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    • 专利摘要:
    Einerfindungsgemäßer Ladereiner Maschine (10) umfasst einen Motorgenerator (24), einen Kompressor(6), der in einem Luftansaugsystem der Maschine (10) vorgesehenist, sowie ein Planetengetriebe (20). Das Planetengetriebe (20)enthältein Sonnenrad (21), das mit einer Antriebswelle (18) der Maschine(10) verbunden ist, Planetenräder(22), die mit dem Motorgenerator (24) verbunden sind, sowie einRingrad (23), das mit dem Kompressor (6) verbunden ist. Das Steuergerät (1) betreibtden Motorgenerator (24), um eine Drehzahl der Planetenräder zu regeln.Durch die Regelung der Drehzahl der Planetenräder wird eine Drehzahl desKompressors (6) unabhängigvon einer Drehzahl der Maschine geregelt. Somit kann die Drehzahldes Kompressors (6) stufenlos über einenBereich von null bis zu einer höherenDrehzahl als der Maschinendrehzahl verändert werden. Somit kann jedergewünschteLadedruck unabhängigvon der Maschinendrehzahl erzeugt werden.
    公开号:DE102004025929A1
    申请号:DE102004025929
    申请日:2004-05-27
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Yutaka Wako Tamagawa；Yuji Wako Yasui
    申请人:Honda Motor Co Ltd；
    IPC主号:F01N3-20
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Lader einer Brennkraftmaschine.
    [0002] EinLader einer Brennkraftmaschine umfasst einen Kompressor zum Verdichtenvon Luft. Die verdichtete Luft wird jedem Zylinder der Maschinezugeführt.Somit nimmt die in die Brennkammer des Zylinders aufgenommene Luftmengezu, wodurch die Motorleistung ansteigt.
    [0003] AlsLader sind ein Turbolader und ein mechanischer Lader bekannt. BeimTurbolader wird dessen Turbine durch Abgasenergie in Drehung versetzt.Die Turbine dreht einen Kompressor. Ein solcher Turbolader ist z.B.in der japanischen ungeprüftenPatentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-317640 offenbart. Beim mechanischen Ladertreibt eine Antriebswelle der Maschine einen Kompressor an.
    [0004] ZumDrehen des Kompressors kann auch ein Elektromotor verwendet werden.Z.B. kann ein Turbolader einen Motor zwischen der Turbine und demKompressor aufweisen. Wenn das Abgasvolumen gering ist, dreht derMotor den Kompressor. Dieser Turbolader ist z.B. in der japanischenungeprüftenPatentanmeldung (Kokai) Nr. H07-259576 offenbart.
    [0005] Ineinem anderen Beispiel kann ein mechanischer Lader einen Elektromotoraufweisen. Die Antriebskraft der Maschine wird in elektrische Energieumgewandelt, durch die wiederum der Motor angetrieben wird. DerMotor dreht den Kompressor. In einem anderen Beispiel kann der Ladereine Hydraulikölpumpeaufweisen, die von der Maschine angetrieben wird. Die Turbine wirddurch Hochdruckölangetrieben. Ein solcher Lader ist z.B. in der ungeprüften japanischenPatentanmeldung (Kokai) Nr. H08-200083 offenbart.
    [0006] Dader Turbolader die Abgasenergie nutzt, ist der energetische Wirkungsgradhoch. Jedoch kann die in dem Auspuffsystem vorgesehene Turbine einenAnstieg des Abgasdrucks hervorrufen. Wenn der Abgasdruck bei hoherMaschinenlast hoch ist, tendiert die Maschine zum Klopfen und eskann 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 Aktivierungdes Katalysators durch die Wärmedes Abgases. Wenn das Abgas zum Antrieb der Turbine verwendet wird,kann die zum Aktivieren des Katalysators erforderliche Zeit langwerden.
    [0007] DerTurbolader mit einem Elektromotor kann den Mangel an Ladedruck überwinden.Jedoch sind dann die obigen Probleme in Bezug auf den Anstieg desAbgasdrucks und die zum Aktivieren des Katalysators benötigte Zeitnicht gelöst.
    [0008] Dader mechanische Lader eine Drehung einer Antriebswelle der Maschinenutzt, reagiert der Ladedruck schnell auf eine Maschinenantriebskraft,die vom Fahrer angefordert wird. Da in dem Auspuffsystem keine Turbinevorgesehen sein braucht, kann die Zeit zum Aktivieren des Katalysatorsausreichend eingehalten werden. Da jedoch die Drehung der Antriebswelleder Maschine erforderlich ist, kann ein Leistungsverlust der Maschine(als "Antriebsverlust" bezeichnet) entsprechendeiner Zunahme der Ladeluftmenge auftreten.
    [0009] Beidem mechanischen Lader mit Elektromotor ist der energetische Wirkungsgradniedrig, da die Maschinenantriebskraft in elektrische Energie umgewandeltwird und dann die elektrische Energie in die Motorantriebskraftumgewandelt wird.
    [0010] Daherist es eine Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Lader anzugeben,der die obigen Nachteile des Turboladers und des mechanischen Laders überwindenkann. Ein solcher neuartiger Lader kann eine gewünschte Maschinenausgangsleistung über einenweiten Maschinendrehzahlbereich erzeugen.
    [0011] Gemäß einemAspekt der Erfindung umfasst ein Lader einer Maschine einen Motorgenerator,einen Kompressor, der in einem Luftansaugsystem der Maschine vorgesehenist, sowie ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe enthält ein erstesRad, ein zweites Rad und ein drittes Rad. Das erste Rad ist miteiner Antriebswelle der Maschine verbunden. Das zweite Rad ist mitdem Motorgenerator verbunden. Das dritte Rad ist mit dem Kompressorverbunden. Ein Steuergerätbetreibt den Motorgenerator so, dass die Drehzahl des zweiten Radsgesteuert/geregelt wird. Durch die Steuerung/Regelung der Drehzahldes zweiten Rads wird die Drehzahl des Kompressors unabhängig vonder Drehzahl der Maschine gesteuert/geregelt.
    [0012] Erfindungsgemäß kann dieDrehzahl des Kompressors stufenlos von null auf eine höhere Drehzahlals die Drehzahl der Maschine geändertwerden. Da die Drehzahl des Kompressors unabhängig von der Drehzahl der Maschinegesteuert werden kann, wird der gewünschte Ladedruck bei jederDrehzahl der Maschine erzeugt.
    [0013] Gemäß einerAusführungder Erfindung enthältdas zweite Rad Planetenräder.Der Motorgenerator ist mit einem Träger der Planetenräder verbunden.Der Trägerdefiniert eine Umlaufbewegung der Planetenräder um das erste Rad. In einerAusführungist das erste Rad ein Sonnenrad und ist das dritte Rad ein Ringrad.
    [0014] Gemäß einerAusführungder Erfindung wird, wenn eine vom Fahrer angeforderte Antriebskraftder Maschine einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Motorgeneratorso angetrieben, dass der Kompressor mit einer höheren Drehzahl dreht als derDrehzahl der Maschine. Wenn eine vom Fahrer angeforderte Antriebskraftder Maschine niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, wird derMotorgenerator so angetrieben, dass der Kompressor mit einer geringerenDrehzahl dreht als der Drehzahl der Maschine, oder so, dass derKompressor stehen bleibt.
    [0015] Wennder Kompressor mit einer höherenDrehzahl als der Drehzahl der Maschine rotiert, wird der Motorgeneratorals Elektromotor betrieben. Wenn der Kompressor mit einer niedrigerenDrehzahl als der Drehzahl der Maschine rotiert, wird der Motorgeneratorals Stromgenerator betrieben.
    [0016] Wennder Motorgenerator als Elektromotor betrieben wird, wird dem Motorgeneratorelektrischer Strom zugeführt.Der Kompressor kann mit einer höherenDrehzahl rotieren als der Drehzahl der Maschine (Unterstützungsmodus).Wenn die elektrische Energiemenge des Motorgenerators zunimmt, nimmtdie Drehzahl des Kompressors zu.
    [0017] Wennder Motorgenerator als Stromgenerator betrieben wird, wird elektrischeEnergie von dem Motorgenerator wiedergewonnen. Der Kompressor kannmit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl der Maschine rotieren(Regenerationsmodus). Wenn die Menge der elektrischen Stromerzeugungzunimmt, sinkt die Drehzahl des Kompressors. Da die elektrischeEnergie von dem Motorgenerator wiedergewonnen wird, um z.B. eineBatterie zu laden, ist der energetische Wirkungsgrad verbessert.
    [0018] Somitkann der Kompressor mit jeder Drehzahl unabhängig von der Drehzahl der Maschinedrehen. Es wird verhindert, dass ein mangelnder Ladedruck auftrittund dass ein zu hoher Ladedruck erzeugt wird.
    [0019] Gemäß eineranderen Ausführungder Erfindung enthältder Lader einen Stromgenerator, der mit der Maschine verbunden ist.Wenn der Motorgenerator als Elektromotor betrieben wird, wird vondem Stromgenerator dem Motorgenerator elektrische Energie zugeführt. DurchNutzung des Stromgenerators kann die Drehzahl des Kompressors unabhängig vomLadezustand der Batterie erhöhtwerden.
    [0020] Gemäß einerAusführungder Erfindung wird der Betrieb des Stromgenerators gestoppt, wennein Gaspedal vollständiggedrücktoder fast vollständiggedrücktist bzw. vollständigoffen ist. Eine Erhöhungder Drehzahl des Kompressors erfolgt nur durch die elektrische Energievon der Batterie. Da der Stromgenerator gestoppt wird, wird verhindert,dass die Maschinenleistung dazu verbraucht wird, um den Stromgeneratorzu betreiben.
    [0021] Gemäß einernoch anderen Ausführungder Erfindung erfolgt eine Reaktionszuweisungsregelung zum Erzeugeneines Motorbefehls zum Betreiben des Motorgenerators derart, dassder Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
    [0022] DasAufladen kann mit starker Verzögerungeinsetzen, weil die Luftverdichtung durch den Kompressor eine gewisseZeit braucht. Diese Verzögerungkann zu einem Überschießen desLadedrucks führen.Die Reaktionszuweisungsregelung kann bewirken, dass der Ladedruckauf den Sollwert konvergiert, ohne überzuschießen. Somit wird die Fahrbarkeitdes Fahrzeugs verbessert.
