des Kompressors kann auch ein Elektromotor verwendet werden. Z.B. kann ein Turbolader einen Motor zwischen der Turbine und dem Kompressor aufweisen. Wenn das Abgasvolumen gering ist, dreht der Motor den Kompressor. Dieser Turbolader ist z.B. in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. H07-259576 offenbart.

In einem anderen Beispiel kann ein mechanischer Lader einen Elektromotor aufweisen. Die Antriebskraft der Maschine wird in elektrische Energie umgewandelt, durch die wiederum der Motor angetrieben wird. Der Motor dreht den Kompressor. In einem anderen Beispiel kann der Lader eine Hydraulikölpumpe aufweisen, die von der Maschine angetrieben wird. Die Turbine wird durch Hochdrucköl angetrieben. Ein solcher Lader ist z.B. in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. H08-200083 offenbart.

Da der Turbolader die Abgasenergie nutzt, ist der energetische Wirkungsgrad hoch. Jedoch kann die in dem Auspuffsystem vorgesehene Turbine einen Anstieg des Abgasdrucks hervorrufen. Wenn der Abgasdruck bei hoher Maschinenlast hoch ist, tendiert die Maschine zum Klopfen und es kann ein Pumpverlust auftreten. Wenn die Maschinenlast niedrig ist, nimmt das Abgasvolumen ab, was zu einem Mangel des Ladedrucks führen kann. In einigen Fahrzeugen erfolgt eine Steuerung zur schnellen Aktivierung des Katalysators durch die Wärme des Abgases. Wenn das Abgas zum Antrieb der Turbine verwendet wird, kann die zum Aktivieren des Katalysators erforderliche Zeit lang werden.

Der Turbolader mit einem Elektromotor kann den Mangel an Ladedruck überwinden. Jedoch sind dann die obigen Probleme in Bezug auf den Anstieg des Abgasdrucks und die zum Aktivieren des Katalysators benötigte Zeit nicht gelöst.

Da der mechanische Lader eine Drehung einer Antriebswelle der Maschine nutzt, reagiert der Ladedruck schnell auf eine Maschinenantriebskraft, die vom Fahrer angefordert wird. Da in dem Auspuffsystem keine Turbine vorgesehen sein braucht, kann die Zeit zum Aktivieren des Katalysators ausreichend eingehalten werden. Da jedoch die Drehung der Antriebswelle der Maschine erforderlich ist, kann ein Leistungsverlust der Maschine (als "Antriebsverlust" bezeichnet) entsprechend einer Zunahme der Ladeluftmenge auftreten.

Bei dem mechanischen Lader mit Elektromotor ist der energetische Wirkungsgrad niedrig, da die Maschinenantriebskraft in elektrische Energie umgewandelt wird und dann die elektrische Energie in die Motorantriebskraft umgewandelt wird.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Lader anzugeben, der die obigen Nachteile des Turboladers und des mechanischen Laders überwinden kann. Ein solcher neuartiger Lader kann eine gewünschte Maschinenausgangsleistung über einen weiten Maschinendrehzahlbereich erzeugen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Lader einer Maschine einen Motorgenerator, einen Kompressor, der in einem Luftansaugsystem der Maschine vorgesehen ist, sowie ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe enthält ein erstes Rad, ein zweites Rad und ein drittes Rad. Das erste Rad ist mit einer Antriebswelle der Maschine verbunden. Das zweite Rad ist mit dem Motorgenerator verbunden. Das dritte Rad ist mit dem Kompressor verbunden. Ein Steuergerät betreibt den Motorgenerator so, dass die Drehzahl des zweiten Rads gesteuert/geregelt wird. Durch die Steuerung/Regelung der Drehzahl des zweiten Rads wird die Drehzahl des Kompressors unabhängig von der Drehzahl der Maschine gesteuert/geregelt.

Erfindungsgemäß kann die Drehzahl des Kompressors stufenlos von null auf eine höhere Drehzahl als die Drehzahl der Maschine geändert werden. Da die Drehzahl des Kompressors unabhängig von der Drehzahl der Maschine gesteuert werden kann, wird der gewünschte Ladedruck bei jeder Drehzahl der Maschine erzeugt.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung enthält das zweite Rad Planetenräder. Der Motorgenerator ist mit einem Träger der Planetenräder verbunden. Der Träger definiert eine Umlaufbewegung der Planetenräder um das erste Rad. In einer Ausführung ist das erste Rad ein Sonnenrad und ist das dritte Rad ein Ringrad.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird, wenn eine vom Fahrer angeforderte Antriebskraft der Maschine einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Motorgenerator so angetrieben, dass der Kompressor mit einer höheren Drehzahl dreht als der Drehzahl der Maschine. Wenn eine vom Fahrer angeforderte Antriebskraft der Maschine niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, wird der Motorgenerator so angetrieben, dass der Kompressor mit einer geringeren Drehzahl dreht als der Drehzahl der Maschine, oder so, dass der Kompressor stehen bleibt.

Wenn der Kompressor mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl der Maschine rotiert, wird der Motorgenerator als Elektromotor betrieben. Wenn der Kompressor mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl der Maschine rotiert, wird der Motorgenerator als Stromgenerator betrieben.

Wenn der Motorgenerator als Elektromotor betrieben wird, wird dem Motorgenerator elektrischer Strom zugeführt. Der Kompressor kann mit einer höheren Drehzahl rotieren als der Drehzahl der Maschine (Unterstützungsmodus). Wenn die elektrische Energiemenge des Motorgenerators zunimmt, nimmt die Drehzahl des Kompressors zu.

Wenn der Motorgenerator als Stromgenerator betrieben wird, wird elektrische Energie von dem Motorgenerator wiedergewonnen. Der Kompressor kann mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl der Maschine rotieren (Regenerationsmodus). Wenn die Menge der elektrischen Stromerzeugung zunimmt, sinkt die Drehzahl des Kompressors. Da die elektrische Energie von dem Motorgenerator wiedergewonnen wird, um z.B. eine Batterie zu laden, ist der energetische Wirkungsgrad verbessert.

Somit kann der Kompressor mit jeder Drehzahl unabhängig von der Drehzahl der Maschine drehen. Es wird verhindert, dass ein mangelnder Ladedruck auftritt und dass ein zu hoher Ladedruck erzeugt wird.

Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung enthält der Lader einen Stromgenerator, der mit der Maschine verbunden ist. Wenn der Motorgenerator als Elektromotor betrieben wird, wird von dem Stromgenerator dem Motorgenerator elektrische Energie zugeführt. Durch Nutzung des Stromgenerators kann die Drehzahl des Kompressors unabhängig vom Ladezustand der Batterie erhöht werden.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird der Betrieb des Stromgenerators gestoppt, wenn ein Gaspedal vollständig gedrückt oder fast vollständig gedrückt ist bzw. vollständig offen ist. Eine Erhöhung der Drehzahl des Kompressors erfolgt nur durch die elektrische Energie von der Batterie. Da der Stromgenerator gestoppt wird, wird verhindert, dass die Maschinenleistung dazu verbraucht wird, um den Stromgenerator zu betreiben.

Gemäß einer noch anderen Ausführung der Erfindung erfolgt eine Reaktionszuweisungsregelung zum Erzeugen eines Motorbefehls zum Betreiben des Motorgenerators derart, dass der Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.

Das Aufladen kann mit starker Verzögerung einsetzen, weil die Luftverdichtung durch den Kompressor eine gewisse Zeit braucht. Diese Verzögerung kann zu einem Überschießen des Ladedrucks führen. Die Reaktionszuweisungsregelung kann bewirken, dass der Ladedruck auf den Sollwert konvergiert, ohne überzuschießen. Somit wird die Fahrbarkeit des Fahrzeugs verbessert.

Gemäß einer noch anderen Ausführung der Erfindung wird die Ansaugluftmenge zu der Maschine durch einen Öffnungswinkel des Drosselventils eingestellt. In dieser Ausführung erfolgt die Reaktionszuweisungsregelung zur Bestimmung des Öffnungswinkels des Drosselventils derart, dass die Ansaugluftmenge in die Maschine auf einen Sollwert konvergiert.

Da das Aufladen eine Verzögerung beinhaltet, könnte die Ladedruckregelung nicht in der Lage sein, eine Feineinstellung der Ansaugluftmenge vorzunehmen. Die Steuerung des Drosselventils kann eine solche Feineinstellung implementieren. Die Steuerung des Öffnungswinkels des Drosselventils kann bewirken, dass die Ansaugluftmenge in die Maschine einem Sollwert mit hoher Genauigkeit folgt.

Es gibt eine Verzögerung in der Steuerung, die bewirkt, dass die Ansaugluftmenge in die Maschine auf einen Sollwert konvergiert, weil die Luft vorübergehend in dem Luftansaugkrümmer gehalten wird, bevor sie in den Zylinder der Maschine aufgenommen wird. Diese Verzögerung kann ein Überschießen der Ansaugluftmenge hervorrufen. Die Reaktionszuweisungsregelung kann den Öffnungswinkel des Drosselventils derart einstellen bzw. regeln, dass die Ansaugluftmenge auf einen Sollwert konvergiert, ohne überzuschießen.

