DE102004003607B4

DE102004003607B4 - Method and device for controlling an electrically driven compressor of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102004003607B4
Application number: DE102004003607A
Authority: DE
Inventors: Michael STÜRTZ; Markus Teiner
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-01-24
Also published as: WO2005071241A1; DE102004003607A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters (3) einer Verbrennungskraftmaschine (7), durch den zugeführte Frischluft vorkomprimiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren in einer Verbrennungskraftmaschine (7) mit einer Kombination eines Abgasturboladers mit einem geregelten elektrischen Verdichter (3) zur Abdeckung eines Niedrig-Drehzahlbereiches der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, wobei
die Größen einer geforderten Verdichterleistung (P_L, POW_CHA_SP) und einer benötigten Verdichterdrehzahl (N_CHA_SP) auf der Grundlage eines Modells (11) des elektrischen Verdichters (3) als Funktion eines jeweils gewünschten Aufladungsgrades bzw. Ladedrucks (PUT_SP) und eines erforderlichen Luft-Massenstromes (AMF_KGH_SP) bestimmt werden, und
die gewählte Modellierung des elektrischen Verdichters (3) auf einem für das Verhältnis der beteiligten Größen zueinander ursächlichen und auf der Physik des Systems basierenden Ansatz beruht.Method for controlling an electrically driven compressor (3) of an internal combustion engine (7), is precompressed by the supplied fresh air,
characterized,
in that the method is used in an internal combustion engine (7) with a combination of an exhaust-gas turbocharger with a controlled electric compressor (3) to cover a low-speed range of the internal combustion engine
the magnitudes of a required compressor power (P _L , POW_CHA_SP) and a required compressor speed (N_CHA_SP) based on a model (11) of the electric compressor (3) as a function of a respective desired degree of boost or charge pressure (PUT_SP) and a required air mass flow (AMF_KGH_SP), and
the chosen modeling of the electric compressor (3) is based on an approach based on the physics of the system and based on the relationship of the variables involved.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer Verbrennungskraftmaschine.The The present invention relates to a method and an apparatus for controlling an electrically driven compressor of an internal combustion engine.

Nach dem Stand der Technik werden zur Erhöhung des Drehmoments von Verbrennungskraftmaschinen vorgeschaltete Verdichter eingesetzt. Durch einen Verdichter wird eine Vorkomprimierung der zugeführten Frischluft und damit eine Erhöhung der Zylinderfüllung bewirkt, die sich in einer vorteilhaften Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine auswirkt. In der Bauform von Abgasturboladern wird ein Verdichter durch den Abgasstrom angetrieben. Um aber überhaupt Frischluft fördern zu können, muss für Abgasturbolader auch ein ausreichender Abgasstrom zur Verfügung stehen. Gerade im Bereich niedriger Drehzahlen zeigt ein Abgasturbolader damit vom Prinzip her auf Grund des geringen Abgasstromes eine wesentlich zu geringe Wirkung.To The prior art is used to increase the torque of internal combustion engines upstream compressor used. By a compressor is a precompression of the supplied Fresh air and thus an increase in cylinder filling causes, resulting in a favorable performance increase of Internal combustion engine effects. In the design of exhaust gas turbochargers a compressor is driven by the exhaust gas flow. But at all Promote fresh air to be able to must for Exhaust gas turbocharger and a sufficient exhaust gas flow are available. Especially in the range of low speeds shows an exhaust gas turbocharger Thus, in principle, due to the low exhaust gas flow a significant too little effect.