    [0023] Gemäß einernoch anderen Ausführungder Erfindung wird die Ansaugluftmenge zu der Maschine durch einen Öffnungswinkeldes Drosselventils eingestellt. In dieser Ausführung erfolgt die Reaktionszuweisungsregelungzur Bestimmung des Öffnungswinkelsdes Drosselventils derart, dass die Ansaugluftmenge in die Maschineauf einen Sollwert konvergiert.
    [0024] Dadas Aufladen eine Verzögerungbeinhaltet, könntedie Ladedruckregelung nicht in der Lage sein, eine Feineinstellungder Ansaugluftmenge vorzunehmen. Die Steuerung des Drosselventilskann eine solche Feineinstellung implementieren. Die Steuerung des Öffnungswinkelsdes Drosselventils kann bewirken, dass die Ansaugluftmenge in dieMaschine einem Sollwert mit hoher Genauigkeit folgt.
    [0025] Esgibt eine Verzögerungin der Steuerung, die bewirkt, dass die Ansaugluftmenge in die Maschineauf einen Sollwert konvergiert, weil die Luft vorübergehendin dem Luftansaugkrümmergehalten wird, bevor sie in den Zylinder der Maschine aufgenommenwird. Diese Verzögerungkann ein Überschießen derAnsaugluftmenge hervorrufen. Die Reaktionszuweisungsregelung kannden Öffnungswinkeldes Drosselventils derart einstellen bzw. regeln, dass die Ansaugluftmengeauf einen Sollwert konvergiert, ohne überzuschießen.
    [0026] Ineiner noch anderen Ausführungder Erfindung umfasst der Lader ferner eine Einwegkupplung zwischendem Motorgenerator und dem Kompressor. Eine übermäßige elektrische Stromerzeugungdes Motorgenerators kann eine Rückwärtsdrehungdes Kompressors hervorrufen. Eine Einwegkupplung verhindert dieseRückwärtsdrehungdes Kompressors, währenddie Menge der vom Motorgenerator erzeugten elektrischen Energieerhöhtwird.
    [0027] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweisauf die beigefügten Zeichnungenbeschrieben.
    [0028] 1 ist ein Blockdiagrammeiner Brennkraftmaschine, eines Laders und einer Steuereinheit gemäß einerAusführung;
    [0029] 2 zeigt eine schematischeStruktur eines Planetengetriebes gemäß einer Ausführung;
    [0030] 3 zeigt eine schematischeStruktur eines Mechanismus zum Antrieb eines Motorgenerators gemäß einerAusführung;
    [0031] 4 zeigt schematisch dasVerhalten verschiedener Parameter in Bezug auf die Maschinenlastgemäß einerAusführung;
    [0032] 5 zeigt einen Energieflussund eine Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes in einem Regenerationsmodusgemäß einerAusführung;
    [0033] 6 zeigt einen Energieflussund eine Drehzahl jedes Rads eines Planetengetriebes im Unterstützungsmodusgemäß einerAusführung;
    [0034] 7 zeigt einen Energieflussund eine Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes, wenn das Aufladenin einem Unterstützungsmodusmaximiert ist, gemäß einerAusführung;
    [0035] 8 zeigt ein Flussdiagrammeiner Hauptroutine zur Motorsteuerung gemäß einer Ausführung;
    [0036] 9 zeigt ein Flussdiagrammeiner Ladedruckregelung gemäß einerAusführung;
    [0037] 10 zeigt ein Flussdiagrammeiner Stromgenerator (ACG)-Regelung gemäß einer Ausführung;
    [0038] 11 zeigt ein Flussdiagrammeiner Drosselregelung gemäß einerAusführung;
    [0039] 12 ist eine Tabelle derVentilsteuerzeit entsprechend einem Öffnungswinkel eines Gaspedalsgemäß einerAusführung;
    [0040] 13 ist eine Tabelle einesSollladedrucks gemäß einem Öffnungswinkeldes Gaspedals gemäß einerAusführung;
    [0041] 14 ist eine Tabelle einesReferenzmotorbefehls entsprechend einem Öffnungswinkel eines Gaspedalsgemäß einerAusführung;
    [0042] 15 zeigt eine Umschaltfunktioneiner Reaktionszuweisungsregelung gemäß einer Ausführung;
    [0043] 16 zeigt eine Konvergenzgeschwindigkeitentsprechend einem Wert eines Setzparameters einer Umschaltfunktiongemäß einerAusführung;
    [0044] 17 ist eine Tabelle zurAusfallsicherung, die einen Referenzwert für die Ansaugluftmenge entsprechendeinem Öffnungswinkeleines Gaspedalmodus gemäß einerAusführungzeigt;
    [0045] 18 ist eine Tabelle für einenNormalmodus, die einen Referenzwert für die Ansaugluftmenge entsprechendeinem Öffnungswinkeleines Gaspedals gemäß einreAusführungzeigt,
    [0046] 19 zeigt eine schematischeStruktur eines Laders gemäß eineranderen Ausführungder Erfindung;
    [0047] 20 ist eine Tabelle, dieeinen Referenzmotorbefehl gemäß einem Öffnungswinkeleines Gaspedals gemäß eineranderen Ausführungzeigt; und
    [0048] 21 zeigt den Effekt einesLaders gemäß einerAusführungder Erfindung.
    [0049] 1 ist ein Blockdiagrammeiner Brennkraftmaschine (nachfolgend als Maschine bezeichnet),eines Laders und einer Steuereinheit gemäß einer Ausführung.
    [0050] Eineelektronische Steuereinheit (nachfolgend als ECU bezeichnet) 1 umfassteine Eingangsschnittstelle 1a zum Empfangen von Daten,die von jedem Teil des Fahrzeugs geschickt werden, eine CPU 1b zur Ausführung vonOperationen zum Steuern/Regeln jedes Teils des Fahrzeugs, einenSpeicher 1c einschließlich einemFestwertspeicher (ROM) und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) sowieeine Ausgangsschnittstelle 1d zum Schicken von Steuersignalenzu jedem Teil des Fahrzeugs. In dem ROM sind Programme und verschiedeneDaten zum Steuern/Regeln jedes Teils des Fahrzeugs gespeichert.Das ROM kann ein überschreibbares ROMsein, wie etwa ein EPROM. Das RAM stellt Arbeitsflächen für die Operationendurch die CPU 1b bereit, worin von jedem Teil des Fahrzeugsgeschickte Daten sowie zu jedem Teil des Fahrzeugs auszugebendeSteuersignale vorübergehendgespeichert werden. Luft wird in eine mit einer Maschine 10 verbundeneAnsaugleitung 2 durch einen Luftfilter 3 zugeführt. DieAnsaugluftmenge wird mit einem Luftströmungsmesser 4 erfasst.
    [0051] EinKompressor 6 und ein Ladeluftkühler 7 sind in einerLadeluftleitung 5 vorgesehen, die parallel zu der Ansaugluftleitung 2 vorgesehenist. Die von dem Kompressor 6 verdichtete Luft wird durchden Ladeluftkühler 7 abgekühlt.
    [0052] Inder Ansaugleitung 2 ist ein Aufladeventil 8 vorgesehenund das Aufladeventil ist ein Einwegventil, das geschlossen wird,wenn ein Aufladeprozess durchgeführtwird. Dieses Ventil 8 verhindert, dass die durch den Kompressor 6 verdichteteLuft in die Ansaugleitung 2 zurückfließt.
    [0053] EinLadedruck (Pc)-Sensor 9 ist an einem Punkt vorgesehen,wo die Ladeleitung 5 mit der Ansaugleitung 2 verbundenist. Der Ladedrucksensor 9 erfasst den Druck von Luft,die von dem Ladeluftkühler 7 zuder Luftansaugleitung 2 fließt, nachfolgend als Ladedruckbezeichnet. Der erfasste Ladedruck wird zu der ECU 1 geschickt.
    [0054] EinDrosselventil 11 ist in der Ansaugleitung 2 vorgesehen.Der Öffnungswinkeldes Drosselventils 11 wird durch ein Steuersignal von derECU 1 gesteuert/geregelt. Die in die Maschine 10 eingeführte Luftmenge kanndurch Einstellen des Öffnungswinkelsdes Drosselventils 11 gesteuert/geregelt werden. Ein Drosselventilöffnungs(θTH)-Sensor 12 erfassteinen Öffnungswinkeldes Drosselventils 11 und schickt diesen zur ECU 1.
    [0055] EinAnsaugkrümmerdruck(Pb)-Sensor 14 ist in einer Kammer 13 vorgesehen.Der Ansaugkrümmersensor 14 erfassteinen Druck Pb, der in die Kammer 13 gefüllten Luftund schickt ihn zu der ECU 1.
    [0056] EinKatalysator 16 ist in einer Auspuffleitung 15 vorgesehen,die mit der Maschine 10 verbunden ist. Der Katalysator 16 entferntungewünschteSubstanzen, wie etwa KW, CO, NOx, die in den durch die Auspuffleitung 15 strömenden Abgasenthalten sind.
    [0057] EinDrehzahl (Ne)-Sensor 17 ist am Umfang der Nockenwelle oderdem Umfang der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Maschine 2 angebracht.Eine durch den Sensor 17 erfasste Maschinendrehzahl wirdzu der ECU 1 geschickt.
    [0058] EinPlanetengetriebe (-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 durcheinen Hilfsriemen 19 verbunden, sodass sich das Sonnenradmit der Drehung der Kurbelwelle 18 dreht.
    [0059] EinMotorgenerator 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 einenvon der ECU 1 erzeugten Motorbefehl und treibt die Planetenräder 22 gemäß dem empfangenenBefehl an.
    [0060] DerKompressor 6 ist mit dem Ringrad 23 verbunden.Der Kompressor 6 dreht sich entsprechend der Drehung desRingrads 23.
    [0061] EinStromgenerator (ACG) 25 ist mit der Maschine 10 über denHilfsriemen 19 verbunden. Der Stromgenerator 25 wirddurch eine Antriebskraft der Maschine angetrieben, die durch dieAntriebswelle der Maschine übertragenwird.
    [0062] EineBatterie (oder ein Kondensator bzw. Sammler) 26 ist mitdem Stromgenerator 25 und dem Motorgenerator 24 verbunden.Der Motorgenerator 24 kann mit elektrischer Energie vondem Generator 25 und/oder der Batterie 26 versorgtwerden.