In einer noch anderen Ausführung der Erfindung umfasst der Lader ferner eine Einwegkupplung zwischen dem Motorgenerator und dem Kompressor. Eine übermäßige elektrische Stromerzeugung des Motorgenerators kann eine Rückwärtsdrehung des Kompressors hervorrufen. Eine Einwegkupplung verhindert diese Rückwärtsdrehung des Kompressors, während die Menge der vom Motorgenerator erzeugten elektrischen Energie erhöht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine, eines Laders und einer Steuereinheit gemäß einer Ausführung;
2 zeigt eine schematische Struktur eines Planetengetriebes gemäß einer Ausführung;
3 zeigt eine schematische Struktur eines Mechanismus zum Antrieb eines Motorgenerators gemäß einer Ausführung;
4 zeigt schematisch das Verhalten verschiedener Parameter in Bezug auf die Maschinenlast gemäß einer Ausführung;
5 zeigt einen Energiefluss und eine Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes in einem Regenerationsmodus gemäß einer Ausführung;
6 zeigt einen Energiefluss und eine Drehzahl jedes Rads eines Planetengetriebes im Unterstützungsmodus gemäß einer Ausführung;
7 zeigt einen Energiefluss und eine Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes, wenn das Aufladen in einem Unterstützungsmodus maximiert ist, gemäß einer Ausführung;
8 zeigt ein Flussdiagramm einer Hauptroutine zur Motorsteuerung gemäß einer Ausführung;
9 zeigt ein Flussdiagramm einer Ladedruckregelung gemäß einer Ausführung;
10 zeigt ein Flussdiagramm einer Stromgenerator (ACG)-Regelung gemäß einer Ausführung;
11 zeigt ein Flussdiagramm einer Drosselregelung gemäß einer Ausführung;
12 ist eine Tabelle der Ventilsteuerzeit entsprechend einem Öffnungswinkel eines Gaspedals gemäß einer Ausführung;
13 ist eine Tabelle eines Sollladedrucks gemäß einem Öffnungswinkel des Gaspedals gemäß einer Ausführung;
14 ist eine Tabelle eines Referenzmotorbefehls entsprechend einem Öffnungswinkel eines Gaspedals gemäß einer Ausführung;
15 zeigt eine Umschaltfunktion einer Reaktionszuweisungsregelung gemäß einer Ausführung;
16 zeigt eine Konvergenzgeschwindigkeit entsprechend einem Wert eines Setzparameters einer Umschaltfunktion gemäß einer Ausführung;
17 ist eine Tabelle zur Ausfallsicherung, die einen Referenzwert für die Ansaugluftmenge entsprechend einem Öffnungswinkel eines Gaspedalmodus gemäß einer Ausführung zeigt;
18 ist eine Tabelle für einen Normalmodus, die einen Referenzwert für die Ansaugluftmenge entsprechend einem Öffnungswinkel eines Gaspedals gemäß einre Ausführung zeigt,
19 zeigt eine schematische Struktur eines Laders gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung;
20 ist eine Tabelle, die einen Referenzmotorbefehl gemäß einem Öffnungswinkel eines Gaspedals gemäß einer anderen Ausführung zeigt; und
21 zeigt den Effekt eines Laders gemäß einer Ausführung der Erfindung.
Aufbau der Brennkraftmaschine. des Laders und der Steuereinheit
1 ist ein Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine (nachfolgend als Maschine bezeichnet), eines Laders und einer Steuereinheit gemäß einer Ausführung.
Eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als ECU bezeichnet) 1 umfasst eine Eingangsschnittstelle 1a zum Empfangen von Daten, die von jedem Teil des Fahrzeugs geschickt werden, eine CPU 1b zur Ausführung von Operationen zum Steuern/Regeln jedes Teils des Fahrzeugs, einen Speicher 1c einschließlich einem Festwertspeicher (ROM) und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) sowie eine Ausgangsschnittstelle 1d zum Schicken von Steuersignalen zu jedem Teil des Fahrzeugs. In dem ROM sind Programme und verschiedene Daten zum Steuern/Regeln jedes Teils des Fahrzeugs gespeichert. Das ROM kann ein überschreibbares ROM sein, wie etwa ein EPROM. Das RAM stellt Arbeitsflächen für die Operationen durch die CPU 1b bereit, worin von jedem Teil des Fahrzeugs geschickte Daten sowie zu jedem Teil des Fahrzeugs auszugebende Steuersignale vorübergehend gespeichert werden. Luft wird in eine mit einer Maschine 10 verbundene Ansaugleitung 2 durch einen Luftfilter 3 zugeführt. Die Ansaugluftmenge wird mit einem Luftströmungsmesser 4 erfasst.
Ein Kompressor 6 und ein Ladeluftkühler 7 sind in einer Ladeluftleitung 5 vorgesehen, die parallel zu der Ansaugluftleitung 2 vorgesehen ist. Die von dem Kompressor 6 verdichtete Luft wird durch den Ladeluftkühler 7 abgekühlt.
In der Ansaugleitung 2 ist ein Aufladeventil 8 vorgesehen und das Aufladeventil ist ein Einwegventil, das geschlossen wird, wenn ein Aufladeprozess durchgeführt wird. Dieses Ventil 8 verhindert, dass die durch den Kompressor 6 verdichtete Luft in die Ansaugleitung 2 zurückfließt.
Ein Ladedruck (Pc)-Sensor 9 ist an einem Punkt vorgesehen, wo die Ladeleitung 5 mit der Ansaugleitung 2 verbunden ist. Der Ladedrucksensor 9 erfasst den Druck von Luft, die von dem Ladeluftkühler 7 zu der Luftansaugleitung 2 fließt, nachfolgend als Ladedruck bezeichnet. Der erfasste Ladedruck wird zu der ECU 1 geschickt.
Ein Drosselventil 11 ist in der Ansaugleitung 2 vorgesehen. Der Öffnungswinkel des Drosselventils 11 wird durch ein Steuersignal von der ECU 1 gesteuert/geregelt. Die in die Maschine 10 eingeführte Luftmenge kann durch Einstellen des Öffnungswinkels des Drosselventils 11 gesteuert/geregelt werden. Ein Drosselventilöffnungs (θTH)-Sensor 12 erfasst einen Öffnungswinkel des Drosselventils 11 und schickt diesen zur ECU 1.
Ein Ansaugkrümmerdruck (Pb)-Sensor 14 ist in einer Kammer 13 vorgesehen. Der Ansaugkrümmersensor 14 erfasst einen Druck Pb, der in die Kammer 13 gefüllten Luft und schickt ihn zu der ECU 1.
Ein Katalysator 16 ist in einer Auspuffleitung 15 vorgesehen, die mit der Maschine 10 verbunden ist. Der Katalysator 16 entfernt ungewünschte Substanzen, wie etwa KW, CO, NOx, die in den durch die Auspuffleitung 15 strömenden Abgas enthalten sind.
Ein Drehzahl (Ne)-Sensor 17 ist am Umfang der Nockenwelle oder dem Umfang der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Maschine 2 angebracht. Eine durch den Sensor 17 erfasste Maschinendrehzahl wird zu der ECU 1 geschickt.
Ein Planetengetriebe (-mechanismus) 20 umfasst ein Sonnen (Zahn)-Rad 21, eine Mehrzahl von Planeten (Zahn)-Rädern 22 und ein Ring (Zahn)-Rad 23. Das Sonnenrad 21 ist mit der Kurbelwelle (d.h. einer Antriebswelle) 18 der Maschine 10 durch einen Hilfsriemen 19 verbunden, sodass sich das Sonnenrad mit der Drehung der Kurbelwelle 18 dreht.
Ein Motorgenerator 24 ist mit einem Träger der Planetenräder 22 verbunden. Der Motorgenerator 24 wirkt nicht nur als Elektromotor, sondern auch als Stromgenerator. Der Motorgenerator 24 erhält einen von der ECU 1 erzeugten Motorbefehl und treibt die Planetenräder 22 gemäß dem empfangenen Befehl an.
Der Kompressor 6 ist mit dem Ringrad 23 verbunden. Der Kompressor 6 dreht sich entsprechend der Drehung des Ringrads 23.
Ein Stromgenerator (ACG) 25 ist mit der Maschine 10 über den Hilfsriemen 19 verbunden. Der Stromgenerator 25 wird durch eine Antriebskraft der Maschine angetrieben, die durch die Antriebswelle der Maschine übertragen wird.
Eine Batterie (oder ein Kondensator bzw. Sammler) 26 ist mit dem Stromgenerator 25 und dem Motorgenerator 24 verbunden. Der Motorgenerator 24 kann mit elektrischer Energie von dem Generator 25 und/oder der Batterie 26 versorgt werden.
Ein Gaspedalöffnungssensor 27 erfasst einen Öffnungswinkel AP des Gaspedals und schickt ihn zu der ECU 1.
Die zu der ECU 1 geschickten Signale werden zur Eingangsschnittstelle 1a geleitet. Die Eingangsschnittstelle 1a wandelt analoge Signalwerte in digitale Signalwerte um. Die CPU 1b verarbeitet diese resultierenden digitalen Signale, führt Operationen entsprechend den im ROM 1c gespeicherten Programmen durch und erzeugt Steuersignale. Die Augangsschnittstelle 1d schickt diese Steuersignale zu Aktuatoren für die Kraftstoffeinspritzventile 12 sowie anderen Aktuatoren.
2(a) zeigt schematisch eine Vorderansicht des Planetengetriebes 20. 2(b) zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Planetengetriebes 20.
Das Sonnenrad 21 ist mit der Kurbelwelle 18 der Maschine verbunden. Der Träger 28 der Planetenräder 22 ist mit dem Motorgenerator 24 verbunden. Das Ringrad 23 ist mit dem Kompressor 6 verbunden. Die Planetenräder 22 drehen sich um das Sonnenrad 21 herum, entsprechend der Drehung des Trägers 28.
Obwohl die Anzahl der in 2(a) gezeigten Planetenräder 22 drei ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt. Obwohl in 2 der Durchmesser des Sonnenrads 21 gleich dem Durchmesser der Planetenräder 22 ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