Zur Abdeckung auch des Niedrig-Drehzahlbereiches einer Verbrennungskraftmaschine ist daher die Verwendung eines elektrisch angetriebenen Laders vorgeschlagen worden. Bekannte Lösungen zur Ansteuerung eines elektrisch angetriebenen Laders bzw. eines E-Verdichters arbeiten mit Kennlinienfeldern. In diese Kennlinienfelder fließen diverse Größen aus der Motorsteuerung ein, wobei die Kennlinienfelder in aufwändigen Versuchen erstellt und/oder appliziert werden müssen, da sie im Wesentlichen auf empirischen Ansätzen beruhen. Da es prinzipiell kaum möglich ist, ein Kennlinienfeld auf der Basis von Versuchen für jeden einzelnen Betriebspunkt zu ermitteln, werden Betriebspunkte in der Regel auf der Basis von Näherungsverfahren ermittelt. Hiermit kann ein optimaler Betrieb eines elektrischen Laders mit einer Verbrennungskraftmaschine jedoch nur in sehr grober Näherung erreicht werden.to Cover also the low-rpm range of an internal combustion engine Therefore, the use of an electrically driven supercharger is proposed Service. Well-known solutions for Control of an electrically driven supercharger or an e-compressor work with characteristic fields. Various parameters flow into these characteristic fields the engine control, the characteristic curves in complex experiments created and / or applied as they are essentially on empirical approaches based. As it is hardly possible in principle, a characteristic field based on experiments for determine each individual operating point become operating points usually on the basis of approximation determined. This can be an optimal operation of an electric charger achieved with a combustion engine, however, only in very rough approximation become.

Aus DE 100 46 322 A1 ist ein Verfahren zur Berechnung der Drehzahl eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine bekannt.Out DE 100 46 322 A1 For example, a method for calculating the rotational speed of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine is known.

DE 101 58 262 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gasgemischs in einem Brennraum. Anhand verschiedener Modelle werden ein Frischluftmassenstrom in einen Einlasskrümmer, ein Abgasrückführmassenstrom, ein Druck und eine Temperatur eines Ansauggases vor einem Einlassventil, sowie ein Druck und eine Temperatur eines Abgases vor einer Turbine bestimmt. DE 101 58 262 A1 describes a method for determining the composition of a gas mixture in a combustion chamber. Based on various models, a fresh air mass flow into an intake manifold, an exhaust gas recirculation mass flow, a pressure and a temperature of an intake gas upstream of an intake valve, and a pressure and a temperature of an exhaust gas upstream of a turbine are determined.

DE 197 40 914 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der den Zylindern einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge. DE 197 40 914 A1 discloses a method for determining the amount of air supplied to the cylinders of a supercharged engine.

Aus DE 101 24 543 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Laders bekannt, welcher mit einem Abgasturbolader zur Verdichtung der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft zusammenwirkt. Die Steuerung des elektrischen Laders erfolgt mittels eines Steuersignals, welches abhängig von einem vorgegebenen Wert für das Verdichterdruckverhältnis des elektrischen Verdichters gebildet wirdOut DE 101 24 543 A1 a method for controlling an electric supercharger is known, which cooperates with an exhaust gas turbocharger for compressing the fresh air supplied to the internal combustion engine. The control of the electric charger is effected by means of a control signal, which is formed depending on a predetermined value for the compressor pressure ratio of the electric compressor

DE 100 23 022 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, welche einen Zusatzverdichter mit einem Elektromotor umfasst. Zur Regelung des Elektromotors werden Kennwerte des Motorbetriebszustands als Eingangsgrößen herangezogen. DE 100 23 022 A1 describes an internal combustion engine comprising an auxiliary compressor with an electric motor. For controlling the electric motor characteristic values of the engine operating state are used as input variables.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die im Hinblick auf ihren Entwicklungsaufwand geringer und im Bezug auf die Einstellung von jeweils Wirkungsgrad-optimalen Arbeitspunkten elektrischer Verdichter zuverlässiger sind.It is the object of the present invention, a method and a to create appropriate device with regard to their Development effort is lower and in terms of recruitment of each efficiency-optimal operating points of electric compressors reliable are.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches in einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kombination eines Abgasturboladers mit einem geregelten elektrischen Verdichter zur Abdeckung eines Niedrig-Drehzahlbereiches der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. Die Größen einer geforderten Verdichterleistung und einer benötigten Verdichterdrehzahl werden auf der Grundlage eines Modells des elektrischen Verdichters als Funktion eines jeweils gewünschten Aufladungsgrades bzw. Ladedrucks und eines erforderlichen Luft-Massenstromes bestimmt. Die gewählte Modellierung des elektrischen Verdichters beruht auf einem für das Verhältnis der beteiligten Größen zueinander ursächlichen und auf der Physik des Systems basierenden Ansatz. Auch stellt eine Vorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Verfahrens eine Lösung dieser Aufgabe dar, wobei in der Vorrichtung eine Recheneinheit mit einem Modell vorgesehen ist, das mit Mitteln zum Bestimmen von Betriebsgrößen des elektrisch angetriebenen Verdichters aus Eingangsgrößen verbunden ist.These The object is achieved by a Solved the procedure, which in an internal combustion engine with a combination an exhaust gas turbocharger with a regulated electric compressor to cover a low-speed range of Internal combustion engine is used. The sizes of a required compressor capacity and one needed Compressor speed will be based on a model of the electric Compressor as a function of a respective desired degree of charge or Boost pressure and a required air mass flow determined. The chosen modeling of the electric compressor is based on one another for the ratio of the variables involved causative and on the physics of the system based approach. Also provides one Apparatus for implementing such a method, a solution of this Task, wherein in the device, a computing unit with a Model is provided with means for determining operating quantities of the electrically driven compressor from input variables is.