    [0063] EinGaspedalöffnungssensor 27 erfassteinen ÖffnungswinkelAP des Gaspedals und schickt ihn zu der ECU 1.
    [0064] Diezu der ECU 1 geschickten Signale werden zur Eingangsschnittstelle 1a geleitet.Die Eingangsschnittstelle 1a wandelt analoge Signalwertein digitale Signalwerte um. Die CPU 1b verarbeitet dieseresultierenden digitalen Signale, führt Operationen entsprechendden im ROM 1c gespeicherten Programmen durch und erzeugtSteuersignale. Die Augangsschnittstelle 1d schickt dieseSteuersignale zu Aktuatoren fürdie Kraftstoffeinspritzventile 12 sowie anderen Aktuatoren.
    [0065] 2(a) zeigt schematisch eineVorderansicht des Planetengetriebes 20. 2(b) zeigt schematisch eine Querschnittsansichtdes Planetengetriebes 20.
    [0066] DasSonnenrad 21 ist mit der Kurbelwelle 18 der Maschineverbunden. Der Träger 28 derPlanetenräder 22 istmit dem Motorgenerator 24 verbunden. Das Ringrad 23 istmit dem Kompressor 6 verbunden. Die Planetenräder 22 drehensich um das Sonnenrad 21 herum, entsprechend der Drehungdes Trägers 28.
    [0067] Obwohldie Anzahl der in 2(a) gezeigtenPlanetenräder 22 dreiist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt. Obwohlin 2 der Durchmesserdes Sonnenrads 21 gleich dem Durchmesser der Planetenräder 22 ist,ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
    [0068] DasSonnenrad 21 dreht sich entsprechend der Drehung der Kurbelwelle 18 derMaschine. Wenn der Träger 28 nichtdurch den Motorgenerator 24 angetrieben wird, rotiert derTrägermit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 21.
    [0069] EineDrehzahl des Trägers 28 kanndurch den Motorgenerator 24 gesteuert/geregelt werden.Wenn der Motorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet, kannsich der Träger 28 miteiner höherenDrehzahl als der Maschinendrehzahl NE drehen. Wenn die Menge derdem Motorgenerator 24 zugeführten elektrischen Energieansteigt, nimmt die Drehzahl des Trägers 28 zu. Wenn dieDrehzahl des Trägers 28 zunimmt,nimmt auch die Drehzahl des Ringrads 23 zu. Daher nimmtdie Drehzahl des Kompressors 6 zu.
    [0070] Wennandererseits der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet,kann sich der Träger 18 miteiner geringeren Drehzahl als der Maschinendrehzahl NE drehen. Wenndie von dem Motorgenerator 24 erzeugte elektrische Energiemengezunimmt, nimmt die Drehzahl des Trägers 28 ab. Da dieDrehzahl des Trägers 28 abnimmt,nimmt auch die Drehzahl des Ringrads 23 ab. Somit nimmtdie Drehzahl des Kompressors 6 ab.
    [0071] DurchSteuern/Regeln der Drehzahl des Trägers 28 durch denMotorgenerator 24 kann die Drehzahl des Ringrads 23 unabhängig vonder Drehzahl des Sonnenrads 21 gesteuert werden. In anderenWorten, die Drehzahl des Kompressors 6 kann stufenlos vonnull auf eine höhereDrehzahl als die Maschinendrehzahl NE verändert werden. Somit kann, unabhängig vonder Maschinendrehzahl NE, der Kompressor 6 mit einer Geschwindigkeitgedreht werden, mit der ein gewünschterLadedruck erzeugt wird.
    [0072] Alternativkann das Ringrad mit der Antriebswelle der Maschine verbunden werden.In diesem Fall kann das Sonnenrad mit dem Kompressor verbunden werden.
    [0073] 3 zeigt ein Schaltungsbeispielzum Betrieb des Motorgenerators 24. Der Motorgenerator 24 ist z.B.ein üblicherDrei-Phasen-Motor, in dem ein Anker 31 vorgesehen ist.Der Anker 31 ist mit dem Träger 28 verbunden (2).
    [0074] Mitdem Anker 31 ist ein Umwandler 33 verbunden. DerUmwandler 33 führtdem Anker 31 einen Dreiphasenwechselstrom zu, wenn derMotorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet. Der Umwandler 33 gleichrichteteinen vom Motorgenerator 24 erzeugten Strom, wenn der Motorgenerator 24 alsStromgenerator arbeitet. Der gleichgerichtete Strom lädt die Batterie 26.
    [0075] DerMotorgenerator 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.
    [0076] Wennder Motorgenerator 24 als Elektromotor arbeitet, schicktdie ECU 1 einen Motorbefehl mit einem positiven Wert zudem Umwandler 33. Die Stromsteuerschaltung 34 lieferteinen vorbestimmten Feldstrom zu der Feldwicklung 32, umdas Magnetfeld zu erzeugen. Der Umwandler 33 liefert demAnker 31 einen Strom entsprechend der Höhe des Motorbefehls. DieserStrom dreht den Anker 31, um hierdurch den Träger 28 zu drehen.Wenn die Höhedes durch den Anker 31 fließenden Stroms zunimmt, nimmtauch die Drehzahl des Trägers 28 zu.
    [0077] Wenndie ECU 1 einen Motorbefehl mit einem Nullwert zu dem Umwandler 33 undder Stromsteuerschaltung 34 schickt, bleibt der Motorgenerator 24 stehen.In anderen Worten, der Umwandler 33 stoppt die Stromzufuhrzu dem Anker 31, und die Stromsteuerschaltung 34 stopptdie Zufuhr des Feldstroms zu der Feldwicklung 32. Der Anker 31 undder Träger 28 drehensich mit der gleichen Drehzahl wie der Drehzahl der Antriebswelle(d.h. der Maschinendrehzahl NE).
    [0078] Wennder Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet, schicktdie ECU 1 einen Motorbefehl mit einem negativen Wert zuder Stromsteuerschaltung 34. Die Stromsteuerschaltung 34 liefertder Feldwicklung 32 einen Strom entsprechend der Höhe des Absolutwertsdes Motorbefehls. Der von dem Motorgenerator 24 erzeugteStrom wird durch den Umwandler 33 gleichgerichtet. Dergleichgerichtete Strom lädtdie Batterie 26.
    [0079] Somitstellt die Stromsteuerschaltung 34 die Höhe des derFeldwicklung 32 zugeführtenFeldstroms ein. Durch diese Einstellung kann die Stromerzeugungsmengevon dem Motorgenerator 24 gesteuert/geregelt werden. Wenndie von dem Motorgenerator 24 zur Batterie 26 rückgeführte elektrischeEnergie höherist als die durch die Antriebswelle erzeugte Dreh (kinetische)-Energie,verzögertdie Drehzahl des Ankers 31. Wenn die Menge der elektrischenEnergie von dem Motorgenerator 24 (d.h. die Menge der elektrischenStromerzeugung des Motorgenerators 24) zunimmt, nimmt eineKraft zu, welche die Drehung des Ankers 31 bremst. Somit sinktdie Drehzahl des Trägers 28.
    [0080] DieSchaltung zum Antrieb des Motorgenerators 24 von 3 ist nur ein Beispiel.Es könnenandere bekannte Schaltungen zum Betreiben des Motorgenerators 24 verwendetwerden.
    [0081] Alternativkann jedes andere geeignete Verfahren zum Steuern/Regeln der elektrischenStromerzeugung angewendet werden, wenn der Motorgenerator 24 alsStromgenerator arbeitet. Z.B. ist ein Verfahren zum Steuern/Regelnder elektrischen Stromerzeugung bekannt, indem dem Anker ein phasengesteuerterStrom zugeführtwird.
    [0082] Angemerktwerden sollte, dass der Motorgenerator 24 mit elektrischerEnergie nicht nur von der Batterie 26 versorgt werden kann,wie in 3 gezeigt, sondernauch vom mit der Maschine verbundenen Stromgenerator 25,wie in 1 gezeigt.
    [0083] DerEinfachheit wegen wird in der folgenden Beschreibung angenommen,dass der Umwandler 33 und die Stromsteuerschaltung 34 indem Motorgenerator 24 enthaltene Komponenten sind. DerMotorbefehl wird von der ECU 1 zu dem Motorgenerator 24 geschickt.
    [0084] 4 zeigt das Verhalten verschiedenerParameter in Bezug auf die Maschinenleistung (oder Antriebskraftder Maschine), die vom Fahrer angefordert wird, in einem Maschinensteuerprozessgemäß einer Ausführung derErfindung. Angenommen sei, dass die Maschinendrehzahl NE auf einemgegebenen Wert beibehalten wird. Die vom Fahrer angeforderte Maschinenleistungwird typischerweise durch einen ÖffnungswinkelAP des Gaspedals ausgedrückt.
    [0085] Ineinem ersten Regenerationsmodus reicht die vom Fahrer angeforderteMaschinenleistung von null (d.h. keine Maschinenlast) bis zu AP1.In dem ersten Regenerationsmodus wird keine Aufladung durchgeführt. EinMotorbefehl wird erzeugt, um die Drehzahl Nc des Kompressors 6 nullzu machen. Dieser Motorbefehl hat einen negativen Wert, sodass derMotorgenerator 24 als Stromgenerator wirkt. ElektrischeEnergie von dem Motorgenerator 24 wird wiedergewonnen,um die Batterie 26 zu laden.
    [0086] Damitdie Drehzahl Nc des Kompressors null wird, muss die durch die Antriebskraftder Maschine erzeugte Drehenergie durch die elektrische Energieaufgehoben werden. Wenn der Öffnungswinkeldes Gaspedals abnimmt, nimmt auch die Antriebskraft der Maschineab, und daher sinkt die resultierende Drehenergie. Wenn die Drehenergieabnimmt, nimmt die Kraft ab, welche die Drehung des Trägers 28 bremst.Somit wird der Absolutwert des Motorbefehls so angelegt, dass miteiner Abnahme der GaspedalöffnungAP abnimmt. Da die Aufladung nicht erfolgt, ist der von dem Ladedrucksensor 9 erfassteLadedruck Pc angenähertgleich dem AtmosphärendruckPa.
