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CN106870176B - 用于运行机动车用的驱动系统的方法和相应的驱动系统 - Google Patents

用于运行机动车用的驱动系统的方法和相应的驱动系统 Download PDF

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CN106870176B CN201610992492.6A CN201610992492A CN106870176B CN 106870176 B CN106870176 B CN 106870176B CN 201610992492 A CN201610992492 A CN 201610992492A CN 106870176 B CN106870176 B CN 106870176B
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Abstract

一种用于运行机动车用的驱动系统(1)的方法，所述驱动系统具有驱动设备(2)和用于驱动设备的废气涡轮增压器(3)，其中，将驱动设备的排气输送给废气涡轮增压器的涡轮(6)，借助于与涡轮耦联的压缩机(5)压缩的空气被提供用于驱动设备，电机(8)与涡轮和压缩机以机械方式作用连接。持久地使驱动设备的所有排气经过可变的涡轮几何结构(9)被输送给涡轮，在驱动系统的至少一种运行模式中在驱动设备的任一工况中将电机作为发电机运行以制动涡轮，在驱动设备的工况保持不变的情况下在流动技术方面布置在压缩机和驱动设备之间的节气门(16)的开度越大，电机(8)对涡轮(6)的制动越强。一种用于机动车的驱动系统(1)。

Description

用于运行机动车用的驱动系统的方法和相应的驱动系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行机动车用的驱动系统的方法，所述驱动系统具有驱动设备和用于驱动设备的废气涡轮增压器，其中，将驱动设备的排气输送给废气涡轮增压器的涡轮，借助于与涡轮耦联的压缩机压缩的空气被提供用于驱动设备，电机与涡轮和压缩机以机械方式作用连接。此外本发明涉及一种驱动系统。
背景技术
驱动系统例如用于驱动机动车，就此而言即用于提供针对驱动机动车的转矩。驱动系统具有驱动设备以及废气涡轮增压器。废气涡轮增压器配属于驱动设备。由驱动设备产生的排气也就被输送给废气涡轮增压器或者说其涡轮。排气流经涡轮，其中，排气的动力学意义的能量和/或热焓被转换成机械能。该机械能用于驱动废气涡轮增压器的压缩机，该压缩机与涡轮耦联或者说与其以机械方式作用连接。
空气、特别是新鲜空气利用压缩机来压缩并然后被提供给驱动设备。当然只要设置外部的废气再循环系统，借助于压缩机压缩的空气就也能以排气-空气-混合物的形式存在。驱动设备例如设计成内燃机。另选地，驱动设备还可以设计成燃料电池。废气涡轮增压器被以电的方式支持或能以电的方式支持。为此设置电机，其与涡轮或压缩机耦联或者说以机械方式作用连接。就此而言可以利用电机提供作用于涡轮或压缩机的转子的转矩。
发明内容
现在本发明的目的在于，提出一种用于运行驱动系统的方法，所述方法相对于已知方法具有优点，特别是能提高驱动系统的功效。
在此规定，持久地使驱动设备的所有排气经过可变的涡轮几何结构被输送给涡轮，在驱动系统的至少一种运行模式中在驱动设备的任一工况中将电机作为发电机运行以制动涡轮，其中，在驱动设备的工况保持不变的情况下在流动技术方面布置在压缩机和驱动设备之间的节气门的开度越大，电机对涡轮的制动越强。
废气涡轮增压器或其涡轮具有可变的涡轮几何结构并且就此而言设计成VTG-增压器。这意味着，涡轮除了转子或者说叶轮之外还具有可调节的导流叶片，其可以基于涡轮的工况来调节。可变的涡轮几何结构在此通常作为截面调节元件来工作，其布置在涡轮的上游。就此而言可以利用可变的涡轮几何结构来调节在驱动设备和涡轮之间或者说在驱动设备的下游且涡轮的上游的排气背压。对可变的涡轮几何结构或者说其导流叶片的调节例如以电或气动的方式实现。由于可变的涡轮几何结构可以省略废气阀，借助于其可以使排气绕流过涡轮。废气涡轮增压器就此而言以无废气阀的方式构成。
