JP7486374B2 - 車両の電気機械の保護方法 - Google Patents

Description

背景技術は、単段および２段排気ガスターボチャージャの電子式ブースト圧制御装置である。ここで、排気ガスターボチャージャのブースト圧は、制御装置によってブースト圧目標値に追従する。ここで、ブースト圧の制御は、タービンへのバイパス（Ｗａｓｔｅ－Ｇａｔｅ）または可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ－Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を介して行われる。

独国特許出願公開第１０３０２４５３号からは、ブースト圧実測値（ｐｖｄｋｄｓ）がブースト圧目標値（ｐｌｓｏｌｌ）に追従する、排気ガスターボチャージャ（１）のブースト圧の制御方法および装置が知られている。ここで、排気ガスターボチャージャ（１）のブースト圧は、吸気を圧縮する排気ガスターボチャージャ（１）と相互作用する電動ブーストチャージャ（５）の特性変数に応じて制御される。この方法により、排気ガスターボチャージャ（１）のバイパス弁の不要な開弁が回避される。

さらに、単段排気ガスターボ過給機と、直列接続の電動ブースト圧縮機との組み合わせが知られている。

独国特許出願公開第１０１５６７０４号は、内燃機関用の排気ガスターボチャージャの作動方法および装置を開示し、ここで排気ガスターボチャージャは、排気ガスタービンによる駆動に加えて、空冷式電動機、好ましくは同期機によって駆動される。電動機（５）は、その温度を測定するセンサ（１６）と、冷却用のチャージエアファン（９）の下流側の冷却されたチャージエアを電動機（５）に供給する冷却空気配管（８）とを有する。一方で、ターボチャージャの電気的なブーストが最適に行われ、ブースト駆動装置の過負荷が回避されるように、電動アシスト駆動装置によってブーストされた排気ガスターボチャージャの簡単な作動方法を作成し、他方で、この目的のために制御可能な空冷式電気駆動装置を有する装置を構成するという課題が解決される。

第１の態様では、車両の電気機械の保護方法が提案されており、ここで、制御装置に記憶された車両の動作パラメータに応じて電気機械の起動頻度が算出され、ここで、起動頻度は設定可能な第１の閾値と比較され、少なくともさらなる閾値が設定され、少なくとも１つのさらなる閾値が制御偏差を超過すると、電気機械が起動され、設定可能な第１の閾値が起動頻度を超過すると、少なくとも１つのさらなる閾値は、電気機械の起動頻度が制限されるように適合される。

この方法は、電気機械の起動頻度を、電気機械および／または車両の耐用年数に応じて制限できるという特別な利点を有する。電気機械およびそれに付随する電子機器の起動は、例えば動作時の電気機械の消費電力による温度の影響などのストレス要因を受ける。この方法によれば、電気機械の動作を車両に対して想定される耐用年数に最適化できるように、電気機械が保護されて車両の耐用年数について適合される。

少なくとも１つのさらなる設定可能な閾値は、電気機械のブースト動作または回生動作のための閾値であると有利である。電気機械の起動は、回生動作と、ブースト動作（ブースト）の両方で行われるので、電気機械の起動や作動を制御できるように、閾値を設定できると有益である。

さらに、電気機械のブースト動作および回生動作のために、それぞれ設定可能な閾値が設定される。電気機械の起動は、回生動作と、ブースト動作（ブースト）の両方で行われるので、両方の動作モードに対して閾値を設定できると有益である。これらの閾値により、起動閾値は、回生動作モード用とブースト動作モード用とに分けて設定できる。

重み付け要素に応じて、電気機械のブースト動作と回生動作との間を制限するために区分が設定されると有利である。２つの動作モード間で重み付けを行うことで、１つの動作モードを優先させることができる。例えば、電気機械の回生動作モードが排出に関連している適用例では、重み付けによって、電気機械のブースト動作モードよりも回生動作モードの制限頻度が少ないと有利である。したがって、制限を分割することにより、部品を保護し、同時に排出違反を防止できる。