Das Sonnenrad 21 dreht sich entsprechend der Drehung der Kurbelwelle 18 der Maschine. Wenn der Träger 28 nicht durch den Motorgenerator 24 angetrieben wird, rotiert der Träger mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 21.
Eine Drehzahl des Trägers 28 kann durch den Motorgenerator 24 gesteuert/geregelt werden. Wenn der Motorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet, kann sich der Träger 28 mit einer höheren Drehzahl als der Maschinendrehzahl NE drehen. Wenn die Menge der dem Motorgenerator 24 zugeführten elektrischen Energie ansteigt, nimmt die Drehzahl des Trägers 28 zu. Wenn die Drehzahl des Trägers 28 zunimmt, nimmt auch die Drehzahl des Ringrads 23 zu. Daher nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 zu.
Wenn andererseits der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet, kann sich der Träger 18 mit einer geringeren Drehzahl als der Maschinendrehzahl NE drehen. Wenn die von dem Motorgenerator 24 erzeugte elektrische Energiemenge zunimmt, nimmt die Drehzahl des Trägers 28 ab. Da die Drehzahl des Trägers 28 abnimmt, nimmt auch die Drehzahl des Ringrads 23 ab. Somit nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 ab.
Durch Steuern/Regeln der Drehzahl des Trägers 28 durch den Motorgenerator 24 kann die Drehzahl des Ringrads 23 unabhängig von der Drehzahl des Sonnenrads 21 gesteuert werden. In anderen Worten, die Drehzahl des Kompressors 6 kann stufenlos von null auf eine höhere Drehzahl als die Maschinendrehzahl NE verändert werden. Somit kann, unabhängig von der Maschinendrehzahl NE, der Kompressor 6 mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, mit der ein gewünschter Ladedruck erzeugt wird.
Alternativ kann das Ringrad mit der Antriebswelle der Maschine verbunden werden. In diesem Fall kann das Sonnenrad mit dem Kompressor verbunden werden.
3 zeigt ein Schaltungsbeispiel zum Betrieb des Motorgenerators 24. Der Motorgenerator 24 ist z.B. ein üblicher Drei-Phasen-Motor, in dem ein Anker 31 vorgesehen ist. Der Anker 31 ist mit dem Träger 28 verbunden (2).
Mit dem Anker 31 ist ein Umwandler 33 verbunden. Der Umwandler 33 führt dem Anker 31 einen Dreiphasenwechselstrom zu, wenn der Motorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet. Der Umwandler 33 gleichrichtet einen vom Motorgenerator 24 erzeugten Strom, wenn der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet. Der gleichgerichtete Strom lädt die Batterie 26.
Der Motorgenerator 24 umfasst ferner eine Feldwicklung 32. Die Feldwicklung 32 ist mit einer Stromsteuerschaltung 34 verbunden, die einen der Feldwicklung 32 zugeführten Feldstrom steuert/regelt. Durch den Feldstrom wird ein Magnetfeld erzeugt.
Wenn der Motorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet, schickt die ECU 1 einen Motorbefehl mit einem positiven Wert zu dem Umwandler 33. Die Stromsteuerschaltung 34 liefert einen vorbestimmten Feldstrom zu der Feldwicklung 32, um das Magnetfeld zu erzeugen. Der Umwandler 33 liefert dem Anker 31 einen Strom entsprechend der Höhe des Motorbefehls. Dieser Strom dreht den Anker 31, um hierdurch den Träger 28 zu drehen. Wenn die Höhe des durch den Anker 31 fließenden Stroms zunimmt, nimmt auch die Drehzahl des Trägers 28 zu.
Wenn die ECU 1 einen Motorbefehl mit einem Nullwert zu dem Umwandler 33 und der Stromsteuerschaltung 34 schickt, bleibt der Motorgenerator 24 stehen. In anderen Worten, der Umwandler 33 stoppt die Stromzufuhr zu dem Anker 31, und die Stromsteuerschaltung 34 stoppt die Zufuhr des Feldstroms zu der Feldwicklung 32. Der Anker 31 und der Träger 28 drehen sich mit der gleichen Drehzahl wie der Drehzahl der Antriebswelle (d.h. der Maschinendrehzahl NE).
Wenn der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet, schickt die ECU 1 einen Motorbefehl mit einem negativen Wert zu der Stromsteuerschaltung 34. Die Stromsteuerschaltung 34 liefert der Feldwicklung 32 einen Strom entsprechend der Höhe des Absolutwerts des Motorbefehls. Der von dem Motorgenerator 24 erzeugte Strom wird durch den Umwandler 33 gleichgerichtet. Der gleichgerichtete Strom lädt die Batterie 26.
Somit stellt die Stromsteuerschaltung 34 die Höhe des der Feldwicklung 32 zugeführten Feldstroms ein. Durch diese Einstellung kann die Stromerzeugungsmenge von dem Motorgenerator 24 gesteuert/geregelt werden. Wenn die von dem Motorgenerator 24 zur Batterie 26 rückgeführte elektrische Energie höher ist als die durch die Antriebswelle erzeugte Dreh (kinetische)-Energie, verzögert die Drehzahl des Ankers 31. Wenn die Menge der elektrischen Energie von dem Motorgenerator 24 (d.h. die Menge der elektrischen Stromerzeugung des Motorgenerators 24) zunimmt, nimmt eine Kraft zu, welche die Drehung des Ankers 31 bremst. Somit sinkt die Drehzahl des Trägers 28.
Die Schaltung zum Antrieb des Motorgenerators 24 von 3 ist nur ein Beispiel. Es können andere bekannte Schaltungen zum Betreiben des Motorgenerators 24 verwendet werden.
Alternativ kann jedes andere geeignete Verfahren zum Steuern/Regeln der elektrischen Stromerzeugung angewendet werden, wenn der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet. Z.B. ist ein Verfahren zum Steuern/Regeln der elektrischen Stromerzeugung bekannt, indem dem Anker ein phasengesteuerter Strom zugeführt wird.
Angemerkt werden sollte, dass der Motorgenerator 24 mit elektrischer Energie nicht nur von der Batterie 26 versorgt werden kann, wie in 3 gezeigt, sondern auch vom mit der Maschine verbundenen Stromgenerator 25, wie in 1 gezeigt.
Der Einfachheit wegen wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass der Umwandler 33 und die Stromsteuerschaltung 34 in dem Motorgenerator 24 enthaltene Komponenten sind. Der Motorbefehl wird von der ECU 1 zu dem Motorgenerator 24 geschickt.
Betrieb des Laders
4 zeigt das Verhalten verschiedener Parameter in Bezug auf die Maschinenleistung (oder Antriebskraft der Maschine), die vom Fahrer angefordert wird, in einem Maschinensteuerprozess gemäß einer Ausführung der Erfindung. Angenommen sei, dass die Maschinendrehzahl NE auf einem gegebenen Wert beibehalten wird. Die vom Fahrer angeforderte Maschinenleistung wird typischerweise durch einen Öffnungswinkel AP des Gaspedals ausgedrückt.
In einem ersten Regenerationsmodus reicht die vom Fahrer angeforderte Maschinenleistung von null (d.h. keine Maschinenlast) bis zu AP1. In dem ersten Regenerationsmodus wird keine Aufladung durchgeführt. Ein Motorbefehl wird erzeugt, um die Drehzahl Nc des Kompressors 6 null zu machen. Dieser Motorbefehl hat einen negativen Wert, sodass der Motorgenerator 24 als Stromgenerator wirkt. Elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 wird wiedergewonnen, um die Batterie 26 zu laden.
Damit die Drehzahl Nc des Kompressors null wird, muss die durch die Antriebskraft der Maschine erzeugte Drehenergie durch die elektrische Energie aufgehoben werden. Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals abnimmt, nimmt auch die Antriebskraft der Maschine ab, und daher sinkt die resultierende Drehenergie. Wenn die Drehenergie abnimmt, nimmt die Kraft ab, welche die Drehung des Trägers 28 bremst. Somit wird der Absolutwert des Motorbefehls so angelegt, dass mit einer Abnahme der Gaspedalöffnung AP abnimmt. Da die Aufladung nicht erfolgt, ist der von dem Ladedrucksensor 9 erfasste Ladedruck Pc angenähert gleich dem Atmosphärendruck Pa.
In dieser Ausführung wird ein variabler Ventilsteuermechanismus angewendet, der in der Lage ist, den Hub des Einlass- und/oder Auslassventils zu verändern. In dem ersten Regenerationsmodus wird die Ansaugluftmenge Gcyl in die Maschine geregelt, indem der Nacheilbetrag der Ventilsteuerzeit θv/v zum Schließen des Einlassventils eingestellt wird. Da der Nacheilbetrag der Ventilsteuerzeit abnimmt (in anderen Worten, die Ventilsteuerung θv/v nähert sich UT an), nimmt die Ansaugluftmenge Gcyl zu. Der Öffnungswinkel des Drosselventils 11 wird auf einen Wert gleich Vollgas oder angenähert Vollgas gestellt.
Bei einem üblichen Ventilsteuermechanismus wird das Einlassventil typischerweise geschlossen, wenn der Ansaughub beendet ist. Bei dem variablen Ventilsteuermechanismus wird das Einlassventil während des Verdichtungshubs geschlossen, der nach dem Ansaughub stattfindet. Der Nacheilbetrag der Ventilsteuerzeit zum Schließen des Einlassventils gibt an, wie weit die Schließzeit des Einlassventils von dem Anfangspunkt des Verdichtungshubs (d.h. UT) abweicht.