Als Erweiterung des Eingangsparametersatzes werden in einer Weiterbildung der Erfindung auch ein Umgebungsdruck und eine Umgebungs- bzw. Ansauglufttemperatur als Eingangsgrößen des-Modells verwendet. Damit werden aktuelle klimatische Gegebenheiten in einem Maß abgebildet, wie sie für den Betrieb einer zuverlässig geregelten Verbrennungskraftmaschine ausreichend sind.When Extension of the input parameter set are in a development the invention also includes an ambient pressure and an ambient or intake air temperature used as input to the model. Thus, the current climatic conditions are mapped in a measure, such as she for the operation of a reliable regulated internal combustion engine are sufficient.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für eine schnellere und gegenüber dem bekannten Stand der Technik genauere Regelung des Gesamtsystems aus Verbrennungskraftma schine, Motorsteuerung, elektrischem Verdichter, Elektromotor und Regelungselektronik nur die Physik des Verdichters und des ihn antreibenden Elektromotors selber als Basis für eine Steuerungsstrategie für die Aufladung der Verbrennungskraftmaschine erwählt. Aus dieser Basis wird dann das entsprechende Modell abgeleitet, insbesondere in Form geschlossener mathematischer Gleichungen. Dabei können in einer Weiterbildung als vorgegebene Gütekriterien für das Modell beispielsweise Fast Response, Ladedruckaufbau, etc. je nach Anwendungsfall und/oder Auswahl eines Fachmanns bei der Entwicklung als Einflussgrößen vorgesehen werden. Auf die konkrete Modellierung der Verdichterdrehzahl sowie der Verdichterleistung wird nachfolgend noch unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail eingegangen werden. Gleiches gilt für die Regelung des Elektromotors als Antrieb für den Verdichter.In a preferred embodiment of the invention is for a faster and compared to the prior art more precise control of the entire system from Verbrennungskraftma engine, engine control, electric compressor, Electric motor and control electronics chosen only the physics of the compressor and the electric motor driving it itself as the basis for a control strategy for charging the internal combustion engine. The corresponding model is then derived from this basis, in particular in the form of closed mathematical equations. In this case, in a development as predetermined quality criteria for the model, for example, fast response, boost pressure build-up, etc., depending on the application and / or selection of a person skilled in the art during development, can be provided as influencing variables. On the specific modeling of the compressor speed and the compressor power will be discussed in more detail below with reference to the drawings. The same applies to the control of the electric motor as a drive for the compressor.

Die vorliegende Erfindung wird im Rahmen dieser Beschreibung im Wesentlichen vor dem Hintergrund eines Einsatzes in der Kraftfahrzeug-Industrie dargestellt. Anwendungsfälle außerhalb dieses Sektors werden jedoch ausdrücklich nicht ausgeschlossen, da ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für sämtliche Verbrennungskraftmaschinen einsetzbar sind.The The present invention will become more broadly within the scope of this description against the background of a use in the automotive industry shown. use cases outside However, this sector is expressly not excluded, as an inventive method and a corresponding device for all internal combustion engines can be used.

Ferner werden in einer Ausführungsform auch Vorgaben aus einer Abgasbehandlungsanlage, beispielsweise von einer λ-Sonde und/oder Stickoxid-Sensoren eines Abgastraktes, in Form von Regelungsgrößen und/oder Vorgabewerten berücksichtigt.Further in one embodiment as well Specifications from an exhaust treatment plant, such as a λ-probe and / or Nitrogen sensors of an exhaust tract, in the form of control variables and / or Defaults.

Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend unter Bezug auf die Darstellung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung:Further Advantages of a method according to the invention and a device for implementing a method according to the invention will be described below with reference to the illustration of embodiments closer to the drawing described. In a schematic representation:

1: eine Übersicht über eine Vorrichtung zur Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem elektri schen Lader und eines Bypass-Kanals mit Verschluss-Klappe; 1 : An overview of a device for charging an internal combustion engine with a rule electrical loader and a bypass channel with shutter flap;

2: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Modells; 2 a flow chart for illustrating a model according to the invention;

3: ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Errechnung eines Soll-Betriebspunktes als Block A von 2; 3 : a diagram illustrating the method for calculating a desired operating point as block A of 2 ;

4: ein Flussdiagramm zur Darstellung der Modellierung eines Verdichters als Block B von 2; 4 FIG. 3 is a flowchart illustrating the modeling of a compressor as block B of FIG 2 ;

5: eine Systemübersicht zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels. 5 : a system overview to illustrate an embodiment.

In den einzelnen Darstellungen der Zeichnung erhalten gleiche Bestandteile, Komponenten, Größen und Verfahrensschritte durchgängig die gleichen Bezeichnungen.In the individual representations of the drawing receive the same components, Components, sizes and Procedural steps throughout the same names.

In einer Vorrichtung 1 gemäß 1 wird Frischluft über einen Frischluftfilter 2 zugefügt und über einen elektrischen Verdichter bzw. E-Lader oder E-Charger 3 vorverdichtet. Ein zu dem elektrischen Lader 3 parallel liegender Bypass 4 ist im dargestellten Fall durch eine ansteuerbare Öffnungsklappe verschlossen. So passiert der durch einen Pfeil P symbolisierte Frischluftstrom nachfolgend eine geöffnete Drossel 5 und wird über Saugrohre bzw. Verteilerrohre 6 einer Verbrennungskraftmaschine 7 zugeführt. Nach der Verbrennung des Frischgasgemisches in der Verbrennungskraftmaschine werden die Abgase über einen Abgastrakt 8 mit nicht weiter dargestellten Mitteln zur Abgasnutzung und/oder Schadstoff-Sensierung abgeleitet, wobei sie einen Katalysator 9 durchlaufen.In a device 1 according to 1 Fresh air is supplied via a fresh air filter 2 added and via an electric compressor or e-charger or e-charger 3 precompacted. A to the electric charger 3 Parallel bypass 4 is closed in the case shown by a controllable opening flap. Thus, the fresh air stream symbolized by an arrow P subsequently passes through an opened throttle 5 and is via suction pipes or distribution pipes 6 an internal combustion engine 7 fed. After the combustion of the fresh gas mixture in the internal combustion engine, the exhaust gases through an exhaust tract 8th derived with not shown means for exhaust gas utilization and / or pollutant sensing, where they are a catalyst 9 run through.