また、設定可能な第１の閾値は、電気機械の耐用年数についての推論を可能にする電気機械の動作パラメータに応じて算出できる。

さらに有利なのは、動作パラメータが、電気機械の起動プロセスの測定された回数、および／または電気機械の動作時間、および／または車両の走行キロメータ当たりの電気機械のアクティブ動作に対応していることである。

また、起動頻度は、起動プロセスおよび／または車両の走行距離に応じて算出することも企図することができる。

電気機械の回生動作のための制御偏差は、車両の目標トルクと実際のトルク、および／または目標出力と実際の出力に応じて算出されると有利である。

電気機械のブースト動作のための制御偏差は、車両の目標トルクと実際のトルク、および／または目標空気流量と実際の空気流量、および／または目標ブースト圧と実際のブースト圧、および／または目標出力と実際の出力に応じて実行されるとさらに有利である。

さらなる態様では、本発明は、方法の１つを実施するために設置された、特にプログラミングされた装置、特に制御装置およびコンピュータプログラムに関する。さらに他の態様では、本発明は、コンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体に関する。

以下に、本発明を添付の図面を参照して、実施例を用いて詳述する。

内燃機関１０を備えた車両１の概略図を示す。 好ましい実施形態における、フローチャートを用いた方法の例示的経過を示す。

図１は、エンジンシステム２０と、複数の気筒２３を有する内燃機関１０とを備えた車両１を示す。本実施例では、４気筒の内燃機関１０を示しているがこれに限定されるものではない。内燃機関１０は、好ましくはディーゼルエンジンまたはオットーエンジンとして構成できる。この方法は、２、３、６、８気筒の内燃機関１０でも実行できる。あるいは、この方法は、純粋に電気的に駆動される車両に転用することもできる。

内燃機関１０には、それ自体公知の方法で吸気系４を介して周囲の空気が供給され、燃焼排ガスは排気系５を介して気筒２３から排出される。吸気系４は、吸気弁（図示せず）を介して内燃機関１０の気筒２３に公知の方法で接続されている。燃焼排ガスは、それ自体公知の方法で、対応する排気弁（図示せず）を介して排気系５に排出される。

空気２の流れ方向には、以下のものが配置されている。熱風マスフローメータ３（ＨＦＭ）、排気系５の排気ガスタービン６１と、吸気系４の圧縮機６２とを有する過給機。過給機は、電動アシスト式排気ガスターボチャージャ６として構成されている。タービン６１は、タービン６１内で機械的エネルギーに変換された排気ガスエンタルピーが、圧縮機６２内で周辺から取り出された周辺空気を圧縮するために使用されるように、圧縮機６２に機械的に連結されている。

さらに、過給機は、タービン６１と圧縮機６２と電気機械８との間の機械的結合を介して追加の機械的エネルギーを導入できる電気機械８によって、電気的に作動させることができるため、圧縮機６２はまた、タービンが提供する機械的エネルギーから独立して、またはブーストしながら作動させることができる。

電動アシスト駆動装置は、様々な構成で実施できる。例えば、圧縮機ホイール６２前のメディアギャップモータとして、またはタービンと圧縮機ホイールとの間の中間モータとして実施できる。

圧縮機６２の下流側には、チャージエアクーラー７を設けることができる。

チャージエア部４１内のブースト圧は、圧縮機６２の圧縮能力によって生じる。
チャージエア部４１は、スロットル弁９により下流側で制限される。内燃機関１０のスロットル弁９と気筒２３の吸気弁（図示せず）との間には、吸気系４の吸入管部４２が設けられている。

例えばタービン６１のチャージャアクチュエータのスロットル弁９などのアクチュエータ、および内燃機関１０の瞬間的な作動状態に応じる、および設定値、例えば運転者の所望のトルクに応じるアクチュエータを調整することにより、内燃機関１０をそれ自体公知の方法で作動する制御装置１００が設けられている。

さらに、タービン６１には、いわゆるバイパス６３が並列接続されている。バイパス内には、ウェイストゲートとも呼ばれる弁６４が配置されている。弁６４が閉じられている時には、排気ガス流はタービン６１を完全に通過する。弁６４が開いている時には、排気ガス流の少なくとも一部がタービン６１を通り過ぎる。