规定了，持久地使驱动设备的所有排气经过可变的涡轮几何结构被输送给涡轮。对此可以理解成，涡轮以无支路的方式与驱动设备流动连接，即在驱动设备和涡轮之间存在连续的流动连接。由驱动设备产生的所有排气沿着该流动连接输出并且随后被输送给涡轮。
现在在驱动系统的至少一种运行模式中规定，将电机用于制动涡轮并且就此而言作为发电机运行。该运行模式例如是有效运行模式。在至少一种运行模式中对涡轮的制动设置在驱动设备的任一工况中，其中，工况优选通过驱动设备的当前转速和/或当前转矩来表明。当然，只要该驱动设备设计成燃料电池，工况还可以通过由驱动设备提供的电功率来表明。
在驱动设备的每种转速和/或每种转矩时在下述情况下实现制动：存在至少一种运行模式。相反，如果实施高功率运行模式，则可以规定，电机至少暂时地、特别是持久地和/或在驱动设备的至少一个工况中、特别是在所有工况中被考虑用于驱动压缩机、即作为电动机运行。
为了制动涡轮，将电机作为发电机运行。相应地产生可以任意使用的电能。例如该电能被输送给机动车的车载电网和/或暂存在能量存储器中。原则上规定，节气门的开度越大，电机对涡轮的制动越强。节气门在流动技术方面布置在压缩机和驱动设备之间并且用于调节流动至驱动设备的空气流量。驱动设备的工况在此与节气门的开度无关地保持恒定。
节气门用作在驱动设备上游的“减压器”并且降低被输送给驱动设备的压力、即在外部环境中存在的环境压力和/或由废气涡轮增压器提供的增压压力。进入驱动设备的空气流量基于被输送给驱动设备的或施加在其上的压力来调节。空气流量可以附加地基于下述参量中的至少一种：驱动设备的转速，载荷转换机构的状态、特别是载荷转换阀的开度和/或在驱动设备的上游的、例如在进气管中的新鲜空气的温度。
为了改进驱动系统的功效，在至少一种运行模式中，应更好地使用在驱动系统的外部环境中存在的空气或新鲜空气的环境压力。为此目的，进一步打开节气门。上述情况引起了，更多的空气朝向驱动设备的方向流动，即增大空气流量。然而同时还出现了在流动技术方面在驱动设备和涡轮之间确定的排气背压。上述情况导致了在驱动设备中较大的剩余气体份额并且同时导致了涡轮功率增大。例如打开节气门随之使得废气涡轮增压器的涡轮的可变的涡轮几何结构的流通截面朝向较小的流通截面的方向改变，即随之缩小流通截面。对此下面还要进行阐述。
所描述的涡轮功率提高通常会导致压缩机功率类似地增大，从而被输送给驱动设备的空气流量进一步增大并且驱动设备的工况变动。为了避免这一点，电机以发电机模式运行，从而涡轮或压缩机被制动。因此提高的涡轮功率未被输送给压缩机，而是更确切地说借助于电机转换成电能并且从废气涡轮增压器中获取。在驱动设备的工况保持不变的情况下节气门的开度越大，在使用电机的情况下对涡轮的制动越强，以便克服空气流量的不希望的增大。
特别优选地，节气门被完全打开，并且同时电机以下述方式运行或者说调节：驱动设备的工况保持恒定。所述方式导致了下述结果：驱动设备通过打开节气门来控制并且因此能更好地利用环境压力。相应地使驱动设备的效率提高。同时电机提供能在其它方面使用的电能。
根据前述实施方式，特别是在全负荷运行中和/或在被增压的范围内、在没有由于废气涡轮增压器、特别是废气涡轮机的工况变动而使专门的燃料消耗变差的情况下，电能可以借助于可变的涡轮几何结构来获取或者说再生。在此优选地，废气涡轮增压器的工况在转速双曲线上朝向最佳值、即效率最大值变动。废气涡轮增压器的转速就此而言改变，以便改善驱动系统的效率。
在本发明的另一种设计方案的范围内规定，节气门的开度越大，可变的涡轮几何结构越闭合。而且上述情况优选设置在驱动设备的工况保持不变时。可变的涡轮几何结构的闭合导致了，排气背压并且同时热焓斜率通过涡轮增大。可变的涡轮几何结构越闭合，涡轮提供越多的功率，并且电机对涡轮的制动越强。
可以规定，首先部分地闭合或者说进一步闭合可变的涡轮几何结构。由此提高了排气背压。上述情况引起了剩余气体份额的增大；在体积保持不变时已经利用剩余气体填充了较大部分。为了将相同的新鲜空气质量输送给驱动设备，就此而言需要，在较高的压力时提供新鲜空气。为此进一步打开节气门。因此例如规定，预先给定节气门的所希望的开度，并且然后闭合或者说进一步闭合可变的涡轮几何结构。