Das Luftvolumen in dem Maschinenzylinder kann geändert werden, indem der Nacheilbetrag der Ventilsteuerung eingestellt wird. Wenn der Luftdruck in dem Zylinder konstant ist, ändert sich die Ansaugluftmenge zur Maschine entsprechend dem Luftvolumen in dem Zylinder. Somit wird die Ansaugluftmenge in die Maschine eingestellt, indem der Nacheilbetrag der Ventilsteuerung zum Schließen des Einlassventils gesteuert/geregelt wird. Bei dem variablen Ventilsteuermechanismus wird ein Pumpverlust unterdrückt, weil es nicht erforderlich ist, den Druck im Ansaugkrümmer negativ zu machen.
In einem zweiten Regenerationsmodus reicht die angeforderte Maschinenleistung von AP1 zu AP2. Die Drehzahl Nc des Kompressors wird niedriger eingestellt als die Maschinendrehzahl NE. Die Aufladung findet statt. Es wird ein Motorbefehl erzeugt, sodass die Kompressordrehzahl Nc entsprechend einem gewünschten Ladedruck Pc erreicht wird. Dieser Motorbefehl hat einen negativen Wert, sodass der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet. Elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 wird wiedergewonnen, um die Batterie 26 zu laden.
Wenn der Absolutwert des Motorbefehls abnimmt, nimmt die Menge der elektrischen Stromerzeugung ab, und daher nimmt die Drehzahl Nc des Kompressors zu. Wenn die Drehzahl Nc des Kompressors zunimmt, nimmt der Ladedruck Pc zu, und daher nimmt die Ansaugluftmenge Gcyl zu. In dem zweiten Regenerationsmodus wird die Ventilsteuerung θv/v auf eine reguläre Steuerzeit eingestellt (typischerweise den Zeitpunkt, wenn der Ansaugtakt beendet ist).
Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals AP2 beträgt, wird der Motorbefehl auf null gesetzt. Wie oben beschrieben, stoppt der Motorgenerator 24, und der Kompressor 6 dreht sich durch die Antriebskraft der Maschine. Die Drehzahl Nc des Kompressors ist gleich der Maschinendrehzahl NE.
In einem Unterstützungsmodus überschreitet die angeforderte Maschinenleistung AP2. In diesem Modus wird die Drehzahl Nc des Kompressors höher eingestellt als die Maschinendrehzahl NE. In dem Unterstützungsmodus wird der Motorbefehl so erzeugt, dass die Kompressordrehzahl Nc entsprechend einem gewünschten Ladedruck Pc erreicht wird. Dieser Motorbefehl hat einen positiven Wert, sodass der Motorgenerator 24 als Elektromotor 24 arbeitet. Wenn der Absolutwert des Motorbefehls zunimmt, nimmt auch die Drehzahl Nc des Kompressors zu. Wenn die Drehzahl Nc des Kompressors zunimmt, nimmt der Ladedruck Pc zu, und daher nimmt die Ansaugluftmenge Gcyl zu.
Alternativ kann jeder andere Ventilsteuermechanismus anstelle des obigen variablen Ventilsteuermechanismus verwendet werden.
5(a) zeigt einen Energiefluss in den ersten und zweiten Regenerationsmodi, nachfolgend einfach als "Regenerationsmodus" bezeichnet. 5(b) zeigt die relative Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20 im Regenerationsmodus. Der Pfeil 41 zeigt die Antriebskraft der Maschine. Der Regenerationsmodus wird durchgeführt, wenn die Maschinenlast niedrig ist (z.B. dann, wenn ein Öffnungswinkel EP des Gaspedals klein ist).
Der Motorgenerator 24 wird durch die Antriebskraft 41 der Maschine als elektrischer Stromgenerator betrieben. Die elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 wird wiedergewonnen, um die Batterie 26 zu laden, wie mit dem Pfeil 42 angegeben.
Wenn die von dem Motorgenerator 24 erzeugte elektrische Energie größer ist als die durch die Antriebskraft 41 der Maschine erzeugte Drehenergie, sinkt die Drehzahl des Trägers 28 relativ zur Maschinendrehzahl NE (d.h. die Drehzahl des Sonnenrads 21). Wenn die erzeugte elektrische Energiemenge des Motorgenerators 24 zunimmt, sinkt die Drehzahl des Trägers 28. Wenn die Drehzahl des Trägers 28 abnimmt, nimmt die Drehzahl des Ringrads 23 ab. Wenn die Drehzahl des Ringrads 23 abnimmt, nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 ab. Somit wird ein geringerer Ladedruck erzeugt. Durch Einstellen der erzeugte elektrische Energiemenge von dem Motorgenerator 24 kann die Drehung des Kompressors 6 gestoppt werden. Der Drehstopp des Kompressors 6 stoppt die Aufladung.
Wie mit dem Pfeil 43 angegeben, lädt elektrische Energie von dem Stromgenerator 25, der an dem Fahrzeug angebracht ist, die Batterie 26. Jedoch kann dieses Laden von dem Stromgenerator 25 zur Batterie 26 aufgehoben werden, indem die elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 in die Batterie 26 regeneriert wird.
Wenn somit die Maschinenlast niedrig ist, wird der Motorgenerator 24 als Stromgenerator betrieben, um die regenerative Energie zu der Batterie 26 zu leiten. Ein Leistungsverlust der Maschine wird reduziert, weil ein zu hohes Aufladen verhindert wird. Der energetische Wirkungsgrad wird verbessert, weil die regenerative Energie, welche die Batterie 26 lädt, für andere elektronische Zusatzeinrichtungen verwendet werden kann.
6(a) zeigt ein Energiefluss im Unterstützungsmodus. 6(b) zeigt relative die Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20 im Unterstützungsmodus. Der Pfeil 41 zeigt die Antriebskraft der Maschine. Die in 6 gezeigte Ausführung wird z.B. implementiert, wenn die Maschinenlast hoch ist, obwohl die Maschinendrehzahl NE niedrig ist.
Wie mit dem Pfeil 44 angegeben, erhält der Motorgenerator 24 elektrische Energie von dem Stromgenerator 25, sodass er als Elektromotor arbeitet. Die Drehzahl des Trägers 28 kann höher gemacht werden als die Maschinendrehzahl NE (d.h. die Drehzahl des Sonnenrads 21), indem die Menge der elektrischen Energiezufuhr zu dem Motorgenerator 24 gesteuert/geregelt wird. Wenn die Menge der elektrischen Energiezufuhr zu dem Motorgenerator 24 zunimmt, nimmt die Drehzahl des Trägers 28 zu. Wenn die Drehzahl des Trägers 28 zunimmt, nimmt die Drehzahl des Ringrads 23 zu. Wenn die Drehzahl des Ringrads 23 zunimmt, nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 zu, und daher wird ein hoher Ladedruck erzeugt.
Wie mit dem Pfeil 45 angegeben, lädt die elektrische Energie von dem Stromgenerator 25 die Batterie 26.
Wenn somit die Maschinenlast hoch ist, arbeitet der Motorgenerator 24 als Elektromotor, sodass ein hoher Ladedruck erzeugt wird. Ein mangelnder Ladedruck wird verhindert, auch wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist.
Wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, muss das in den Zylinder eingeführte Luftvolumen erhöht werden. Um das Luftvolumen durch den Ladeprozess zu erhöhen, muss die Drehzahl Nc des Kompressors erhöht werden. In diesem Fall kann der Motorgenerator 24 so konfiguriert sein, dass er elektrische Energie sowohl von dem Stromgenerator 25 als auch der Batterie 26 erhält. Somit kann in dem Ladeprozess eine große Luftmenge mit hohem Druck erzeugt werden, indem die elektrische Energiemenge erhöht wird, die dem Motorgenerator 24 zugeführt wird.
7(a) zeigt den Energiefluss, wenn im Unterstützungsmodus die Maschinenlast ausreichend hoch ist. 7(b) zeigt relativ die Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20, wenn die Maschinenlast im Unterstützungsmodus ausreichend hoch ist. Diese Ausführung wird z.B. implementiert, wenn ein Öffnungswinkel des Gaspedals vollständig offen oder fast vollständig offen ist.
Um eine große Luftmenge mit hohem Druck zu erzeugen, muss die Drehzahl Nc des Kompressors erhöht werden. Der Betrieb des Stromgenerators 25 wird gestoppt, sodass ein Verlust der Maschinenleistung, die zum Betreiben des Generators 25 erforderlich ist, aufgehoben wird. Wie mit dem Pfeil 46 angegeben, wird elektrische Energie dem Motorgenerator 24 nur von der Batterie 26 zugeführt. Die Ladewirkung kann maximiert werden, weil in dem Elektromotor 25 keine Maschinenleistung verbraucht wird. Diese Ausführung wäre z.B. dann wirkungsvoll, wenn der Effekt des Kompressors vorübergehend maximiert werden soll.
In einer anderen Ausführung kann eine Batterie, wie etwa eine Ni-MH (Nickel-Wasserstoff)-Batterie oder eine Lithiumionenbatterie, als Massenenergiespeichermittel verwendet werden. Durch die Verwendung einer solchen Batterie kann ein Zustand verhindert werden, wo elektrische Energie von dem Motorgenerator in dem Regenerationsmodus nicht wiedergewonnen wird, weil die Batteriekapazität groß ist. Elektrische Energie, die zum Erzeugen eines gewünschten Ladedrucks erforderlich ist, kann im Unterstützungsmodus von der Batterie erhalten werden. Mit einer solchen Batterie kann der Stromgenerator 25 weggelassen werden.
Steuerfluss
8 zeigt eine Hauptroutine einer Maschinensteuerung gemäß einer Ausführung der Erfindung. Diese Routine wird typischerweise durch Programme gespeichert, die im Speicher 1c der ECU 1 gespeichert sind. Diese Routine wird wiederholt mit einem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt.