    [0087] Indieser Ausführungwird ein variabler Ventilsteuermechanismus angewendet, der in derLage ist, den Hub des Einlass- und/oder Auslassventils zu verändern. Indem ersten Regenerationsmodus wird die Ansaugluftmenge Gcyl in dieMaschine geregelt, indem der Nacheilbetrag der Ventilsteuerzeit θv/v zumSchließendes Einlassventils eingestellt wird. Da der Nacheilbetrag der Ventilsteuerzeitabnimmt (in anderen Worten, die Ventilsteuerung θv/v nähert sich UT an), nimmt dieAnsaugluftmenge Gcyl zu. Der Öffnungswinkeldes Drosselventils 11 wird auf einen Wert gleich Vollgasoder angenähertVollgas gestellt.
    [0088] Beieinem üblichenVentilsteuermechanismus wird das Einlassventil typischerweise geschlossen, wennder Ansaughub beendet ist. Bei dem variablen Ventilsteuermechanismuswird das Einlassventil während desVerdichtungshubs geschlossen, der nach dem Ansaughub stattfindet.Der Nacheilbetrag der Ventilsteuerzeit zum Schließen desEinlassventils gibt an, wie weit die Schließzeit des Einlassventils vondem Anfangspunkt des Verdichtungshubs (d.h. UT) abweicht.
    [0089] DasLuftvolumen in dem Maschinenzylinder kann geändert werden, indem der Nacheilbetragder Ventilsteuerung eingestellt wird. Wenn der Luftdruck in demZylinder konstant ist, ändertsich die Ansaugluftmenge zur Maschine entsprechend dem Luftvolumenin dem Zylinder. Somit wird die Ansaugluftmenge in die Maschineeingestellt, indem der Nacheilbetrag der Ventilsteuerung zum Schließen desEinlassventils gesteuert/geregelt wird. Bei dem variablen Ventilsteuermechanismuswird ein Pumpverlust unterdrückt,weil es nicht erforderlich ist, den Druck im Ansaugkrümmer negativzu machen.
    [0090] Ineinem zweiten Regenerationsmodus reicht die angeforderte Maschinenleistungvon AP1 zu AP2. Die Drehzahl Nc des Kompressors wird niedriger eingestelltals die Maschinendrehzahl NE. Die Aufladung findet statt. Es wirdein Motorbefehl erzeugt, sodass die Kompressordrehzahl Nc entsprechendeinem gewünschtenLadedruck Pc erreicht wird. Dieser Motorbefehl hat einen negativenWert, sodass der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet.Elektrische Energie von dem Motorgenerator 24 wird wiedergewonnen,um die Batterie 26 zu laden.
    [0091] Wennder Absolutwert des Motorbefehls abnimmt, nimmt die Menge der elektrischenStromerzeugung ab, und daher nimmt die Drehzahl Nc des Kompressorszu. Wenn die Drehzahl Nc des Kompressors zunimmt, nimmt der LadedruckPc zu, und daher nimmt die Ansaugluftmenge Gcyl zu. In dem zweitenRegenerationsmodus wird die Ventilsteuerung θv/v auf eine reguläre Steuerzeiteingestellt (typischerweise den Zeitpunkt, wenn der Ansaugtakt beendetist).
    [0092] Wennder Öffnungswinkeldes Gaspedals AP2 beträgt,wird der Motorbefehl auf null gesetzt. Wie oben beschrieben, stopptder Motorgenerator 24, und der Kompressor 6 drehtsich durch die Antriebskraft der Maschine. Die Drehzahl Nc des Kompressorsist gleich der Maschinendrehzahl NE.
    [0093] Ineinem Unterstützungsmodus überschreitetdie angeforderte Maschinenleistung AP2. In diesem Modus wird dieDrehzahl Nc des Kompressors höhereingestellt als die Maschinendrehzahl NE. In dem Unterstützungsmoduswird der Motorbefehl so erzeugt, dass die Kompressordrehzahl Ncentsprechend einem gewünschtenLadedruck Pc erreicht wird. Dieser Motorbefehl hat einen positivenWert, sodass der Motorgenerator 24 als Elektromotor 24 arbeitet.Wenn der Absolutwert des Motorbefehls zunimmt, nimmt auch die Drehzahl Ncdes Kompressors zu. Wenn die Drehzahl Nc des Kompressors zunimmt,nimmt der Ladedruck Pc zu, und daher nimmt die Ansaugluftmenge Gcylzu.
    [0094] Alternativkann jeder andere Ventilsteuermechanismus anstelle des obigen variablenVentilsteuermechanismus verwendet werden.
    [0095] 5(a) zeigt einen Energieflussin den ersten und zweiten Regenerationsmodi, nachfolgend einfach als "Regenerationsmodus" bezeichnet. 5(b) zeigt die relativeDrehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20 im Regenerationsmodus.Der Pfeil 41 zeigt die Antriebskraft der Maschine. DerRegenerationsmodus wird durchgeführt,wenn die Maschinenlast niedrig ist (z.B. dann, wenn ein ÖffnungswinkelEP des Gaspedals klein ist).
    [0096] DerMotorgenerator 24 wird durch die Antriebskraft 41 derMaschine als elektrischer Stromgenerator betrieben. Die elektrischeEnergie von dem Motorgenerator 24 wird wiedergewonnen,um die Batterie 26 zu laden, wie mit dem Pfeil 42 angegeben.
    [0097] Wenndie von dem Motorgenerator 24 erzeugte elektrische Energiegrößer istals die durch die Antriebskraft 41 der Maschine erzeugteDrehenergie, sinkt die Drehzahl des Trägers 28 relativ zurMaschinendrehzahl 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 Drehzahldes Ringrads 23 abnimmt, nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 ab.Somit wird ein geringerer Ladedruck erzeugt. Durch Einstellen dererzeugte elektrische Energiemenge von dem Motorgenerator 24 kanndie Drehung des Kompressors 6 gestoppt werden. Der Drehstopp desKompressors 6 stoppt die Aufladung.
    [0098] Wiemit dem Pfeil 43 angegeben, lädt elektrische Energie vondem Stromgenerator 25, der an dem Fahrzeug angebracht ist,die Batterie 26. Jedoch kann dieses Laden von dem Stromgenerator 25 zurBatterie 26 aufgehoben werden, indem die elektrische Energievon dem Motorgenerator 24 in die Batterie 26 regeneriertwird.
    [0099] Wennsomit die Maschinenlast niedrig ist, wird der Motorgenerator 24 alsStromgenerator betrieben, um die regenerative Energie zu der Batterie 26 zuleiten. Ein Leistungsverlust der Maschine wird reduziert, weil einzu hohes Aufladen verhindert wird. Der energetische Wirkungsgradwird verbessert, weil die regenerative Energie, welche die Batterie 26 lädt, für andereelektronische Zusatzeinrichtungen verwendet werden kann.
    [0100] 6(a) zeigt ein Energieflussim Unterstützungsmodus. 6(b) zeigt relative dieDrehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20 im Unterstützungsmodus.Der Pfeil 41 zeigt die Antriebskraft der Maschine. Diein 6 gezeigte Ausführung wirdz.B. implementiert, wenn die Maschinenlast hoch ist, obwohl dieMaschinendrehzahl NE niedrig ist.
    [0101] Wiemit dem Pfeil 44 angegeben, erhält der Motorgenerator 24 elektrischeEnergie von dem Stromgenerator 25, sodass er als Elektromotorarbeitet. Die Drehzahl des Trägers 28 kannhöher gemachtwerden als die Maschinendrehzahl NE (d.h. die Drehzahl des Sonnenrads 21),indem die Menge der elektrischen Energiezufuhr zu dem Motorgenerator 24 gesteuert/geregeltwird. 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 Drehzahldes Ringrads 23 zunimmt, nimmt die Drehzahl des Kompressors 6 zu,und daher wird ein hoher Ladedruck erzeugt.
    [0102] Wiemit dem Pfeil 45 angegeben, lädt die elektrische Energievon dem Stromgenerator 25 die Batterie 26.
    [0103] Wennsomit die Maschinenlast hoch ist, arbeitet der Motorgenerator 24 alsElektromotor, sodass ein hoher Ladedruck erzeugt wird. Ein mangelnderLadedruck wird verhindert, auch wenn die Maschinendrehzahl niedrigist.
    [0104] Wenndie Maschinendrehzahl hoch ist, muss das in den Zylinder eingeführte Luftvolumenerhöhtwerden. Um das Luftvolumen durch den Ladeprozess zu erhöhen, mussdie Drehzahl Nc des Kompressors erhöht werden. In diesem Fall kannder Motorgenerator 24 so konfiguriert sein, dass er elektrischeEnergie sowohl von dem Stromgenerator 25 als auch der Batterie 26 erhält. Somitkann in dem Ladeprozess eine große Luftmenge mit hohem Druckerzeugt werden, indem die elektrische Energiemenge erhöht wird,die dem Motorgenerator 24 zugeführt wird.
    [0105] 7(a) zeigt den Energiefluss,wenn im Unterstützungsmodusdie Maschinenlast ausreichend hoch ist. 7(b) zeigt relativ die Drehzahl jedesRads des Planetengetriebes 20, wenn die Maschinenlast imUnterstützungsmodusausreichend hoch ist. Diese Ausführungwird z.B. implementiert, wenn ein Öffnungswinkel des Gaspedalsvollständigoffen oder fast vollständigoffen ist.
    [0106] Umeine großeLuftmenge mit hohem Druck zu erzeugen, muss die Drehzahl Nc desKompressors erhöhtwerden. Der Betrieb des Stromgenerators 25 wird gestoppt,sodass ein Verlust der Maschinenleistung, die zum Betreiben desGenerators 25 erforderlich ist, aufgehoben wird. Wie mitdem Pfeil 46 angegeben, wird elektrische Energie dem Motorgenerator 24 nurvon der Batterie 26 zugeführt. Die Ladewirkung kann maximiert werden,weil in dem Elektromotor 25 keine Maschinenleistung verbrauchtwird. Diese Ausführungwäre z.B. dannwirkungsvoll, wenn der Effekt des Kompressors vorübergehendmaximiert werden soll.
    [0107] Ineiner anderen Ausführungkann eine Batterie, wie etwa eine Ni-MH (Nickel-Wasserstoff)-Batterie odereine Lithiumionenbatterie, als Massenenergiespeichermittel verwendetwerden. Durch die Verwendung einer solchen Batterie kann ein Zustandverhindert werden, wo elektrische Energie von dem Motorgenerator indem Regenerationsmodus nicht wiedergewonnen wird, weil die Batteriekapazität groß ist. ElektrischeEnergie, die zum Erzeugen eines gewünschten Ladedrucks erforderlichist, kann im Unterstützungsmodusvon der Batterie erhalten werden. Mit einer solchen Batterie kannder Stromgenerator 25 weggelassen werden.