驱动设备现在优选以下述方式运行：工况保持恒定；相应地，可变的涡轮几何结构越闭合，节气门的开度越大。闭合可变的涡轮几何结构且相应地打开节气门，直至节气门处于所希望的开度中。例如所希望的开度以下述方式来选择：废气涡轮增压器的效率最佳，即优选相应于其最大值。为了转换所描述的方式，废气涡轮增压器的涡轮必须借助于电机来制动，特别是节气门的开度越和/或可变的涡轮几何结构越闭合，则越强地进行制动。
在本发明的另一种设计方案的范围内规定，可变的涡轮几何结构越闭合，电机对涡轮的制动越强。对此前面已经指出。特别是在驱动设备的工况保持不变时，通过闭合可变的涡轮几何结构，热焓斜率通过涡轮增大，从而提高了涡轮的功率。因此应更强地对涡轮或压缩机进行制动。
本发明的一种改进方案提出，基于驱动设备的当前的工况来选择电机的制动功率、可变的涡轮几何结构的位置以及节气门的开度。所述参量彼此相关，从而所述参量中的每一个相应地作为驱动设备的工况以及各个其它参量的函数。例如规定，首先根据驱动设备的工况来确定可变的涡轮几何结构的位置以及节气门的开度，只要电机不用于制动，即制动功率等于零。基于这一点，随后节气门的开度在驱动设备的工况保持不变时增大，即进一步打开节气门。
为了使工况保持恒定，同时改变可变的涡轮几何结构的位置，特别是进一步闭合可变的涡轮几何结构。由此形成了涡轮功率的前述提高，该涡轮功率通过相应地选择电机的制动功率由废气涡轮增压器获取，从而没有改变驱动设备的工况。如已经所述的那样，节气门优选被完全打开或至少打开如此程度，可以通过借助于电机进行的制动来补偿。其目的在于，以下述方式调节电机，可以使得节气门的开度最大化。
本发明的一种特别优选的设计方案提出，借助于综合特性曲线和/或控制方法(Regelung)来确定制动功率、位置以及开度。如前面已经阐述的那样，三个所述参量可以基于驱动设备的当前的工况来确定。因为它们此外彼此相互影响，所以有利的是，三个参量存储在综合特性曲线中或多个综合特性曲线中并且基于驱动设备的当前的工况由该综合特性曲线读出和设定。然而附加地或另选地，所述参量可以在控制的范围内来确定。
例如在此可以规定，所述控制方法包括驱动系统的效率、特别是驱动设备的效率作为输入参量。应利用前述方式来改进驱动系统或驱动设备的效率。相应地可以规定，确定当前存在的效率并且作为输入参量用于进行控制。应利用该控制方法而以可控制的方式来改变制动功率、可变的涡轮几何结构的位置以及开度，从而提高了效率，优选基于驱动系统以零制动功率的运行。
本发明的一种有利的实施方式提出，在完全打开节气门的情况下选择制动功率和位置，使得驱动设备以最大可能的效率运行。所述方法的目的在于，尽可能好地利用环境压力。相应地下述情况是特别有利的：节气门尽可能宽地、特别是完全打开。因此必须如此调节可变的涡轮几何结构的位置和与此相应地如此调节制动功率，使得存在驱动设备的所希望的工况。同时如此选择制动功率和可变的涡轮几何结构的位置，使得存在尽可能好的效率。
在本发明的另一种设计方案的范围内规定，以确定的燃空比来运行驱动设备，该燃空比在节气门打开的情况下通过闭合可变的涡轮几何结构保持恒定。为了运行驱动系统，将燃料-空气-混合物输送给驱动设备。燃空比优选地相应于在燃料和空气之间的化学计量比例。通过在工况此外保持不变时、即在进入驱动设备的燃料流量保持不变时打开节气门，可以通过增大排气背压而出现燃空比的变化。
上述情况应通过闭合可变的涡轮几何结构来克服。优选地如此选择可变的涡轮几何结构的位置，使得燃空比在打开节气门时且在燃料流量同时保持恒定时保持不变。以这种方式和方法能有效地对驱动系统的排气进行废气再处理，特别是在废气涡轮增压器的下游。这种方式还用于，使驱动设备的工况保持恒定。
最后在本发明的另一种设计方案中可以规定，将借助于电机提供的电能用于驱动另一个电机，所述另一个电机与驱动设备以机械方式作用连接。另一个电机例如直接地或间接地通过传动装置连接到驱动设备上。在另一个电机和驱动设备之间的作用连接可以持久地存在或者能借助于耦联器选择性地建立或断开。例如如果驱动设备以内燃机的形式存在，则另一个电机与驱动设备的曲轴耦联。