Der elektrische Verdichter 3 dient einer deutlichen Verbesserung des Drehmoments des Verbrennungskraftmotors 7 durch eine verstärkte Aufladung der Zylinder mit Frischgas, so dass der Verbrennungskraftmotor 7 auch in einem Bereich niedriger Drehzahlen einem in 1 nur angedeuteten Antriebsstrang ausreichend Drehmoment zur Verfügung stellen kann. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ansteuerung des elektrischen Laders 3 verwendet, das auf einer Modellierung des physikalischen Laders unter Berücksichtigung eines gewünschten Aufladegrades der Verbrennungskraftmaschine 7 sowie einer hierzu erforderlichen Laderleistung basiert. Im Gegensatz zu Verfahren nach dem Stand der Technik wird hier also über ein geeignetes Verfahren eine je Arbeitspunkt aktuell jeweils erforderliche geforderte Verdichterdrehzahl sowie eine benötigte Verdichterleistung als Funktion eines gewünschten Aufladegrades und Luftmassenstromes modelliert ermittelt. Im Ergebnis kommt es durch die Anwendung des nachfolgend im Detail beschriebenen Verfahrens im Wesentlichen nur dann zu einer Aktivierung des elektrischen Laders 3, wenn eine momentan verfügbare Motorleistung für einen Fahrzustand und/oder einer Anforderung nicht ausreichend ist. Im umgekehrten Fall kommt es zu einer Deaktivierung nur dann, wenn die verfügbare Leistung der Verbrennungskraftmaschine 7 ausreicht, um einem aktuellen Fahrerwunsch zu entsprechen.The electric compressor 3 serves a significant improvement in the torque of the internal combustion engine 7 by intensifying the charge of the cylinder with fresh gas, so that the internal combustion engine 7 also in a range of low speeds one in 1 only indicated powertrain can provide sufficient torque. According to the invention, a method for controlling the electric charger 3 used on a model of the physical supercharger, taking into account a desired degree of supercharging of the internal combustion engine 7 and a charger required for this purpose. In contrast to methods according to the prior art, in this case, a required compressor speed currently required in each case for each operating point and a required compressor output are modeled as a function of a desired degree of supercharging and air mass flow via a suitable method. As a result, the use of the method described in detail below substantially only results in an activation of the electric charger 3 if a currently available engine power is insufficient for a driving condition and / or a request. In the opposite case, deactivation occurs only when the available power of the internal combustion engine 7 sufficient to meet a current driver's request.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes liegt daher darin, dass der elektrische Lader 3 nur mit einer minimal erforderlichen Leistung betrieben wird. Das führt gegenüber einer konventionellen Ansteuerung eines E-Laders zu einem deutlich verbesserten Gesamtwirkungsgrad des Systems. Einschaltdauer und Betriebspunkt des Laders 3 können gemäß verschiedener Gütekriterien, wie zum Beispiel einem Wirkungsgrad, einem Dynamikverhalten oder einer maximal vorgegeben Zuschaltdauer, optimiert werden.An essential advantage of this approach is therefore that the electric charger 3 only operated with a minimum required power. This leads to a significantly improved overall efficiency of the system compared to a conventional control of an e-charger. Duty cycle and operating point of the charger 3 can according to various quality criteria, such as an efficiency, a dynamic behavior or a maximum specified switch-on duration, to be optimized.

Unter Bezugnahme auf die Abbildungen der 2 bis 4 wird nun eine Modellierung von Verdichterdrehzahl und Verdichterleistung dargestellt. Hierbei gibt 2 einen Überblick, und in den 3 und 4 sind die in 2 angegebenen Funktionsblöcke A, B zur Bestimmung eines Arbeitspunktes des Laders 3 und einer Interpolation in Lader-Kennlinienfeldern näher dargestellt:
Aus den Randbedingungen Umgebungsdruck AMP, Ansaug- bzw. Umgebungslufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP sowie der gewünschten Luftmasse MAF_KGH_SP und dem geforderten Ladedruck PUT_SP werden die Kenngrößen des Verdichters im Sollbetriebspunkt errechnet. Dies sind Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP_SP, Druckquotient PQ_CHA_SP und Luftmassenstrom MAF_CHA_SP. Einige Werte, wie z. B. Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP und Laderdrehzahl N_CHA_COR_SP, werden im Modell mit einem temperaturabhängigen Faktor FAC_TIA normiert.With reference to the figures of the 2 to 4 Now a modeling of compressor speed and compressor performance is shown. Here are 2 an overview, and in the 3 and 4 are the in 2 specified function blocks A, B for determining an operating point of the supercharger 3 and an interpolation in loader characteristics fields:
From the boundary conditions ambient pressure AMP, intake air or ambient air temperature TIA_ABSV_CHA_UP and the desired air mass MAF_KGH_SP and the required boost pressure PUT_SP, the characteristics of the compressor are calculated in the desired operating point. These are volume flow VOL_FLOW_CHA_UP_SP, pressure quotient PQ_CHA_SP and air mass flow MAF_CHA_SP. Some values, such as Volumetric flow VOL_FLOW_CHA_UP and supercharger speed N_CHA_COR_SP are standardized in the model with a temperature-dependent factor FAC_TIA.