    [0108] 8 zeigt eine Hauptroutineeiner Maschinensteuerung gemäß einerAusführungder Erfindung. Diese Routine wird typischerweise durch Programmegespeichert, die im Speicher 1c der ECU 1 gespeichertsind. Diese Routine wird wiederholt mit einem vorbestimmten Zeitintervalldurchgeführt.
    [0109] InSchritt S101 wird eine Ladedrucksteuerroutine (9) durchgeführt, um einen Motorbefehl zumAntrieb des Motorgenerators 24 zu bestimmen. In SchrittS102 wird eine ACG-Steuerroutine (10)durchgeführt,um ein Steuersignal zu erzeugen, das zu dem Stromgenerator 25 geschicktwird. Der Stromgenerator 25 wird zwischen EIN und AUS entsprechenddem erzeugten Steuersignal umgeschaltet.
    [0110] InSchritt 103 wird die in den Zylinder eingeführte AnsaugluftmengeGcyl gemäß der Gleichung(1) berechnet. In der Gleichung (1) repräsentiert Gth eine Ausgabe desLuftströmungsmessers 4 (1). Pb repräsentierteine Ausgabe des Ansaugkrümmerdrucksensors 14 (1). Vb repräsentiertein Volumen (m3) des Luftansaugkrümmers. Tbrepräsentierteine Temperatur (K) des Luftansaugkrümmers. R repräsentiertdie Gaskonstante.
    [0111] InSchritt S104 wird eine Ventilsteuerzeit θv/v zum Schließen desEinlassventils bestimmt. Diese Bestimmung kann unter Bezug auf einKennfeld durchgeführtwerden, das in dem Speicher vorgespeichert ist, auf der Basis deserfassten ÖffnungswinkelsAP des Gaspedals. Ein Beispiel eines solchen Kennfelds ist in 12 gezeigt. Der ÖffnungswinkelAP des Gaspedals, der der gleiche ist wie in 4, bezeichnet einen Öffnungswinkel des Gaspedals,bei dem der Modus von dem ersten Regenerationsmodus zu dem zweitenRegenerationsmodus umgeschaltet wird. Wenn der Öffnungswinkel des Gaspedalsgleich oder kleiner AP ist, wird die Ansaugluftmenge durch die Ventilsteuerzeit θv/v gesteuert.
    [0112] InSchritt S105 wird eine Drosselsteuerroutine (11) durchgeführt, um einen ÖffnungswinkelTH des Drosselventils zu bestimmen. In Schritt S106 wird eine Kraftstoffeinspritzsteuerungdurchgeführt,um eine Kraftstoffeinspritzzeit zu bestimmen. In Schritt S107 wirdeine Zündzeitsteuerungdurchgeführt,um einen Zündzeitpunktauf der Basis der so bestimmten Kraftstofteinspritzzeit zu bestimmen.Da die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündzeitpunktsteuerung gemäß jedemherkömmlichengeeigneten Steuerschema durchgeführtwerden kann, wird die detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
    [0113] 9 zeigt eine Ladedrucksteuerroutine.In Schritt S111 bezieht sich der Prozess auf ein Kennfeld auf derBasis des vom Gaspedalöffnungssensor 27 (1) erfassten ÖffnungswinkelsAP des Gaspedals und der vom Maschinendrehzahlsensor 17 (1) erfassten MaschinendrehzahlNE, um einen gewünschtenLadedruck Pc_cmd zu bestimmen.
    [0114] EinBeispiel eines solchen Kennfelds ist in 13 gezeigt. Der Öffnungswinkel AP1 des Gaspedals entsprichtdem in 4 gezeigten AP1.Wenn der Öffnungswinkeldes Gaspedals gleich oder kleiner als AP1 ist, wird der gewünschte LadedruckPc_cmd auf einem vorbestimmten Wert beibehalten (z.B. dem AtmosphärendruckPa), weil die Ladedruckregelung nicht durchgeführt wird. Wenn der Öffnungswinkeldes Gaspedals AP1 überschreitet,beginnt die Ladedruckregelung. Wenn der Öffnungswinkel AP des Gaspedalszunimmt, nimmt der gewünschteLadedruck Pc_cmd zu. Wenn die Maschinendrehzahl NE zunimmt, nimmtder gewünschteLadedruck Pc_cmd zu. Der Grund hierfür ist, dass die Luftmenge erhöht werdenmuss, wenn die Maschinendrehzahl NE zunimmt.
    [0115] InSchritt S112 bezieht sich der Prozess auf ein Kennfeld auf der Basisdes vom Gaspedalöffnungssensor 27 erfassten ÖffnungswinkelsAP des Gaspedals und der vom Maschinendrehzahlsensor 17 erfassten MaschinendrehzahlNE, um einen Refernezmotorbefehl Mcmd_base zu bestimmen.
    [0116] EinBeispiel eines solchen Kennfelds ist in 14 gezeigt. Die Öffnungswinkel AP1 und AP2 desGaspedals entsprechen den in 4 gezeigtenAP1 und AP2. AP1 bezeichnet den Öffnungswinkeldes Gaspedals, bei dem der Modus von dem ersten Regenerationsmoduszu dem zweiten Regenerationsmodus umgeschaltet wird. AP2 bezeichnetden Öffnungswinkeldes Gaspedals, bei dem der Modus von dem zweiten Regenerationsmoduszum Unterstützungsmodusumgeschaltet wird. Wenn der Öffnungswinkeldes Gaspedals innerhalb eines Bereichs von null bis AP2 liegt, wirdder Refernezmotorbefehl Mcmd_base auf einen negativen Wert gesetzt,sodass der Motorgenerator 24 als Stromgenerator arbeitet.Wenn der Absolutwert des Referenzmotorbefehls zunimmt, nimmt dieMenge der elektrischen Stromerzeugung zu, und dann nimmt eine Kraftzu, die die Drehung des Kompressors 6 bremst. Wenn dieKraft, welche die Drehung des Kompressors 6 bremst, zunimmt,sinkt die Drehzahl des Kompressors 6.
    [0117] Wennder Öffnungswinkeldes Gaspedals größer alsAP2 ist, wird der Referenzmotorbefehl Mcmd_base auf einen positivenWert gesetzt, sodass der Motorgenerator 24 als Elektromotorarbeitet. 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.
    [0118] InSchritt S113 wird eine Reaktionszuweisungsregelung durchgeführt, umeinen Motorbefehl Mcmd(k) zu bestimmen, der dem Motorgenerator 24 zugeführt werdensoll, in einem gegenwärtigenZyklus gemäß Gleichung(2). Die Reaktionszuweisungsregelung ermöglicht, dass der LadedruckPc auf den gewünschtenLadedruck Pc_cmd konvergiert, ohne überzuschießen. In den folgenden Gleichungenbezeichnet k einen Identifizierer zum Identifizieren eines Steuerzyklus.
    [0119] DieReaktionszuweisungsregelung ist eine Regelung, welche eine Konversionsgeschwindigkeiteiner Regelgröße (in diesemBeispiel eines Fehlers "e" zwischen dem LadedruckPc und dessen Sollwert Pc_cmd) auf den Sollwert (in diesem Beispielnull) spezifiziert.
    [0120] DieReaktionszuweisungsregelung bewirkt, dass der Ladedruck Pc auf denSollwert Pc_cmd konvergiert, indem die Regelgröße "e" aufnull konvergiert wird.
    [0121] Inder Reaktionszuweisungsregelung ist eine Schaltfunktion σ etabliert.POLE ist ein Setzparameter der Schaltfunktion σ. Der Setzparameter POLE spezifizierteine Konvergenzgeschwindigkeit des Fehlers e. Der SetzparameterPOLE genügtbevorzugt –1 < POLE < 0.
    [0122] EinSystem, wo σ(k)= 0, wird äquvialentesEingabesystem genannt, das die Konvergenzcharakteristiken des Fehlerse spezifiziert. Wenn σ(k)= 0, dann wird die Schaltfunktion σ der Gleichung (3) durch dieGleichung (5) ausgedrückt. e(k) = –POLE·e(k – 1) (5)
    [0123] DieSchaltfunktion wird nun in Bezug auf 15 beschrieben.Auf einer Phasenebene, in der e(k) die vertikale Achse ist und e(k – 1) diehorizontale Achse ist, ist eine Schaltfunktion σ der Gleichung (5) durch die Linie 51 gezeigt.Diese Linie 51 wird als Schaltlinie bezeichnet. Angenommensei, dass ein Punkt 52 ein Anfangswert einer Zustandsgröße (e(k – 1 ), e(k))ist. Die Reaktionszuweisungsregelung hat die Wirkung, die Zustandsgröße 52 aufdie Schaltlinie 21 zu setzen, und sie dann auf die Schaltlinie 51 zubegrenzen.
    [0124] Gemäß der Reaktionszuweisungsregelungkann die Zustandsgröße hochstabilauf den Ursprung von 0 auf der Phasenebene konvergieren, ohne dasssie durch Störungenbeeinflusst 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 LadedruckPc auf den gewünschtenLadedruck Pc_cmd robust gegenüberStörungenund Modellbildungsfehlern konvergieren.
    [0125] Dadie Phasenebene in Bezug auf die Schaltfunktion σ in dieser Ausführung zweiDimensionen hat, ist die Schaltlinie durch eine gerade Linie 51 repräsentiert.Wenn die Phasenebene drei Dimensionen hat, ist die Schaltlinie durcheine Ebene repräsentiert.Wenn die Phasenebene vier oder mehr Dimensionen hat, ist die Schaltliniedurch eine Hyperebene repräsentiert.
    [0126] DerSetzparameter POLE kann variabel eingestellt werden. Die Konvergenz(Dämpf)-Charakteristiken desFehlers e könnendurch Einstellen des Setzparameters POLE spezifiziert werden.
    [0127] 16 zeigt ein Beispiel vonReaktionszuweisungscharakteristiken gemäß der Reaktionszuweisungsregelung.Die Graphiken 53, 54 und 55 zeigen eineKonvergenzgeschwindigkeit in den Fällen von POLE = –1, –08 bzw. –0,5. Wennder Absolutwert des Setzparameters POLE kleiner wird, wird die Konvergenzgeschwindigkeitdes Fehlers e schneller.