In Schritt S101 wird eine Ladedrucksteuerroutine (9) durchgeführt, um einen Motorbefehl zum Antrieb des Motorgenerators 24 zu bestimmen. In Schritt S102 wird eine ACG-Steuerroutine (10) durchgeführt, um ein Steuersignal zu erzeugen, das zu dem Stromgenerator 25 geschickt wird. Der Stromgenerator 25 wird zwischen EIN und AUS entsprechend dem erzeugten Steuersignal umgeschaltet.
In Schritt 103 wird die in den Zylinder eingeführte Ansaugluftmenge Gcyl gemäß der Gleichung (1) berechnet. In der Gleichung (1) repräsentiert Gth eine Ausgabe des Luftströmungsmessers 4 (1). Pb repräsentiert eine Ausgabe des Ansaugkrümmerdrucksensors 14 (1). Vb repräsentiert ein Volumen (m³) des Luftansaugkrümmers. Tb repräsentiert eine Temperatur (K) des Luftansaugkrümmers. R repräsentiert die Gaskonstante.
In Schritt S104 wird eine Ventilsteuerzeit θv/v zum Schließen des Einlassventils bestimmt. Diese Bestimmung kann unter Bezug auf ein Kennfeld durchgeführt werden, das in dem Speicher vorgespeichert ist, auf der Basis des erfassten Öffnungswinkels AP des Gaspedals. Ein Beispiel eines solchen Kennfelds ist in 12 gezeigt. Der Öffnungswinkel AP des Gaspedals, der der gleiche ist wie in 4, bezeichnet einen Öffnungswinkel des Gaspedals, bei dem der Modus von dem ersten Regenerationsmodus zu dem zweiten Regenerationsmodus umgeschaltet wird. Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals gleich oder kleiner AP ist, wird die Ansaugluftmenge durch die Ventilsteuerzeit θv/v gesteuert.
In Schritt S105 wird eine Drosselsteuerroutine (11) durchgeführt, um einen Öffnungswinkel TH des Drosselventils zu bestimmen. In Schritt S106 wird eine Kraftstoffeinspritzsteuerung durchgeführt, um eine Kraftstoffeinspritzzeit zu bestimmen. In Schritt S107 wird eine Zündzeitsteuerung durchgeführt, um einen Zündzeitpunkt auf der Basis der so bestimmten Kraftstofteinspritzzeit zu bestimmen. Da die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündzeitpunktsteuerung gemäß jedem herkömmlichen geeigneten Steuerschema durchgeführt werden kann, wird die detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
9 zeigt eine Ladedrucksteuerroutine. In Schritt S111 bezieht sich der Prozess auf ein Kennfeld auf der Basis des vom Gaspedalöffnungssensor 27 (1) erfassten Öffnungswinkels AP des Gaspedals und der vom Maschinendrehzahlsensor 17 (1) erfassten Maschinendrehzahl NE, um einen gewünschten Ladedruck Pc_cmd zu bestimmen.
Ein Beispiel eines solchen Kennfelds ist in 13 gezeigt. Der Öffnungswinkel AP1 des Gaspedals entspricht dem in 4 gezeigten AP1. Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals gleich oder kleiner als AP1 ist, wird der gewünschte Ladedruck Pc_cmd auf einem vorbestimmten Wert beibehalten (z.B. dem Atmosphärendruck Pa), weil die Ladedruckregelung nicht durchgeführt wird. Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals AP1 überschreitet, beginnt die Ladedruckregelung. Wenn der Öffnungswinkel AP des Gaspedals zunimmt, nimmt der gewünschte Ladedruck Pc_cmd zu. Wenn die Maschinendrehzahl NE zunimmt, nimmt der gewünschte Ladedruck Pc_cmd zu. Der Grund hierfür ist, dass die Luftmenge erhöht werden muss, wenn die Maschinendrehzahl NE zunimmt.
In Schritt S112 bezieht sich der Prozess auf ein Kennfeld auf der Basis des vom Gaspedalöffnungssensor 27 erfassten Öffnungswinkels AP des Gaspedals und der vom Maschinendrehzahlsensor 17 erfassten Maschinendrehzahl NE, um einen Refernezmotorbefehl Mcmd_base zu bestimmen.
Ein Beispiel eines solchen Kennfelds ist in 14 gezeigt. Die Öffnungswinkel AP1 und AP2 des Gaspedals entsprechen den in 4 gezeigten AP1 und AP2. AP1 bezeichnet den Öffnungswinkel des Gaspedals, bei dem der Modus von dem ersten Regenerationsmodus zu dem zweiten Regenerationsmodus umgeschaltet wird. AP2 bezeichnet den Öffnungswinkel des Gaspedals, bei dem der Modus von dem zweiten Regenerationsmodus zum Unterstützungsmodus umgeschaltet wird. Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals innerhalb eines Bereichs von null bis AP2 liegt, wird der Refernezmotorbefehl Mcmd_base auf einen negativen Wert gesetzt, sodass der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet. Wenn der Absolutwert des Referenzmotorbefehls zunimmt, nimmt die Menge der elektrischen Stromerzeugung zu, und dann nimmt eine Kraft zu, die die Drehung des Kompressors 6 bremst. Wenn die Kraft, welche die Drehung des Kompressors 6 bremst, zunimmt, sinkt die Drehzahl des Kompressors 6.
Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals größer als AP2 ist, wird der Referenzmotorbefehl Mcmd_base auf einen positiven Wert gesetzt, sodass der Motorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet. Wenn der Absolutwert des Referenzmotorbefehls zunimmt, nimmt die Menge der elektrischen Energiezufuhr zu dem Motorgenerator 24 zu, und daher nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 zu.
In Schritt S113 wird eine Reaktionszuweisungsregelung durchgeführt, um einen Motorbefehl Mcmd(k) zu bestimmen, der dem Motorgenerator 24 zugeführt werden soll, in einem gegenwärtigen Zyklus gemäß Gleichung (2). Die Reaktionszuweisungsregelung ermöglicht, dass der Ladedruck Pc auf den gewünschten Ladedruck Pc_cmd konvergiert, ohne überzuschießen. In den folgenden Gleichungen bezeichnet k einen Identifizierer zum Identifizieren eines Steuerzyklus.
σ(k) = e(k) + POLE·e(k – 1) (3) e(k) = Pc(k) – Pc_cmd(k) (4)
Die Reaktionszuweisungsregelung ist eine Regelung, welche eine Konversionsgeschwindigkeit einer Regelgröße (in diesem Beispiel eines Fehlers "e" zwischen dem Ladedruck Pc und dessen Sollwert Pc_cmd) auf den Sollwert (in diesem Beispiel null) spezifiziert.
Die Reaktionszuweisungsregelung bewirkt, dass der Ladedruck Pc auf den Sollwert Pc_cmd konvergiert, indem die Regelgröße "e" auf null konvergiert wird.
In der Reaktionszuweisungsregelung ist eine Schaltfunktion σ etabliert. POLE ist ein Setzparameter der Schaltfunktion σ. Der Setzparameter POLE spezifiziert eine Konvergenzgeschwindigkeit des Fehlers e. Der Setzparameter POLE genügt bevorzugt –1 < POLE < 0.
Ein System, wo σ(k) = 0, wird äquvialentes Eingabesystem genannt, das die Konvergenzcharakteristiken des Fehlers e spezifiziert. Wenn σ(k) = 0, dann wird die Schaltfunktion σ der Gleichung (3) durch die Gleichung (5) ausgedrückt. e(k) = –POLE·e(k – 1) (5)
Die Schaltfunktion wird nun in Bezug auf 15 beschrieben. Auf einer Phasenebene, in der e(k) die vertikale Achse ist und e(k – 1) die horizontale Achse ist, ist eine Schaltfunktion σ der Gleichung (5) durch die Linie 51 gezeigt. Diese Linie 51 wird als Schaltlinie bezeichnet. Angenommen sei, dass ein Punkt 52 ein Anfangswert einer Zustandsgröße (e(k – 1 ), e(k)) ist. Die Reaktionszuweisungsregelung hat die Wirkung, die Zustandsgröße 52 auf die Schaltlinie 21 zu setzen, und sie dann auf die Schaltlinie 51 zu begrenzen.
Gemäß der Reaktionszuweisungsregelung kann die Zustandsgröße hochstabil auf den Ursprung von 0 auf der Phasenebene konvergieren, ohne dass sie durch Störungen beeinflusst wird. In anderen Worten kann, durch Begrenzen der Zustandsgröße (e(k – 1), e(k)) auf ein derart stabiles System, das keine Eingabe hat, wie in 5 gezeigt, der Ladedruck Pc auf den gewünschten Ladedruck Pc_cmd robust gegenüber Störungen und Modellbildungsfehlern konvergieren.
Da die Phasenebene in Bezug auf die Schaltfunktion σ in dieser Ausführung zwei Dimensionen hat, ist die Schaltlinie durch eine gerade Linie 51 repräsentiert. Wenn die Phasenebene drei Dimensionen hat, ist die Schaltlinie durch eine Ebene repräsentiert. Wenn die Phasenebene vier oder mehr Dimensionen hat, ist die Schaltlinie durch eine Hyperebene repräsentiert.
Der Setzparameter POLE kann variabel eingestellt werden. Die Konvergenz (Dämpf)-Charakteristiken des Fehlers e können durch Einstellen des Setzparameters POLE spezifiziert werden.
16 zeigt ein Beispiel von Reaktionszuweisungscharakteristiken gemäß der Reaktionszuweisungsregelung. Die Graphiken 53, 54 und 55 zeigen eine Konvergenzgeschwindigkeit in den Fällen von POLE = –1, –08 bzw. –0,5. Wenn der Absolutwert des Setzparameters POLE kleiner wird, wird die Konvergenzgeschwindigkeit des Fehlers e schneller.
Der zweite Term der Gleichung (2) (ein Proportionalterm der Schaltfunktion σ) repräsentiert eine Reaching-Vorschrifteingabe, welche die Wirkung hat, die Zustandsgröße auf die Schaltlinie zu setzen. Der dritte Term (Integralterm der Schaltfunktion σ) repräsentiert eine adaptive Vorschrifteingabe, welche die Wirkung hat, die Zustandsgröße auf die Schaltlinie zu setzen, während Modellbildungsfehler und Störungen unterdrückt werden. Krch und Kadp repräsentieren Rückkopplungsfaktoren, die z.B. durch Simulation bestimmt werden können.