此外本发明涉及一种用于机动车的驱动系统，所述驱动系统特别是用于实施根据前述实施方式所述的方法，其中，驱动系统具有驱动设备以及用于驱动设备的废气涡轮增压器，其中，驱动设备的排气被输送给废气涡轮增压器的涡轮，借助于与涡轮耦联的压缩机压缩的空气被提供用于驱动设备，电机与涡轮和压缩机以机械方式作用连接。在此规定，所述驱动系统被设计用于，使驱动设备的所有排气持久地经过可变的涡轮几何结构被输送给涡轮，其中，在驱动系统的至少一种运行模式中在驱动设备的任一工况中将用于制动涡轮的电机作为发电机运行，其中，在驱动设备的工况保持不变的情况下在流动技术方面布置在压缩机和驱动设备之间的节气门的开度越大，电机对涡轮的制动越强。
已经指出了驱动系统的这种方式或这种设计方案的优点。不仅方法而且驱动系统都能根据前述实施方式进行改进，从而就此而言参照前述实施方式。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例详细阐述本发明，而没有对本发明构成限制。其中，
图1示出了用于机动车的驱动系统的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于机动车的驱动系统1的示意图。驱动系统1具有驱动设备2，在此示出的实施例中为内燃机。此外驱动系统1具有废气涡轮增压器3以及可选地具有增压空气冷却器4。废气涡轮增压器3具有压缩机5和涡轮6。它们通过轴7彼此耦联、优选刚性地和/或持久地耦联。在轴7上同样接合电机8，该电机就此而言被考虑用于驱动或辅助废气涡轮增压器3。
涡轮6具有可变的涡轮几何结构9，其通常可以视为在涡轮6上游的截面调节元件。然而特别优选地，可变的涡轮几何结构9是涡轮6的叶片式扩散器或者说导向轮(Leitrad)，并且就此而言具有多个能调节的导流叶片。涡轮6用于通过轴7来驱动压缩机5。为此，向涡轮6输送由驱动设备2产生的排气。
在此示出的实施例中规定，向涡轮6输送所有由驱动设备2产生的排气，即废气涡轮增压器3无废气阀地构成。更确切地说，驱动设备2的所有气缸10在流动技术方面特别是分别通过至少一个排气阀11和/或排气弯管12连接到涡轮6上。由驱动设备2产生的排气流经涡轮6，其中，从该排气获取动力学意义的流动能量和/或热焓。然后，排气沿箭头13的方向朝向外部环境14排出。
利用涡轮6从排气获取的能量被考虑用于驱动压缩机5。该压缩机用于压缩已从外部环境14获取的空气、例如新鲜空气。就此而言，空气沿箭头15的方向流入到驱动系统1中并且经由压缩机5以及可选地经由增压空气冷却器4朝向驱动设备2的方向抵达。在流动技术方面在压缩机5和驱动设备2之间、特别是在增压空气冷却器4的下游设置驱动设备2的节气门16。可以利用节气门16来调节输送给驱动设备2的空气流量。特别是当驱动系统1在部分负荷中运行时，节气门16通常部分地闭合。相应地出现应被避免的节流损失。为此目的规定，在驱动设备2的工况保持不变时进一步打开节气门16，以便更好地利用在外部环境14中存在的空气的环境压力。然而由此朝向驱动设备2的方向提高了空气流量，从而同时还提高了在流动技术方面在驱动设备2和涡轮6之间出现的排气背压。
由于提高了排气背压而使涡轮6的功率升高，从而为了运行压缩机5需要使用更高的功率。相应地，空气流量会进一步增大并且排气背压进一步升高。然而由于工况同时保持恒定、即例如进入驱动设备2的燃料流量保持恒定，所以可能会出现燃空比的变化、特别是与化学计量比例的偏差。为了避免这一点，同样在驱动设备2的工况保持不变时进一步闭合可变的涡轮几何结构9。然而上述情况引起了涡轮6的功率进一步升高。
为了防止压缩机5利用该较高的功率来加载并且相应地进一步增大空气流量，其余的功率利用电机8获取。为此目的，电机8作为发电机运行，从而涡轮6和因此压缩机5利用电机8来制动。在此出现的电能例如可以输送给机动车的车载电网和/或被考虑用于驱动另一个电机17。
另一个电机17例如与驱动设备2以机械方式作用连接，从而可以利用驱动系统1提供更大的转矩。然而该转矩又可以影响驱动设备2的工况，从而在可能的情况下需要进一步调整可变的涡轮几何结构9的位置和/或利用电机8更强地制动涡轮6。