    [0128] Derzweite Term der Gleichung (2) (ein Proportionalterm der Schaltfunktion σ) repräsentierteine Reaching-Vorschrifteingabe, welche die Wirkung hat, die Zustandsgröße auf dieSchaltlinie zu setzen. Der dritte Term (Integralterm der Schaltfunktion σ) repräsentierteine adaptive Vorschrifteingabe, welche die Wirkung hat, die Zustandsgröße auf dieSchaltlinie zu setzen, währendModellbildungsfehler und Störungenunterdrückt werden.Krch und Kadp repräsentierenRückkopplungsfaktoren,die z.B. durch Simulation bestimmt werden können.
    [0129] Somitwird der Motorbefehl Mcmd derart bestimmt, dass der Ladedruck Pcauf den Sollwert Pc_cmd mit einer spezifischen Konvergenzgeschwindigkeitkonvergiert.
    [0130] Zurück zu 9. Der bestimmte MotorbefehlMcmd wird in Schritt S114 mit null verglichen. Wenn der MotorbefehlMcmd größer alsnull ist, wird die durch den Motorbefehl Mcmd angegebene Menge elektrischer Energiedem Motorgenerator 24 zugeführt, um den Motorgenerator 24 alsElektromotor zu betreiben. Wenn der Motorbefehl Mcmd kleiner alsnull ist, wird bestimmt, ob der Ladegrad der Batterie 26 100%beträgt(S116). Wenn der Ladegrad der Batterie nicht 100% beträgt, kannelektrische Energie von dem Motorgenerator 24 wiedergewonnenwerden, um die Batterie 26 zu laden. Dementsprechend wirdder Motorgenerator 24 als Stromgenerator betrieben, umdie durch den Motorbefehl Mcmd angegebene Menge elektrischer Energiezu erzeugen (S117).
    [0131] Wennin Schritt S114 der Motorbefehl Mcdm null ist, wird der MotorbefehlMcmd mit dem Wert von null dem Motorgenerator 24 zugeführt (S118).
    [0132] Wennin Schritt S116 der Ladegrad der Batterie 100% ist, wird der MotorbefehlMcmd auf null gesetzt (S118), weil die elektrische Energie von demMotorgenerator 24 nicht wiedergewonnen werden kann, umdie Batterie 26 zu laden. Wenn der Motorbefehl Mcmd nullist, wird der Kompressor 6 durch die Antriebskraft der Maschinegedreht, wie oben in Bezug auf 3 beschrieben.Weil der Betrieb des Motorgenerators 24 gestoppt wurde,wird ein ungesteuerter Ladeprozess durchgeführt. In diesem Zustand wirddie Ansaugluftmenge zu der Maschine durch eine Drosselsteuerungeingestellt, wie späterin Bezug auf 11 beschrieben.
    [0133] Alternativbraucht die Reaktionszuweisungsregelung in Schritt S113 nicht durchgeführt werden.In diesem Fall kann der Referenzmotorbefehl, der in Schritt S112aus dem Kennfeld bestimmt ist, als Motorbefehl zum Antrieb des Motorgenerators 24 benutztwerden.
    [0134] 10 zeigt eine Generatorsteuerroutine.In Schritt S121 wird bestimmt, ob der Ladegrad der Batterie 26 kleinerist als ein vorbestimmter Wert (z.B. 30%). Wenn die Antwort vonSchritt 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 einvorbestimmter Wert (z.B. 2 g/s) in ein Inkrement Gcyl_acg für die Ansaugluftmengegesetzt wird, um eine Maschinenleistung zu erzeugen, die zum Betreibendes Stromgenerators 25 erforderlich ist. In Schritt S123wird der Stromgenerator 25 aktiviert. Wenn somit der Ladegradder Batterie 26 ungenügendist, wird der Stromgenerator 25 aktiviert, sodass elektrischeEnergie von dem Stromgenerator 25 die Batterie 26 lädt. Der Stromgenerator 25 wirddurch die Maschinenleistung angetrieben. Um die für den Stromgenerator 25 verbrauchteMaschinenleistung zu kompensieren, wird die Ansaugluftmenge zu derMaschine um Gcyl_acg erhöht.
    [0135] Wennder Ladegrad der Batterie 26 in Schritt S121 ausreicht,geht der Prozess zu Schritt S124 weiter. In Schritt S124 wird derMotorbefehl Mcmd mit einem vorbestimmten Wert (z.B. 1 kW) verglichen,um die Menge an elektrischer Energie zu prüfen, die dem Motorgenerator 24 zugeführt werdensoll (d.h. den Unterstützungsbetrag).Wenn die elektrische Energie, die dem Motorgenerator 24 zugeführt werdensoll, kleiner als der vorbestimmte Wert ist, kann der Motorgenerator 24 durchdie elektrische Energie von der Batterie 26 angetriebenwerden. Der Prozess geht zu Schritt S126 weiter, worin das InkrementGcyl_acg fürdie Ansaugluftmenge auf null gesetzt wird, um den Stromgenerator 25 zustoppen (S127).
    [0136] Wennin Schritt S124 die elektrische Energie, die dem Motorgenerator 24 zugeführt werdensoll, gleich oder höherals der vorbestimmte Wert ist, wird der Öffnungswinkel AP des Gaspedalsgeprüft(S125). Wenn der ÖffnungswinkelAP des Gaspedals kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (der einervollständigoffenen Stellung oder angenähertvollständigoffenen Stellung von z.B. 80% entspricht), zeigt dies einen Zustandan, worin die vom Fahrer angeforderte Maschinenleistung nicht sohoch ist (d.h. die Maschinenlast ist nicht so hoch). Dieser Zustandentspricht 6. Der Stromgenerator 25 wirdzum Antrieb des Motorgenerators 24 benutzt. Ein vorbestimmterWert (z.B. 2 g/s) wird in das Inkrement Gcyl_acg für die Ansaugluftmengegesetzt, um die zum Betreiben des Elektromotors 25 erforderlicheMaschinenleistung zu kompensieren (S122). In Schritt S123 wird derStromgenerator 25 aktiviert.
    [0137] Wennin Schritt S125 der ÖffnungswinkelAP des Gaspedals gleich oder größer alsder vorbestimmte Wert ist, zeigt dies an, dass die vom Fahrer angeforderteMaschinenleistung groß ist(d.h. die Maschinenlast ist signifikant hoch). Dieser Zustand entspricht 7. Um die Antriebskraftdes Motorgenerators 24 zu maximieren, wird verhindert,dass die Maschinenleistung in dem Stromgenerator 25 verbrauchtwird. Das Inkrement Gcyl_acg wird auf null gesetzt (S126), um denStromgenerator 25 zu stoppen (S127). Der Motorgenerator 24 wirdnur durch die elektrische Energie von der Batterie 26 angetrieben.
    [0138] Wenndie Routine wieder beginnt, nachdem aufgrund der elektrischen Energiezufuhrzu dem Motorgenerator 24 der Ladegrad der Batterie 26 geringerals ein vorbestimmter Wert (z.B. 30%) geworden ist, ist die Antwortvon Schritt S121 Ja. Der Stromgenerator 25 wird aktiviert,um das Laden der Batterie 26 zu beginnen, wie in den SchrittenS122 und S123 gezeigt.
    [0139] Wennwie oben beschrieben der Motorbefehl einen negativen Wert hat, wirddie Menge elektrischer Energie, die dem Motorbefehl entspricht,erzeugt, welche der Batterie 26 als elektrische Energiegeliefert wird. Durch Addieren der Energie, die zum Betreiben desStromgenerators erforderlich ist, zu dem Motorbefehl, kann die erzeugteelektrische Energiemenge des Motorgenerators 24 erhöht werden.Wenn z.B. der Motorbefehl "–α" ist und die zumBetreiben des Elektromotors 25 erforderliche Energie 3kW beträgt,dann wird der Motorbefehl auf "–α-3" gesetzt. Somit kanndie zum Betreiben des Stromgenerators 25 benötigte Energie durchden Betrieb des Motorgenerators 24 erzeugt werden.
    [0140] Fallsin dem Stromgenerator 25 irgend ein Fehler auftritt, kannder Motorbefehl so eingestellt werden, dass der Motorgenerator 24 dieelektrische Energie erzeugt, die zum Betreiben anderer elektrischerGeräte erforderlichist.
    [0141] 11 zeigt eine Drosselsteuerroutine.In Schritt S131 wird bestimmt, ob das Ladesystem normal ist. DasLadesystem ist in 1 mitder Bezugszahl 30 versehen. Das Ladesystem kann zusätzlich dieSteuereinheit 1 zum Steuern des Motorgenerators 24 enthalten.Es kann jedes geeignete Fehlerbestimmungsmittel verwendet werden,um zu bestimmen, ob das Ladesystem normal ist.
    [0142] InSchritt S132 wird bestimmt, ob der variable Ventilsteuermechanismusnormal ist. Es kann jedes geeignete Fehlererfassungsmittel verwendet,um zu bestimmen, ob der variable Ventilsteuermechanismus normalist.
    [0143] Wennein Fehler in dem Ladesystem und/oder dem variablen Ventilsteuersystemauftritt, bezieht sich der Prozess auf ein Kennfeld, das für einenAusfallsicherungsmodus vorbereitet ist, um einen Referenzwert Gcyl_cmd_basefür eineSollansaugluftmenge zu bestimmen. Der Referenzwert Gcyl_cmd_basefür die Sollansaugluftmengewird auf der Basis der vom Drehzahlsensor 17 erfasstenMaschinendrehzahl NE und des vom Gaspedalöffnungssensor 27 erfassten ÖffnungswinkelsAP des Gaspedals bestimmt (S133). 17 zeigt einBeispiel dieses Kennfelds.
    [0144] Wennandererseits sowohl das Ladesystem als auch der variable Ventilsteuermechanismusnormal sind, wird ein füreinen Normalmodus vorbereitetes Kennfeld verwendet, um den Referenzwert Gcyl_cmd_basefür dieSollansaugluftmenge zu bestimmen (S134). 8 zeigt ein Beispiel dieses Kennfelds.