Somit wird der Motorbefehl Mcmd derart bestimmt, dass der Ladedruck Pc auf den Sollwert Pc_cmd mit einer spezifischen Konvergenzgeschwindigkeit konvergiert.
Zurück zu 9. Der bestimmte Motorbefehl Mcmd wird in Schritt S114 mit null verglichen. Wenn der Motorbefehl Mcmd größer als null ist, wird die durch den Motorbefehl Mcmd angegebene Menge elektrischer Energie dem Motorgenerator 24 zugeführt, um den Motorgenerator 24 als Elektromotor zu betreiben. Wenn der Motorbefehl Mcmd kleiner als null ist, wird bestimmt, ob der Ladegrad der Batterie 26 100% beträgt (S116). Wenn der Ladegrad der Batterie nicht 100% beträgt, kann elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 wiedergewonnen werden, um die Batterie 26 zu laden. Dementsprechend wird der Motorgenerator 24 als Stromgenerator betrieben, um die durch den Motorbefehl Mcmd angegebene Menge elektrischer Energie zu erzeugen (S117).
Wenn in Schritt S114 der Motorbefehl Mcdm null ist, wird der Motorbefehl Mcmd mit dem Wert von null dem Motorgenerator 24 zugeführt (S118).
Wenn in Schritt S116 der Ladegrad der Batterie 100% ist, wird der Motorbefehl Mcmd auf null gesetzt (S118), weil die elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 nicht wiedergewonnen werden kann, um die Batterie 26 zu laden. Wenn der Motorbefehl Mcmd null ist, wird der Kompressor 6 durch die Antriebskraft der Maschine gedreht, wie oben in Bezug auf 3 beschrieben. Weil der Betrieb des Motorgenerators 24 gestoppt wurde, wird ein ungesteuerter Ladeprozess durchgeführt. In diesem Zustand wird die Ansaugluftmenge zu der Maschine durch eine Drosselsteuerung eingestellt, wie später in Bezug auf 11 beschrieben.
Alternativ braucht die Reaktionszuweisungsregelung in Schritt S113 nicht durchgeführt werden. In diesem Fall kann der Referenzmotorbefehl, der in Schritt S112 aus dem Kennfeld bestimmt ist, als Motorbefehl zum Antrieb des Motorgenerators 24 benutzt werden.
10 zeigt eine Generatorsteuerroutine. In Schritt S121 wird bestimmt, ob der Ladegrad der Batterie 26 kleiner ist als ein vorbestimmter Wert (z.B. 30%). Wenn die Antwort von Schritt S121 ja ist, gibt dies an, dass der Ladegrad der Batterie 26 ungenügend ist. In diesem Fall geht der Prozess zu Schritt S122 weiter, worin ein vorbestimmter Wert (z.B. 2 g/s) in ein Inkrement Gcyl_acg für die Ansaugluftmenge gesetzt wird, um eine Maschinenleistung zu erzeugen, die zum Betreiben des Stromgenerators 25 erforderlich ist. In Schritt S123 wird der Stromgenerator 25 aktiviert. Wenn somit der Ladegrad der Batterie 26 ungenügend ist, wird der Stromgenerator 25 aktiviert, sodass elektrische Energie von dem Stromgenerator 25 die Batterie 26 lädt. Der Stromgenerator 25 wird durch die Maschinenleistung angetrieben. Um die für den Stromgenerator 25 verbrauchte Maschinenleistung zu kompensieren, wird die Ansaugluftmenge zu der Maschine um Gcyl_acg erhöht.
Wenn der Ladegrad der Batterie 26 in Schritt S121 ausreicht, geht der Prozess zu Schritt S124 weiter. In Schritt S124 wird der Motorbefehl Mcmd mit einem vorbestimmten Wert (z.B. 1 kW) verglichen, um die Menge an elektrischer Energie zu prüfen, die dem Motorgenerator 24 zugeführt werden soll (d.h. den Unterstützungsbetrag). Wenn die elektrische Energie, die dem Motorgenerator 24 zugeführt werden soll, kleiner als der vorbestimmte Wert ist, kann der Motorgenerator 24 durch die elektrische Energie von der Batterie 26 angetrieben werden. Der Prozess geht zu Schritt S126 weiter, worin das Inkrement Gcyl_acg für die Ansaugluftmenge auf null gesetzt wird, um den Stromgenerator 25 zu stoppen (S127).
Wenn in Schritt S124 die elektrische Energie, die dem Motorgenerator 24 zugeführt werden soll, gleich oder höher als der vorbestimmte Wert ist, wird der Öffnungswinkel AP des Gaspedals geprüft (S125). Wenn der Öffnungswinkel AP des Gaspedals kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (der einer vollständig offenen Stellung oder angenähert vollständig offenen Stellung von z.B. 80% entspricht), zeigt dies einen Zustand an, worin die vom Fahrer angeforderte Maschinenleistung nicht so hoch ist (d.h. die Maschinenlast ist nicht so hoch). Dieser Zustand entspricht 6. Der Stromgenerator 25 wird zum Antrieb des Motorgenerators 24 benutzt. Ein vorbestimmter Wert (z.B. 2 g/s) wird in das Inkrement Gcyl_acg für die Ansaugluftmenge gesetzt, um die zum Betreiben des Elektromotors 25 erforderliche Maschinenleistung zu kompensieren (S122). In Schritt S123 wird der Stromgenerator 25 aktiviert.
Wenn in Schritt S125 der Öffnungswinkel AP des Gaspedals gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, zeigt dies an, dass die vom Fahrer angeforderte Maschinenleistung groß ist (d.h. die Maschinenlast ist signifikant hoch). Dieser Zustand entspricht 7. Um die Antriebskraft des Motorgenerators 24 zu maximieren, wird verhindert, dass die Maschinenleistung in dem Stromgenerator 25 verbraucht wird. Das Inkrement Gcyl_acg wird auf null gesetzt (S126), um den Stromgenerator 25 zu stoppen (S127). Der Motorgenerator 24 wird nur durch die elektrische Energie von der Batterie 26 angetrieben.
Wenn die Routine wieder beginnt, nachdem aufgrund der elektrischen Energiezufuhr zu dem Motorgenerator 24 der Ladegrad der Batterie 26 geringer als ein vorbestimmter Wert (z.B. 30%) geworden ist, ist die Antwort von Schritt S121 Ja. Der Stromgenerator 25 wird aktiviert, um das Laden der Batterie 26 zu beginnen, wie in den Schritten S122 und S123 gezeigt.
Wenn wie oben beschrieben der Motorbefehl einen negativen Wert hat, wird die Menge elektrischer Energie, die dem Motorbefehl entspricht, erzeugt, welche der Batterie 26 als elektrische Energie geliefert wird. Durch Addieren der Energie, die zum Betreiben des Stromgenerators erforderlich ist, zu dem Motorbefehl, kann die erzeugte elektrische Energiemenge des Motorgenerators 24 erhöht werden. Wenn z.B. der Motorbefehl "–α" ist und die zum Betreiben des Elektromotors 25 erforderliche Energie 3 kW beträgt, dann wird der Motorbefehl auf "–α-3" gesetzt. Somit kann die zum Betreiben des Stromgenerators 25 benötigte Energie durch den Betrieb des Motorgenerators 24 erzeugt werden.
Falls in dem Stromgenerator 25 irgend ein Fehler auftritt, kann der Motorbefehl so eingestellt werden, dass der Motorgenerator 24 die elektrische Energie erzeugt, die zum Betreiben anderer elektrischer Geräte erforderlich ist.
11 zeigt eine Drosselsteuerroutine. In Schritt S131 wird bestimmt, ob das Ladesystem normal ist. Das Ladesystem ist in 1 mit der Bezugszahl 30 versehen. Das Ladesystem kann zusätzlich die Steuereinheit 1 zum Steuern des Motorgenerators 24 enthalten. Es kann jedes geeignete Fehlerbestimmungsmittel verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Ladesystem normal ist.
In Schritt S132 wird bestimmt, ob der variable Ventilsteuermechanismus normal ist. Es kann jedes geeignete Fehlererfassungsmittel verwendet, um zu bestimmen, ob der variable Ventilsteuermechanismus normal ist.
Wenn ein Fehler in dem Ladesystem und/oder dem variablen Ventilsteuersystem auftritt, bezieht sich der Prozess auf ein Kennfeld, das für einen Ausfallsicherungsmodus vorbereitet ist, um einen Referenzwert Gcyl_cmd_base für eine Sollansaugluftmenge zu bestimmen. Der Referenzwert Gcyl_cmd_base für die Sollansaugluftmenge wird auf der Basis der vom Drehzahlsensor 17 erfassten Maschinendrehzahl NE und des vom Gaspedalöffnungssensor 27 erfassten Öffnungswinkels AP des Gaspedals bestimmt (S133). 17 zeigt ein Beispiel dieses Kennfelds.
Wenn andererseits sowohl das Ladesystem als auch der variable Ventilsteuermechanismus normal sind, wird ein für einen Normalmodus vorbereitetes Kennfeld verwendet, um den Referenzwert Gcyl_cmd_base für die Sollansaugluftmenge zu bestimmen (S134). 8 zeigt ein Beispiel dieses Kennfelds.
Wie aus dem Vergleich zwischen dem Kennfeld für den Ausfallsicherungsmodus und dem Kennfeld für den Normalmodus ersichtlich, ist der Referenzwert für die Sollansaugluftmenge im Ausfallsicherungsmodus um einen vorbestimmten Wert begrenzt, sodass die Maschinenleistung sinkt.
In Schritt S135 wird eine Sollansaugluftmenge gemäß Gleichung (6) bestimmt. Gcyl_acg, das in Schritt S122 oder Schritt S126 von 10 bestimmt ist, wird addiert, um die im Stromgenerator verbrauchte Maschinenleistung zu kompensieren. Gcyl_cmd(k) = Gcyl_cmd_base(k) + Gcyl_acg (6)