Der Druck vor Verdichter PRS_CHA_UP_SP errechnet sich aus dem Umgebungsdruck AMP sowie den vom Luftmassenstrom abhängigen Druckverlusten im Luftfilter IP_PRSLÖSS_AIC. Der Solldruck nach Verdichter PRS_CHA_DOWN_SP errechnet sich aus dem Ladedruck PUT_SP sowie den vom Luftmassenstrom abhängigen Druckverlusten im Ladeluftkühler IP_PRS_LÖSS_ICO. Der Druckquotient PQ_CHA_SP ergibt sich aus den Drücken nach und vor Verdichter.Of the Pressure before compressor PRS_CHA_UP_SP is calculated from the ambient pressure AMP and the air mass flow dependent pressure losses in the air filter IP_PRSLÖSS_AIC. The setpoint pressure after compressor PRS_CHA_DOWN_SP is calculated the boost pressure PUT_SP and the dependent on the air mass flow pressure losses in Intercooler IP_PRS_LÖSS_ICO. The pressure quotient PQ_CHA_SP results from the pressures after and before compressors.

Aus dem Druck vor dem Verdichter, der Ansauglufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP und der allgemeinen Gaskonstante RA kann man die Dichte der Luft vor dem Verdichter RHO_CHA_UP ausrechnen. Anhand der Dichte kann aus dem Massenstrom ein Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP errechnet werden. Der Volumenstrom wird mit dem Faktor FAC_TIA normiert und aus dem normierten Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP_RED_SP sowie dem Druckquotienten PQ_CHA_SP die normierte Laderdrehzahl N_CHA_COR_SP berechnet. Für die Details dieser Berechnung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Offenlegungsschrift DE 100 46 322 A1 verwiesen. Die normierte Laderdrehzahl N_CHA_COR_SP wird über den Faktor FAC_TIA zurücknormiert, um die gesuchte physikalische Drehzahl N_CHA_SP zu erhalten.From the pressure in front of the compressor, the intake air temperature TIA_ABSV_CHA_UP and the general gas constant RA, it is possible to calculate the density of the air in front of the compressor RHO_CHA_UP. Based on the density, a volumetric flow VOL_FLOW_CHA_UP can be calculated from the mass flow. The volume flow is normalized with the factor FAC_TIA and the normalized supercharger speed N_CHA_COR_SP is calculated from the standardized volumetric flow VOL_FLOW_CHA_UP_RED_SP and the pressure quotient PQ_CHA_SP. For the details of this calculation is expressly to the disclosure of the disclosure DE 100 46 322 A1 directed. The normalized supercharger speed N_CHA_COR_SP is normalized by the factor FAC_TIA in order to obtain the required physical speed N_CHA_SP.

Anhand der Turbolader-Hauptgleichungen lässt sich die Verdichterleistung POW_CHA_SP bzw. P_L berechnen:

P_L: Verdichterleistung
m_L: Luftmassenstrom durch Verdichter
Δh_L: Enthalpiedifferenz
η_L: Verdichterwirkungsgrad
c_pL: spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck
κ: Adiabatenexponent

Based on the turbocharger main equations, the compressor power POW_CHA_SP or P _L can be calculated:

P _L: compressor capacity
m _L: Air mass flow through compressor
Δh _L: enthalpy
η _L: Compressor efficiency
c _pL: specific heat capacity at constant pressure
κ: adiabatic

Der Term

wird zu IP_FAC_POW_CHA_1 zusammengefasst, aufgrund seines Verlaufes in Abhängigkeit vom Volumenstrom und Ladedrehzahl ist es sinnvoll, das Kennfeld in Abhängigkeit von der Laderdrehzahl und dem auf die Laderdrehzahl bezogenen normierten Volumenstrom abzulegen.The term

is summarized to IP_FAC_POW_CHA_1, due to its course depending on the volume flow and charging speed, it makes sense to store the map depending on the supercharger speed and related to the supercharger speed normalized flow.

Der Term

wird im Kennfeld IP_FAC_POW_CHA_2 abgelegt.The term

is stored in the map IP_FAC_POW_CHA_2.

Mit dieser Vereinfachung lässt sich die gesuchte Verdichterleistung als Produkt von Ansauglufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP (T1), Luftmassenstrom MAF_CHA_SP sowie der beiden definierten Faktoren berechnen. Dabei sind in den Variablen die Abkür zungsbestandteile CHA und ECHA beide in der Zeichnung synonym zur Bezeichnung des elektrischen Laders verwendet worden.With this simplification the desired compressor power as the product of intake air temperature TIA_ABSV_CHA_UP (T1), air mass flow MAF_CHA_SP and the two calculate defined factors. Here are the variables in the variables Abbreviation components CHA and ECHA both in the drawing synonymous with the name of the electric charger has been used.