代替的な実施形態では、タービン入口の有効流量断面積は可変的に構成されている。加えて、例えば、タービンホイールが配置されている電動アシスト式排気ガスターボチャージャ６のタービンハウジング内に、調整可能な案内羽根を配置できる。案内羽根の設定を調整することで、同じ排気ガス流量に対してタービンホイールの回転数を変更でき、これにより、圧縮機ホイールで発生する圧縮力、いわゆるブースト圧を変更できる。可変タービン形状を有する電動アシスト式排気ガスターボチャージャは、好ましくは、ラジアルタービンおよびラジアル圧縮機を有する。タービンホイール入口には、電動アクチュエータを介して調整される案内羽根の擬態を設けることができる。ここで案内羽根を回転させることで、タービンホイール前の有効流量断面積を変化させることができる。

電気機械やそれに接続された構成部品の起動サイクルは、様々なストレス要因によって制限されている。電力消費および電力変換による、すなわち回生動作やブースト動作による頻繁な温度変化は、電気機械８の耐用年数を減少させる。いわゆるはんだ損傷および／またはボンディングワイヤの剥離が部品上で発生する可能性がある。よって、電気機械８の想定耐用年数に基づく電気機械８動作のための監視および方策が有利である。電気機械８の耐用年数は、例えば、約１５０万回の起動動作である。したがって、電気機械８の起動プロセスを車両１の耐用年数に適合させることが有利である。

あるいは、車両１は、純粋に電気的に動作する車両として実施することもできる。

図２では、車両１の電気機械８の保護方法の例示的な経過をフローチャートで示している。

第１のステップ５００では、制御装置１００に記憶された動作パラメータから起動頻度が算出される。ここで使用される動作パラメータは、好ましくは、車両１のこれまでの走行距離、電気機械８の起動プロセスまたは作動、および車両１の総走行時間である。最初に、これらの動作パラメータは、制御装置１００の最初の作動時に設定できる。好ましくは、起動頻度は、例えば車両１によって最後に走行された１０００ｋｍで実行された、設定可能な距離内の電気機械８の起動プロセスの回数に対応する。

あるいは、起動頻度は、内燃機関１０のアクティブ動作中の起動プロセスの回数に対応してもよい。

起動プロセスの回数は、好ましくは、走行プロセス中に制御装置１００によって算出され、記憶される。あるいは、起動頻度は、設定可能な時間内、例えば、直近の１０００時間内の起動プロセスの回数から算出することもできる。

ステップ５１０では、電気機械８の起動頻度が設定可能な第１の閾値と比較される。ここで、設定可能な第１の閾値は、好ましくは電気機械８に対して定義された起動サイクルの最大数を、車両１の耐用年数に対して想定される最大走行距離で割った商、例えばキロメートル単位での値に対応する。好ましくは、電気機械の耐用年数にわたる起動サイクルは１５０万回であり、乗用車の走行距離は約３０万ｋｍである。

あるいは、設定可能な第１の閾値は、起動サイクルの最大数を車両１の耐用年数に対して想定した期間で割った商として算出することもできる。例えば、乗用車の想定耐用年数は約１３年である。

算出された起動頻度が設定可能な第１の閾値を超える場合には、ステップ５２０で方法は継続される。

算出された起動頻度が設定可能な第１の閾値を下回る場合には、方法は終了されるか、ステップ５００で最初から開始できる。

ステップ５２０では、第２および第３の閾値の適合が行われる。ここで、設定可能な第２の閾値は、電気機械８の回生動作が実行される閾値に対応している。好ましくは、電気機械８の回生起動は、第１の制御偏差と第２の閾値とを比較することによって実行される。好ましくは、第１の制御偏差は、内燃機関１０の目標トルクと実際のトルクとに基づいて算出される。あるいは、電気機械８および／または内燃機関１０の目標出力および／または実際の出力を使用できる。