In Schritt S136 wird ein Öffnungswinkel TH des Drosselventils 11 (1) gemäß Gleichung (7) bestimmt. Die Drosselventilöffnung TH wird mittels einer Reaktionszuweisungsregelung bestimmt. Die Reaktionszuweisungsregelung ist oben in Bezug auf die 15 und 16 beschrieben worden. σ' repräsentiert eine Schaltfunktion, und POLE' repräsentiert einen Setzparameter der Schaltfunktion σ'. Krch' und Kadp' repräsentieren Rückkopplungsfaktoren, die durch Simulation oder dgl. vorbestimmt sein können. Durch die Reaktionszuweisungsregelung wird die Drosselventilöffnung TH derart bestimmt, dass die Ansaugluftmenge Gcyl zu dem Zylinder auf die Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd konvergiert (in anderen Worten, der Fehler e' konvergiert auf null). Die Reaktionszuweisungsregelung ermöglicht, dass die Ansaugluftmenge Gcyl auf die Sollansaugluftmenge konvergiert, ohne überzuschießen.
σ'(k) = e'(k) + POLE'·e'(k – 1) (8) e'(k) = Gcyl(k) – Gcyl_cmd(k) (9)
Wie oben in Bezug auf 4 beschrieben, wird normalerweise die Drosselventilöffnung auf einen Wert gesetzt, der die Vollgasstellung oder angenähert der Vollgasstellung angibt, weil die Ansaugluftmenge durch sowohl die Ladedruckregelung als auch die Ventilsteuerung für nacheilende Ventilsteuerzeit geregelt wird. Der Nacheilbetrag der Ventilsteuerung wird etabliert, und die Ladedruckregelung wird ausgeführt, sodass die Ansaugluftmenge Gcyl auf den Referenzwert Gcyl_cmd_base für die Sollansaugluftmenge konvergiert.
Wenn jedoch die Ladedruckregelung nicht ausgeführt wird, wie in Schritt S118 von 9 gezeigt, wird die Ansaugluftmenge zu dem Zylinder durch Drosselregelung eingestellt.
Ferner gibt es eine Ansprechverzögerung auf den gewünschten Ladedruck aufgrund des Luftverdichterbetriebs durch den Kompressor. Diese Verzögerung kann es schwierig machen, die angeforderte Maschinenleistung akkurat zu erzeugen. Die Drosselregelung ermöglicht, dass die Ansaugluftmenge Gcyl zu der Maschine der Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd mit hoher Genauigkeit folgt. Somit kann eine Feinabstimmung der Ansaugluftmenge, die durch die Ladedruckregelung nicht ausreichend gehandhabt werden kann, durch die Drosselregelung übernommen werden.
Lader gemäß einer zweiten Ausführung
Oben ist der Lader gemäß der ersten Ausführung der Erfindung beschrieben worden. Nun wird ein Lader gemäß einer zweiten Ausführung beschrieben. Gemäß der zweiten Ausführung ist eine Einwegkupplung 36 zwischen dem Motorgenerator 24 und dem Kompressor 6 angeordnet. 19(a) zeigt den Energiefluss in dem Regenerationsmodus, wenn der Lader der zweiten Ausführung verwendet wird. 19(b) zeigt relativ die Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20, wenn der Lader der zweiten Ausführung verwendet wird. Die Einwegkupplung 36 gestattet eine Drehung des Kompressors 6 in einer Richtung und sperrt den Kompressor so, dass er sich in der anderen Richtung nicht dreht. Somit verhindert die Einwegkupplung 36 eine Rückwärtsdrehung des Kompressors 6.
In dem oben beschriebenen Regenerationsmodus wird, wenn die Menge der elektrischen Stromerzeugung höher wird, eine Kraft, welche die Drehung des Kompressors 6 bremst, stärker. Der Kompressor 6 kann sich in der Rückwärtsrichtung drehen, wenn die erzeugte elektrische Strommenge zu hoch wird. Die Einwegkupplung 36 kann diese Rückwärtsdrehung verhindern.
20 ist ein Kennfeld zur Bestimmung des Referenzmotorbefehls Mcmd_base der zweiten Ausführung. Wie aus dem Vergleich mit 14 ersichtlich, nimmt gemäß diesem Kennfeld der Absolutwert des Referenzmotorbefehls Mcmd_base zu, wenn der Öffnungswinkel AP des Gaspedals in dem ersten Regenerationsmodus abnimmt (worin der Öffnungswinkel AP des Gaspedals von null bis AP1 reicht). Der Grund hierfür ist, dass eine Rückwärtsdrehung des Kompressors 6 aufgrund der Funktion der Einwegkupplung 36 auch dann verhindert werden kann, wenn die erzeugte elektrische Energiemenge zu hoch angestiegen ist.
Durch das Vorsehen der Einwegkupplung kann somit die erzeugte elektrische Energiemenge erhöht werden, während eine Rückwärtsdrehung des Kompressors 6 verhindert wird. Z.B. kann die erzeugte elektrische Energiemenge ausreichend erhöht werden, um die Batterie 26 zu laden.
Wie oben beschrieben, ist es nicht erforderlich, die Reaktionszuweisungsregelung durchzuführen, um den Motorbefehl Mcmd zu bestimmen. Wenn jedoch die Reaktionszuweisungsregelung für den Lader gemäß der ersten Ausführung verwendet wird, kann das in 20 gezeigte Kennfeld verwendet werden. Auch wenn ein solches Kennfeld verwendet wird, bestimmt die Reaktionszuweisungsregelung den Motorbefehl Mcmd, der den in 14 gezeigten Werten folgt. D.h. die Reaktionszuweisungsregelung bestimmt den Motorbefehl Mcmd derart, dass der Ladedruck Pc auf den gewünschten Ladedruck Pc_cmd konvergiert. Im Ergebnis wird, wenn der Öffnungswinkel des Gaspedals in dem ersten Regenerationsmodus abnimmt, der Absolutwert des Motorbefehls Mcmd, der durch die Reaktionszuweisungsregelung bestimmt ist, kleiner, wie in 14 gezeigt.
21 zeigt den Effekt des erfindungsgemäßen Laders. Dieser Effekt kann in der ersten Ausführung und der zweiten Ausführung erreicht werden. Die Bezugszahl 61 bezeichnet ein Maschinendrehmoment relativ zur Drehzahl NE in einem herkömmlichen Turbolader. Die Bezugszahl 62 bezeichnet ein Maschinendrehmoment relativ zur Drehzahl NE in einem herkömmlichen Lader. Die Bezugszahl 63 bezeichnet ein Maschinendrehmoment relativ zur Drehzahl NE in dem erfindungsgemäßen Lader.
Wie oben zum Hintergrund der Erfindung beschrieben, kann in dem herkömmlichen Turbolader ein mangelnder Ladedruck auftreten, wenn die Maschinendrehzahl NE niedrig ist. Im Gegensatz hierzu kann mit dem erfindungsgemäßen Lader ein mangelnder Ladedruck verhindert werden, da die Drehzahl des Kompressors unabhängig von der Drehzahl der Maschine gesteuert/geregelt werden kann. Auch wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist, kann ein hohes Maschinendrehmoment erzeugt werden. Angemerkt werden sollte, dass in 21 nur ein Beispiel gezeigt ist. Der Motorgenerator 24 kann angetrieben werden, um ein höheres Maschinendrehmoment zu erzeugen, wie mit dem Pfeil 71 gezeigt.
Wie oben zum Hintergrund der Erfindung beschrieben, könnte bei dem herkömmlichen Lader aufgrund eines Antriebsverlusts keine ausreichende Maschinenleistung erreicht werden, auch wenn die Maschinendrehzahl hoch ist. Wenn ein kleiner Kompressor angewendet wird, um den Antriebsverlust zu reduzieren und/oder ein zu hohes Aufladen zu verhindern, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, könnte aufgrund der Drehzahlabnahme des Kompressors bei niedriger Maschinendrehzahl kein ausreichender Ladeeffekt erreicht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Lader kann jeder geeignete Ladedruck über einen weiten Bereich von niedriger Maschinendrehzahl bis zu hoher Maschinendrehzahl erzeugt werden, weil die Drehzahl des Kompressors unabhängig von der Maschinendrehzahl gesteuert/geregelt werden kann.
Erfindungsgemäß kann, wie mit dem Pfeil 72 gezeigt, der Ladedruck kontinuierlich bis auf einen gewünschten Pegel abgesenkt werden, oder der Ladevorgang kann gestoppt werden, während die elektrische Energie durch Aktivieren des Motorgenerators 24 als Stromgenerator wiedergewonnen wird. Wie mit dem Pfeil 73 gezeigt, kann der Ladedruck kontinuierlich bis auf einen gewünschten Pegel angehoben werden, indem der Motorgenerator 24 als Elektromotor betrieben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Lader kann die angeforderte Maschinenleistung bei jeder Maschinendrehzahl erreicht werden, während der energetische Wirkungsgrad hoch gehalten wird.
Die Erfindung kann bei einer Fahrzeugmaschine sowie auch einer Schiffsantriebsmaschine verwendet werden, wie etwa einem Außenbordmotor, worin die Kurbelwelle in der senkrechten Richtung angeordnet ist.
Ein erfindungsgemäßer Lader einer Maschine 10 umfasst einen Motorgenerator 24, einen Kompressor 6, der in einem Luftansaugsystem der Maschine 10 vorgesehen ist, sowie ein Planetengetriebe 20. Das Planetengetriebe 20 enthält ein Sonnenrad 21, das mit einer Antriebswelle 18 der Maschine 10 verbunden ist, Planetenräder 22, die mit dem Motorgenerator 24 verbunden sind, sowie ein Ringrad 23, das mit dem Kompressor 6 verbunden ist. Das Steuergerät 1 betreibt den Motorgenerator 24, um eine Drehzahl der Planetenräder zu regeln. Durch die Regelung der Drehzahl der Planetenräder wird eine Drehzahl des Kompressors 6 unabhängig von einer Drehzahl der Maschine geregelt. Somit kann die Drehzahl des Kompressors 6 stufenlos über einen Bereich von null bis zu einer höheren Drehzahl als der Maschinendrehzahl verändert werden. Somit kann jeder gewünschte Ladedruck unabhängig von der Maschinendrehzahl erzeugt werden.