Claims (11)

1.一种用于运行机动车用的驱动系统(1)的方法，所述驱动系统具有驱动设备(2)和用于驱动设备(2)的废气涡轮增压器(3)，其中，将驱动设备(2)的排气输送给废气涡轮增压器(3)的涡轮(6)，借助于与涡轮(6)耦联的压缩机(5)压缩的空气被提供用于驱动设备(2)，电机(8)与涡轮(6)和压缩机(5)以机械方式作用连接，其特征在于，持久地使驱动设备(2)的所有排气经过可变的涡轮几何结构(9)被输送给涡轮(6)，在驱动系统(1)的至少一种运行模式中在驱动设备(2)的任一工况中将电机(8)作为发电机运行以制动涡轮(6)，其中，在驱动设备(2)的工况保持不变的情况下在流动技术方面布置在压缩机(5)和驱动设备(2)之间的节气门(16)的开度越大，电机(8)对涡轮(6)的制动越强。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，节气门(16)的开度越大，可变的涡轮几何结构(9)越闭合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，可变的涡轮几何结构(9)越闭合，电机(8)对涡轮(6)的制动越强。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于驱动设备(2)的当前的工况来选择电机(8)的制动功率、可变的涡轮几何结构(9)的位置以及节气门(16)的开度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于综合特性曲线和/或控制方法来确定制动功率、位置以及开度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制方法包括驱动系统(1)的效率作为输入参量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制方法包括驱动设备(2)的效率作为输入参量。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在完全打开节气门(16)的情况下选择制动功率和位置，使得驱动设备(2)以最大可能的效率运行。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以确定的燃空比来运行驱动设备(2)，所述燃空比在节气门(16)打开的情况下通过闭合可变的涡轮几何结构(9)保持恒定。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将借助于电机(8)提供的电能用于驱动另一个电机(17)，所述另一个电机与驱动设备(2)以机械方式作用连接。
11.一种用于机动车的驱动系统(1)，所述驱动系统用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，驱动系统(1)具有驱动设备(2)以及用于驱动设备(2)的废气涡轮增压器(3)，其中，驱动设备(2)的排气被输送给废气涡轮增压器(3)的涡轮(6)，借助于与涡轮(6)耦联的压缩机(5)压缩的空气被提供用于驱动设备(2)，电机(8)与涡轮(6)和压缩机(5)以机械方式作用连接，其特征在于，所述驱动系统(1)被设计用于，使驱动设备(2)的所有排气持久地经过可变的涡轮几何结构(9)被输送给涡轮(6)，其中，在驱动系统(1)的至少一种运行模式中在驱动设备(2)的任一工况中将用于制动涡轮(6)的电机(8)作为发电机运行，其中，在驱动设备(2)的工况保持不变的情况下在流动技术方面布置在压缩机(5)和驱动设备(2)之间的节气门(16)的开度越大，电机(8)对涡轮(6)的制动越强。
CN201610992492.6A 2015-11-14 2016-11-11 用于运行机动车用的驱动系统的方法和相应的驱动系统 Active CN106870176B (zh)

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