    [0145] Wieaus dem Vergleich zwischen dem Kennfeld für den Ausfallsicherungsmodusund dem Kennfeld fürden Normalmodus ersichtlich, ist der Referenzwert für die Sollansaugluftmengeim Ausfallsicherungsmodus um einen vorbestimmten Wert begrenzt,sodass die Maschinenleistung sinkt.
    [0146] InSchritt S135 wird eine Sollansaugluftmenge gemäß Gleichung (6) bestimmt. Gcyl_acg,das in Schritt S122 oder Schritt S126 von 10 bestimmt ist, wird addiert, um dieim Stromgenerator verbrauchte Maschinenleistung zu kompensieren. Gcyl_cmd(k) = Gcyl_cmd_base(k)+ Gcyl_acg (6)
    [0147] InSchritt S136 wird ein ÖffnungswinkelTH des Drosselventils 11 (1)gemäß Gleichung(7) bestimmt. Die DrosselventilöffnungTH wird mittels einer Reaktionszuweisungsregelung bestimmt. DieReaktionszuweisungsregelung ist oben in Bezug auf die 15 und 16 beschrieben worden. σ' repräsentierteine Schaltfunktion, und POLE' repräsentierteinen Setzparameter der Schaltfunktion σ'. Krch' und Kadp' repräsentieren Rückkopplungsfaktoren, die durchSimulation oder dgl. vorbestimmt sein können. Durch die Reaktionszuweisungsregelungwird die DrosselventilöffnungTH derart bestimmt, dass die Ansaugluftmenge Gcyl zu dem Zylinderauf die Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd konvergiert (in anderen Worten,der Fehler e' konvergiert aufnull). Die Reaktionszuweisungsregelung ermöglicht, dass die AnsaugluftmengeGcyl auf die Sollansaugluftmenge konvergiert, ohne überzuschießen.
    [0148] Wieoben 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 alsauch die Ventilsteuerung fürnacheilende Ventilsteuerzeit geregelt wird. Der Nacheilbetrag derVentilsteuerung wird etabliert, und die Ladedruckregelung wird ausgeführt, sodass dieAnsaugluftmenge Gcyl auf den Referenzwert Gcyl_cmd_base für die Sollansaugluftmengekonvergiert.
    [0149] Wennjedoch die Ladedruckregelung nicht ausgeführt wird, wie in Schritt S118von 9 gezeigt, wird dieAnsaugluftmenge zu dem Zylinder durch Drosselregelung eingestellt.
    [0150] Fernergibt es eine Ansprechverzögerungauf den gewünschtenLadedruck aufgrund des Luftverdichterbetriebs durch den Kompressor.Diese Verzögerungkann es schwierig machen, die angeforderte Maschinenleistung akkuratzu erzeugen. Die Drosselregelung ermöglicht, dass die AnsaugluftmengeGcyl zu der Maschine der Sollansaugluftmenge Gcyl_cmd mit hoherGenauigkeit folgt. Somit kann eine Feinabstimmung der Ansaugluftmenge,die durch die Ladedruckregelung nicht ausreichend gehandhabt werdenkann, durch die Drosselregelung übernommenwerden.
    [0151] Obenist der Lader gemäß der erstenAusführungder Erfindung beschrieben worden. Nun wird ein Lader gemäß einerzweiten Ausführungbeschrieben. Gemäß der zweitenAusführungist eine Einwegkupplung 36 zwischen dem Motorgenerator 24 unddem Kompressor 6 angeordnet. 19(a) zeigtden Energiefluss in dem Regenerationsmodus, wenn der Lader der zweitenAusführungverwendet wird. 19(b) zeigtrelativ die Drehzahl jedes Rads des Planetengetriebes 20,wenn der Lader der zweiten Ausführungverwendet wird. Die Einwegkupplung 36 gestattet eine Drehungdes Kompressors 6 in einer Richtung und sperrt den Kompressor so,dass er sich in der anderen Richtung nicht dreht. Somit verhindertdie Einwegkupplung 36 eine Rückwärtsdrehung des Kompressors 6.
    [0152] Indem oben beschriebenen Regenerationsmodus wird, wenn die Menge derelektrischen Stromerzeugung höherwird, eine Kraft, welche die Drehung des Kompressors 6 bremst,stärker.Der Kompressor 6 kann sich in der Rückwärtsrichtung drehen, wenn dieerzeugte elektrische Strommenge zu hoch wird. Die Einwegkupplung 36 kanndiese Rückwärtsdrehungverhindern.
    [0153] 20 ist ein Kennfeld zurBestimmung des Referenzmotorbefehls Mcmd_base der zweiten Ausführung. Wieaus dem Vergleich mit 14 ersichtlich,nimmt gemäß diesemKennfeld der Absolutwert des Referenzmotorbefehls Mcmd_base zu,wenn der ÖffnungswinkelAP des Gaspedals in dem ersten Regenerationsmodus abnimmt (worinder ÖffnungswinkelAP des Gaspedals von null bis AP1 reicht). Der Grund hierfür ist, dasseine Rückwärtsdrehungdes Kompressors 6 aufgrund der Funktion der Einwegkupplung 36 auchdann verhindert werden kann, wenn die erzeugte elektrische Energiemengezu hoch angestiegen ist.
    [0154] Durchdas Vorsehen der Einwegkupplung kann somit die erzeugte elektrischeEnergiemenge erhöht werden,währendeine Rückwärtsdrehung desKompressors 6 verhindert wird. Z.B. kann die erzeugte elektrischeEnergiemenge ausreichend erhöhtwerden, um die Batterie 26 zu laden.
    [0155] Wieoben beschrieben, ist es nicht erforderlich, die Reaktionszuweisungsregelungdurchzuführen,um den Motorbefehl Mcmd zu bestimmen. Wenn jedoch die Reaktionszuweisungsregelungfür denLader gemäß der erstenAusführungverwendet wird, kann das in 20 gezeigteKennfeld verwendet werden. Auch wenn ein solches Kennfeld verwendetwird, bestimmt die Reaktionszuweisungsregelung den Motorbefehl Mcmd,der den in 14 gezeigtenWerten folgt. D.h. die Reaktionszuweisungsregelung bestimmt denMotorbefehl Mcmd derart, dass der Ladedruck Pc auf den gewünschtenLadedruck Pc_cmd konvergiert. Im Ergebnis wird, wenn der Öffnungswinkeldes Gaspedals in dem ersten Regenerationsmodus abnimmt, der Absolutwertdes Motorbefehls Mcmd, der durch die Reaktionszuweisungsregelungbestimmt ist, kleiner, wie in 14 gezeigt.
    [0156] 21 zeigt den Effekt deserfindungsgemäßen Laders.Dieser Effekt kann in der ersten Ausführung und der zweiten Ausführung erreichtwerden. Die Bezugszahl 61 bezeichnet ein Maschinendrehmomentrelativ zur Drehzahl NE in einem herkömmlichen Turbolader. Die Bezugszahl 62 bezeichnetein Maschinendrehmoment relativ zur Drehzahl NE in einem herkömmlichenLader. Die Bezugszahl 63 bezeichnet ein Maschinendrehmomentrelativ zur Drehzahl NE in dem erfindungsgemäßen Lader.
    [0157] Wieoben zum Hintergrund der Erfindung beschrieben, kann in dem herkömmlichenTurbolader ein mangelnder Ladedruck auftreten, wenn die MaschinendrehzahlNE niedrig ist. Im Gegensatz hierzu kann mit dem erfindungsgemäßen Laderein mangelnder Ladedruck verhindert werden, da die Drehzahl desKompressors unabhängigvon der Drehzahl der Maschine gesteuert/geregelt werden kann. Auchwenn die Maschinendrehzahl niedrig ist, kann ein hohes Maschinendrehmomenterzeugt werden. Angemerkt werden sollte, dass in 21 nur ein Beispiel gezeigt ist. Der Motorgenerator 24 kannangetrieben werden, um ein höheresMaschinendrehmoment zu erzeugen, wie mit dem Pfeil 71 gezeigt.
    [0158] Wieoben zum Hintergrund der Erfindung beschrieben, könnte beidem herkömmlichenLader aufgrund eines Antriebsverlusts keine ausreichende Maschinenleistungerreicht werden, auch wenn die Maschinendrehzahl hoch ist. Wennein kleiner Kompressor angewendet wird, um den Antriebsverlust zureduzieren und/oder ein zu hohes Aufladen zu verhindern, wenn dieMaschinendrehzahl hoch ist, könnteaufgrund der Drehzahlabnahme des Kompressors bei niedriger Maschinendrehzahlkein ausreichender Ladeeffekt erreicht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Laderkann jeder geeignete Ladedruck übereinen weiten Bereich von niedriger Maschinendrehzahl bis zu hoherMaschinendrehzahl erzeugt werden, weil die Drehzahl des Kompressorsunabhängigvon der Maschinendrehzahl gesteuert/geregelt werden kann.
    [0159] Erfindungsgemäß kann,wie mit dem Pfeil 72 gezeigt, der Ladedruck kontinuierlichbis auf einen gewünschtenPegel abgesenkt werden, oder der Ladevorgang kann gestoppt werden,währenddie elektrische Energie durch Aktivieren des Motorgenerators 24 alsStromgenerator wiedergewonnen wird. Wie mit dem Pfeil 73 gezeigt,kann der Ladedruck kontinuierlich bis auf einen gewünschtenPegel angehoben werden, indem der Motorgenerator 24 alsElektromotor betrieben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Laderkann die angeforderte Maschinenleistung bei jeder Maschinendrehzahlerreicht werden, währendder energetische Wirkungsgrad hoch gehalten wird.
    [0160] DieErfindung kann bei einer Fahrzeugmaschine sowie auch einer Schiffsantriebsmaschineverwendet werden, wie etwa einem Außenbordmotor, worin die Kurbelwellein der senkrechten Richtung angeordnet ist.