Claims

Lader einer Maschine (10), wobei der Lader umfasst: einen Motorgenerator (24); einen Kompressor (6), der in einem Luftansaugsystem der Maschine (10) vorgesehen ist; ein Planetengetriebe (20), das ein mit einer Antriebswelle (18) der Maschine (10) verbundenes erstes Rad (21), ein mit dem Motorgenerator (24) verbundenes zweites Rad (22) sowie ein mit dem Kompressor (6) verbundenes drittes Rad (23) enthält; und ein Steuergerät (1) zum Betreiben des Motorgenerators (24), um eine Drehzahl des zweiten Rads (22) zu steuern/zu regeln, worin die Steuerung/Regelung der Drehzahl des zweiten Rads (22) erlaubt, dass die Drehzahl des Kompressors (6) unabhängig von einer Drehzahl (NE) der Maschine (10) gesteuert/geregelt wird.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rad Planetenräder (22) enthält; worin der Motorgenerator (24) mit einem Träger (28) verbunden ist, der eine Umlaufbewegung der Planetenräder (22) relativ zu dem ersten Rad (21) definiert.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rad ein Sonnenrad (21) und das dritte Rad ein Ringrad (23) ist.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Steuergerät (1) den Motorgenerator (24) derart betreibt, dass der Kompressor (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Motorgenerator (24) derart betreibt, dass der Kompressor (6) mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, oder dass die Drehung des Kompressors (6) stoppt, wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10) niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) den Motorgenerator (24) als Elektromotor betreibt, um den Kompressor (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) zu drehen, und worin das Steuergerät (1) den Motorgenerator (24) als Stromgenerator betreibt, um den Kompressor (6) mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) zu drehen.
Lader nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen mit der Maschine (10) verbundenen Stromgenerator (25), worin das Steuergerät (1) bewirkt, dass der Stromgenerator (25) dem Motorgenerator (24) elektrische Energie zuführt, wenn das Steuergerät (1) den Motorgenerator (24) als Elektromotor betreibt.
Lader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den Stromgenerator (25) stoppt, wenn ein Gaspedal (27) vollständig offen oder fast vollständig offen bzw. vollständig niedergedrückt oder fast vollständig niedergedrückt ist.
Lader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) die vom Motorgenerator (24) erzeugte elektrische Energiemenge regelt, wenn das Steuergerät (1) den Motorgenerator (24) als Stromgenerator betreibt.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) eine Reaktionszuweisungsregelung durchführt, um einen Motorbefehl zu erzeugen, der zum Betreiben des Motorgenerators (24) verwendet wird, sodass ein Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) ferner einen Öffnungswinkel (TH) eines im Luftansaugsystem vorgesehenen Drosselventils (11) einstellt, um die Ansaugluftmenge zu der Maschine (10) zu regeln.
Lader nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1) eine Reaktionszuweisungsregelung durchführt, um den Öffnungswinkel (TH) des Drosselventils (11) derart zu bestimmen, dass die Ansaugluftmenge der Maschine (10) auf einen Sollwert konvergiert.
Lader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einwegkupplung (36), die zwischen dem Motorgenerator (24) und dem Kompressor (6) vorgesehen ist.
Verfahren zum Steuern/Regeln eines Laders einer Maschine (10), wobei der Lader ein Planetengetriebe (20) aufweist, das ein mit einer Antriebswelle (18) der Maschine (10) verbundenes erstes Rad (21), ein mit einem Motorgenerator (24) verbundenes zweites Rad (22) sowie ein mit einem Kompressor (6) verbundenes drittes Rad (23) enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Betreiben des Motorgenerators (24), um eine Drehzahl des zweiten Rads (22) zu steuern/zu regeln; und Steuern/Regeln einer Drehzahl des Kompressors (6) unabhängig von einer Drehzahl (NE) der Maschine (10) durch die Steuerung/Regelung der Drehzahl des zweiten Rads (22).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rad Planetenräder (22) enthält; worin der Motorgenerator (24) mit einem Träger (28) verbunden ist, der eine Umlaufbewegung der Planetenräder (22) relativ zu dem ersten Rad (21) definiert.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rad ein Sonnenrad (21) und das dritte Rad ein Ringrad (23) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Betreiben des Motorgenerators (24) derart, dass der Kompressor (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Betreiben des Motorgenerators (24) derart, dass der Kompressor (6) mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, oder dass die Drehung des Kompressors (6) stoppt, wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10) niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Schritte: Betreiben des Motorgenerators (24) als Elektromotor zum Drehen des Kompressors mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10), und Betreiben des Motorgenerators (24) als Stromgenerator zum Drehen des Kompressors mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: Zuführen elektrischer Energie zu dem Motorgenerator (24) von dem mit der Maschine (10) verbunden Stromgenerator (25), wenn der Motorgenerator (24) als Elektromotor betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch den Schritt: Stoppen des Stromgenerators (25), wenn ein Gaspedal (27) vollständig offen oder fast vollständig offen bzw. vollständig gedrückt oder fast vollständig gedrückt ist.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: Steuern/Regeln der von dem Motorgenerator (24) erzeugten elektrischen Energiemenge, wenn der Motorgenerator (24) als Stromgenerator betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Durchführen einer Reaktionszuweisungsregelung, um einen Motorbefehl zu erzeugen, der zum Betreiben des Motorgenerators (24) verwendet wird, sodass ein Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Einstellen eines Öffnungswinkels (TH) eines im Luftansaugsystem vorgesehenen Drosselventils (11), um die Ansaugluftmenge zu der Maschine (10) zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch den Schritt: Durchführen einer Reaktionszuweisungsregelung, um den Öffnungswinkel (TH) des Drosselventils (11) derart zu bestimmen, dass die Ansaugluftmenge der Maschine (10) auf einen Sollwert konvergiert.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Verhindern einer Rückwärtsdrehung des Kompressors (6) mittels einer Einwegkupplung (36), die zwischen dem Motorgenerator (24) und dem Kompressor (6) vorgesehen ist.
Lader einer Maschine (10), wobei der Lader umfasst: ein Motorgeneratormittel (24), das selektiv sowohl als Elektromotor als auch als Stromgenerator betreibbar ist, ein Kompressormittel (6) zum Verdichten von in ein Luftansaugsystem der Maschine (10) eingeführter Luft; ein Planetengetriebemittel (20), das ein erstes Rad (21), ein zweites Rad (22) und ein drittes Rad (23) enthält, wobei sich das erste Rad (21) gemäß einer Antriebswelle (18) der Maschine (10) dreht, sich das zweite Rad (22) gemäß dem Motorgeneratormittel (24) dreht und sich das dritte Rad (23) gemäß dem Kompressormittel (6) dreht; und Treibermittel (1) zum Betreiben des Motorgeneratormittels (24) zur Steuerung/Regelung einer Drehzahl des zweiten Rads (22), worin die Steuerung/Regelung der Drehzahl des zweiten Rads (22) eine Steuerung/Regelung einer Drehzahl des Kompressormittels (6) unabhängig von einer Drehzahl (NE) der Maschine (10) gestattet.
Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rad Planetenräder (22) enthält; worin das Motorgeneratormittel (24) mit einem Träger (28) verbunden ist, der eine Umlaufbewegung der Planetenräder (22) relativ zu dem ersten Rad (21) definiert.
Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rad ein Sonnenrad (21) und das dritte Rad ein Ringrad (23) ist.
Lader nach Anspruch 27, worin das Antriebsmittel (1) ferner ein Mittel umfasst, um das Motorgeneratormittel (24) derart zu betreiben, dass das Kompressormittel (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibermittel (1) ferner ein Mittel umfasst, um das Motorgeneratormittel (24) derart zu betreiben, dass das Kompressormittel (6) mit einer geringeren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, oder derart, dass die Drehung des Kompressormittels (6) stoppt, wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10) niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.
Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibermittel (1) ferner ein Mittel umfasst, um das Motorgeneratormittel (24) als Elektromotor zu betreiben, um das Kompressormittel (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl der Maschine (10) zu betreiben, und worin das Antriebsmittel (1) ferner ein Mittel umfasst, um das Motorgeneratormittel (24) als Stromgenerator zu betreiben, um das Kompressormittel (6) mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (1) zu drehen.
Lader nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch: ein Stromerzeugungsmittel (25) zum Erzeugen elektrischer Energie; und ein Mittel (1) zum Bewirken, dass das Stromerzeugungsmittel (25) dem Motorgeneratormittel (24) elektrische Energie zuführt, um das Motorgeneratormittel (24) als Elektromotor zu betreiben.
Lader nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch ein Mittel (1) zum Stoppen der elektrischen Energieerzeugung durch das Stromerzeugungsmittel (25), wenn ein Gaspedal (27) vollständig offen oder fast vollständig offen bzw. vollständig gedrückt oder fast vollständig gedrückt ist.
Lader nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch ein Mittel (1) zum Steuern/Regeln der vom Motorgeneratormittel (24) erzeugten elektrischen Energiemenge, wenn das Motorgeneratormittel (24) als Stromgenerator betrieben wird.
Lader nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch: ein Mittel (1) zum Durchführen einer Reaktionszuweisungsregelung zum Erzeugen eines Motorbefehls, der zum Betreiben des Motorgeneratormittels (24) verwendet wird, derart, dass ein Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
Lader nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch: ein Mittel (1) zum Einstellen eines Öffnungswinkels (TH) eines Drosselventils (11) zum Steuern der Ansaugluftmenge zu der Maschine (10).
Lader nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch: ein Mittel (1) zum Durchführen einer Reaktionszuweisungsregelung zum Bestimmen des Öffnungswinkels (TH) des Drosselventils (11) derart, dass die Ansaugluftmenge zu der Maschine (10) auf einen Sollwert konvergiert.
Lader nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch ein Einwegkupplungsmittel (36) zum Verhindern einer Rückwärtsdrehung des Kompressormittels (6).