第１の制御偏差が設定可能な第２の閾値を超える場合には、電気機械８の回生起動が要求される。

ここで、設定可能な第３の閾値は、電気機械８のブースト動作（英語ｂｏｏｓｔ）が実行される閾値に相当する。好ましくは、電気機械８のブースト起動は、第２の制御偏差と第３の閾値との比較によって行われる。好ましくは、第２の制御偏差は、内燃機関１０の目標ブースト圧と実際のブースト圧とに基づいて算出される。あるいは、目標空気流量と実際の空気流量とを用いて、第２の制御偏差を算出することもできる。あるいは、電気機械８および／または内燃機関１０の目標出力および実際の出力を使用することもできる。

第２および第３の閾値は、起動頻度が設定可能な第１の閾値を超えていると判断された場合に、閾値が例えば一定値だけ増加するように適合されている。これにより、制御偏差の値が大きくなる必要があるため、電気機械８の起動プロセスがより少なく実行されるという効果がある。このように、電気機械８の回生動作とブースト動作の起動閾値を、電気機械８の耐用年数だけでなく、車両１の耐用年数にも連続して適合させることができる。

あるいは、第２の閾値の増加量と第３の閾値の増加量との間で重み付けを実行できる。一例として、第２の閾値の増加量と第３の閾値の増加量との間の増加分を、重み付けを介して可変的に分割できる。これは、例えば、電気機械８の回生動作の起動は、起動の以前の頻度と変わらないが、電気機械８のブースト動作（ブースト）の起動は低減されるため、電気機械８の構成部品の保護は耐用年数に関しては保証されたままであるが、例えば排出ガス規制を依然として遵守できるという特別な利点を有する。

ここで、第２の閾値の増加量と第３の閾値の増加量との間の重み付けは、可変的に設定できる。

続いて、方法を終了するか、ステップ５００で最初から開始できる。

Claims (11)

1. 車両（１）の過給機が備える電気機械（８）の保護方法であって、制御装置（１００）に記憶された前記車両（１）の動作パラメータに応じて前記電気機械（８）の起動頻度が算出され、前記起動頻度は設定可能な第１の閾値と比較され、少なくともさらなる閾値が設定され、制御偏差が前記少なくとも１つのさらなる閾値を超過すると、前記電気機械（８）が起動される方法において、起動頻度が前記設定可能な第１の閾値を超過すると、前記少なくとも１つのさらなる閾値は、前記電気機械（８）の起動頻度が制限されるように適合され、
   前記電気機械（８）は、前記過給機が備えるタービンと圧縮機との間に設けられたモータを含み、
   前記少なくとも１つのさらなる設定可能な閾値は、前記電気機械（８）のブースト動作または回生動作のための閾値であることを特徴とする方法。
2. 前記電気機械（８）の前記ブースト動作および前記回生動作のために、それぞれ設定可能な閾値が設定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 重み付け要素に応じて、前記電気機械（８）の前記ブースト動作と前記回生動作との間でどちらかの動作を優先させる設定がなされることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記設定可能な第１の閾値は、前記電気機械（８）の耐用年数についての推論を可能にする前記電気機械（８）の動作パラメータに応じて算出されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記動作パラメータは、前記電気機械（８）の起動プロセスの測定された回数、および／または前記電気機械（８）の動作時間、および／または前記車両（１）の走行キロメータ当たりの前記電気機械（８）のアクティブ動作に対応することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記起動頻度は、起動プロセスおよび／または前記車両（１）の走行距離に応じて算出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記電気機械（８）の前記回生動作のための制御偏差は、前記車両（１）の目標トルクと実際のトルク、および／または目標出力と実際の出力に応じて算出されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記電気機械（８）の前記ブースト動作のための制御偏差は、前記車両（１）の目標トルクと実際のトルク、および／または目標空気流量と実際の空気流量、および／または目標ブースト圧と実際のブースト圧、および／または目標出力と実際の出力に応じて算出されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するために設置されたコンピュータプログラム。
10. 請求項９に記載のコンピュータプログラムを備えた電子記憶媒体。
11. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実施するために設置された制御装置（１００）。

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