    [0161] Einerfindungsgemäßer Ladereiner Maschine 10 umfasst einen Motorgenerator 24,einen Kompressor 6, der in einem Luftansaugsystem der Maschine 10 vorgesehenist, sowie ein Planetengetriebe 20. Das Planetengetriebe 20 enthält ein Sonnenrad 21,das mit einer Antriebswelle 18 der Maschine 10 verbundenist, Planetenräder 22,die mit dem Motorgenerator 24 verbunden sind, sowie einRingrad 23, das mit dem Kompressor 6 verbundenist. Das Steuergerät 1 betreibtden Motorgenerator 24, um eine Drehzahl der Planetenräder zu regeln.Durch die Regelung der Drehzahl der Planetenräder wird eine Drehzahl desKompressors 6 unabhängigvon einer Drehzahl der Maschine geregelt. Somit kann die Drehzahldes Kompressors 6 stufenlos über einen Bereich von nullbis zu einer höherenDrehzahl als der Maschinendrehzahl verändert werden. Somit kann jedergewünschteLadedruck unabhängigvon der Maschinendrehzahl erzeugt werden.
    权利要求:
    Claims (39)
    [1] Lader einer Maschine (10), wobei derLader umfasst: einen Motorgenerator (24); einenKompressor (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 mitdem Kompressor (6) verbundenes drittes Rad (23)enthält;und ein Steuergerät(1) zum Betreiben des Motorgenerators (24), umeine Drehzahl des zweiten Rads (22) zu steuern/zu regeln, worindie Steuerung/Regelung der Drehzahl des zweiten Rads (22)erlaubt, dass die Drehzahl des Kompressors (6) unabhängig voneiner Drehzahl (NE) der Maschine (10) gesteuert/geregeltwird.
    [2] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas 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.
    [3] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas erste Rad ein Sonnenrad (21) und das dritte Rad einRingrad (23) ist.
    [4] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasSteuergerät(1) den Motorgenerator (24) derart betreibt, dassder Kompressor (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahl(NE) der Maschine (10) dreht, wenn eine angeforderte Antriebskraftder Maschine (10) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
    [5] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Steuergerätden 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.
    [6] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas 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, umden Kompressor (6) mit einer niedrigeren Drehzahl als derDrehzahl (NE) der Maschine (10) zu drehen.
    [7] Lader nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einenmit der Maschine (10) verbundenen Stromgenerator (25),worin das Steuergerät(1) bewirkt, dass der Stromgenerator (25) demMotorgenerator (24) elektrische Energie zuführt, wenndas Steuergerät(1) den Motorgenerator (24) als Elektromotor betreibt.
    [8] Lader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dassdas Steuergerätden Stromgenerator (25) stoppt, wenn ein Gaspedal (27)vollständigoffen oder fast vollständigoffen bzw. vollständigniedergedrückt oderfast vollständigniedergedrücktist.
    [9] Lader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassdas Steuergerät(1) die vom Motorgenerator (24) erzeugte elektrischeEnergiemenge regelt, wenn das Steuergerät (1) den Motorgenerator(24) als Stromgenerator betreibt.
    [10] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Steuergerät(1) eine Reaktionszuweisungsregelung durchführt, um einenMotorbefehl zu erzeugen, der zum Betreiben des Motorgenerators (24) verwendetwird, sodass ein Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
    [11] Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Steuergerät(1) ferner einen Öffnungswinkel(TH) eines im Luftansaugsystem vorgesehenen Drosselventils (11)einstellt, um die Ansaugluftmenge zu der Maschine (10)zu regeln.
    [12] Lader nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass das Steuergerät(1) eine Reaktionszuweisungsregelung durchführt, umden Öffnungswinkel(TH) des Drosselventils (11) derart zu bestimmen, dassdie Ansaugluftmenge der Maschine (10) auf einen Sollwertkonvergiert.
    [13] Lader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eineEinwegkupplung (36), die zwischen dem Motorgenerator (24)und dem Kompressor (6) vorgesehen ist.
    [14] Verfahren zum Steuern/Regeln eines Laders einerMaschine (10), wobei der Lader ein Planetengetriebe (20)aufweist, das ein mit einer Antriebswelle (18) der Maschine(10) verbundenes erstes Rad (21), ein mit einemMotorgenerator (24) verbundenes zweites Rad (22)sowie ein mit einem Kompressor (6) verbundenes drittesRad (23) enthält,wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Betreiben des Motorgenerators(24), um eine Drehzahl des zweiten Rads (22) zusteuern/zu regeln; und Steuern/Regeln einer Drehzahl des Kompressors(6) unabhängigvon einer Drehzahl (NE) der Maschine (10) durch die Steuerung/Regelungder Drehzahl des zweiten Rads (22).
    [15] 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.
    [16] Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Rad ein Sonnenrad (21) und das dritte Radein Ringrad (23) ist.
    [17] Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durchden 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 Antriebskraftder Maschine (10) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
    [18] Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durchden Schritt: Betreiben des Motorgenerators (24) derart,dass der Kompressor (6) mit einer niedrigeren Drehzahlals der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, oder dassdie Drehung des Kompressors (6) stoppt, wenn eine angeforderteAntriebskraft der Maschine (10) niedriger als ein vorbestimmterWert ist.
    [19] Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durchdie Schritte: Betreiben des Motorgenerators (24) alsElektromotor zum Drehen des Kompressors mit einer höheren Drehzahlals der Drehzahl (NE) der Maschine (10), und Betreibendes Motorgenerators (24) als Stromgenerator zum Drehendes Kompressors mit einer niedrigeren Drehzahl als der Drehzahl(NE) der Maschine.
    [20] Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durchden Schritt: Zuführenelektrischer Energie zu dem Motorgenerator (24) von demmit der Maschine (10) verbunden Stromgenerator (25),wenn der Motorgenerator (24) als Elektromotor betriebenwird.
    [21] Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durchden Schritt: Stoppen des Stromgenerators (25), wennein Gaspedal (27) vollständig offen oder fast vollständig offenbzw. vollständiggedrücktoder fast vollständiggedrücktist.
    [22] Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durchden Schritt: Steuern/Regeln der von dem Motorgenerator (24)erzeugten elektrischen Energiemenge, wenn der Motorgenerator (24)als Stromgenerator betrieben wird.
    [23] Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durchden Schritt: Durchführeneiner Reaktionszuweisungsregelung, um einen Motorbefehl zu erzeugen,der zum Betreiben des Motorgenerators (24) verwendet wird,sodass ein Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
    [24] Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durchden Schritt: Einstellen eines Öffnungswinkels (TH) eines imLuftansaugsystem vorgesehenen Drosselventils (11), um die Ansaugluftmengezu der Maschine (10) zu regeln.
    [25] Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durchden Schritt: Durchführeneiner Reaktionszuweisungsregelung, um den Öffnungswinkel (TH) des Drosselventils(11) derart zu bestimmen, dass die Ansaugluftmenge derMaschine (10) auf einen Sollwert konvergiert.
    [26] Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durchden Schritt: Verhindern einer Rückwärtsdrehung des Kompressors(6) mittels einer Einwegkupplung (36), die zwischen demMotorgenerator (24) und dem Kompressor (6) vorgesehenist.
    [27] Lader einer Maschine (10), wobei der Laderumfasst: ein Motorgeneratormittel (24), das selektivsowohl als Elektromotor als auch als Stromgenerator betreibbar ist, einKompressormittel (6) zum Verdichten von in ein Luftansaugsystemder Maschine (10) eingeführter Luft; ein Planetengetriebemittel(20), das ein erstes Rad (21), ein zweites Rad(22) und ein drittes Rad (23) enthält, wobeisich 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 zweitenRads (22), worin die Steuerung/Regelung der Drehzahldes zweiten Rads (22) eine Steuerung/Regelung einer Drehzahl desKompressormittels (6) unabhängig von einer Drehzahl (NE)der Maschine (10) gestattet.
    [28] Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,dass das zweite Rad Planetenräder(22) enthält; worindas Motorgeneratormittel (24) mit einem Träger (28)verbunden ist, der eine Umlaufbewegung der Planetenräder (22)relativ zu dem ersten Rad (21) definiert.
    [29] Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Rad ein Sonnenrad (21) und das dritte Radein Ringrad (23) ist.
    [30] 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 höherenDrehzahl als der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht,wenn eine angeforderte Antriebskraft der Maschine (10)einen vorbestimmten Wert überschreitet.
    [31] Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,dass das Treibermittel (1) ferner ein Mittel umfasst, umdas Motorgeneratormittel (24) derart zu betreiben, dassdas Kompressormittel (6) mit einer geringeren Drehzahlals der Drehzahl (NE) der Maschine (10) dreht, oder derart,dass die Drehung des Kompressormittels (6) stoppt, wenn eineangeforderte Antriebskraft der Maschine (10) niedrigerals ein vorbestimmter Wert ist.
    [32] Lader nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,dass das Treibermittel (1) ferner ein Mittel umfasst, umdas Motorgeneratormittel (24) als Elektromotor zu betreiben,um das Kompressormittel (6) mit einer höheren Drehzahl als der Drehzahlder 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.
    [33] Lader nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch: einStromerzeugungsmittel (25) zum Erzeugen elektrischer Energie;und ein Mittel (1) zum Bewirken, dass das Stromerzeugungsmittel(25) dem Motorgeneratormittel (24) elektrische Energiezuführt,um das Motorgeneratormittel (24) als Elektromotor zu betreiben.
    [34] Lader nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch einMittel (1) zum Stoppen der elektrischen Energieerzeugungdurch das Stromerzeugungsmittel (25), wenn ein Gaspedal(27) vollständigoffen oder fast vollständigoffen bzw. vollständiggedrücktoder fast vollständiggedrücktist.
    [35] Lader nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch einMittel (1) zum Steuern/Regeln der vom Motorgeneratormittel(24) erzeugten elektrischen Energiemenge, wenn das Motorgeneratormittel(24) als Stromgenerator betrieben wird.
    [36] Lader nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch: einMittel (1) zum Durchführeneiner Reaktionszuweisungsregelung zum Erzeugen eines Motorbefehls,der zum Betreiben des Motorgeneratormittels (24) verwendetwird, derart, dass ein Ladedruck auf einen Sollwert konvergiert.
    [37] Lader nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch: einMittel (1) zum Einstellen eines Öffnungswinkels (TH) eines Drosselventils(11) zum Steuern der Ansaugluftmenge zu der Maschine (10).
    [38] Lader nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch: einMittel (1) zum Durchführeneiner Reaktionszuweisungsregelung zum Bestimmen des Öffnungswinkels (TH)des Drosselventils (11) derart, dass die Ansaugluftmengezu der Maschine (10) auf einen Sollwert konvergiert.
    [39] Lader nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch einEinwegkupplungsmittel (36) zum Verhindern einer Rückwärtsdrehungdes Kompressormittels (6).
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