Durch die Berechnung der erforderlichen Verdichterleistung P_L kann diese als Vorsteuerung in die Regelung des zu dem elektrischen Verdichter 3 zugehörigen Elektromotors verwendet werden. Hierdurch wird eine schnellere und stabilere Regelung bewirkt, die auch das dynamische Verhalten des Gesamtsystems verbessert. Die Regelung des Elektromotors selber basiert hierbei in bekannter Weise auf der Vorgabe einer Solldrehzahl und einer benötigten Leistung, aus denen sich ein jeweils gefordertes Drehmoment ergibt. Auf Grund der erfindungsgemäß definierten Schnittstellen können beliebige Elektromotoren auch unterschiedlicher Hersteller mit jeweils eigener Regelelektronik als sog. Black box eingesetzt werden, da ihre Eigenschaften klar definiert vorgegeben werden können.By calculating the required compressor power P _L , this can be used as pilot control in the regulation of the electric compressor 3 associated electric motor can be used. As a result, a faster and more stable control is effected, which also improves the dynamic behavior of the entire system. The regulation of the electric motor itself is based here in a known manner on the specification of a target speed and a required Power that results in a required torque. On the basis of the interfaces defined by the invention, any electric motors of different manufacturers, each with its own control electronics, can be used as so-called black boxes, since their properties can be clearly defined.

Bei der Modellierung eines Systems sind zwei grundsätzlich voneinander verschiedene Ansätze zu unterscheiden: die Vorwärtsmodellierung und die Rückwärtsmodellierung bzw. inverse Modellierung. Im Fall einer Vorwärtsmodellierung werden auf der Grundlage von Ansteuerungswerten zu erwartende Ist-Zustände modelliert. Im Fall eines inversen Modells wird ein erwünschter Vorgabewert am Ausgang vorgegeben und auf der Basis des Modells ein Eingabewert oder Eingabevektor bestimmt. Damit ist es beim Einsatz eines inversen Modells möglich, durch einen Vergleich eines rückgerechneten Eingabewertes eine Realisierbarkeit von jeweils erwünschten Vorgabewerten am Ausgang vorab zu überprüfen. In der Abbildung von 5 ist ein Ausführungsbeispiel in Form einer Systemübersicht wiedergegeben, in dem die Vorteile einer Rückwärtsmodellierung genutzt werden, um damit eine Basis für eine verbesserte Ansteuerung für den Elektromotor des Verdichters 3 zu schaffen. Die Vorrichtung 1 umfasst ein inverses E-Verdichter-Modell 10, eine Regelungsvorrichtung 11 für den Elektromotor des elektrischen Verdichters 3 und einer Kontrollvorrichtung 12 zum Antrieben und Überwachen der Ansteuerung der Bypassklappe im Bypass 4. Die Klappe im Bypass 4 wird in dem Fall geöffnet, dass der E-Lader 3 keinen Beitrag mehr zu einer Druckerhöhung liefern kann. Das ist ab einer bestimmten höheren Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 7 der Fall. In diesem Betriebszustand wird dann der Elektromotor, der den Verdichter 3 antriebt, abgeschaltet.When modeling a system, there are two fundamentally different approaches: forward modeling and backward modeling or inverse modeling. In the case of forward modeling, expected actual states are modeled based on drive values. In the case of an inverse model, a desired default value is given at the output and an input value or input vector is determined based on the model. Thus, when using an inverse model, it is possible by means of a comparison of a recalculated input value to check in advance a feasibility of respectively desired default values at the output. In the picture of 5 An exemplary embodiment is reproduced in the form of a system overview, in which the advantages of a backward modeling are used in order to provide a basis for an improved control for the electric motor of the compressor 3 to accomplish. The device 1 includes an inverse E-compressor model 10 , a control device 11 for the electric motor of the electric compressor 3 and a control device 12 for driving and monitoring the activation of the bypass flap in the bypass 4 , The flap in the bypass 4 will open in the event that the e-charger 3 can no longer contribute to an increase in pressure. That's from a certain higher speed of the internal combustion engine 7 the case. In this operating state then the electric motor, which is the compressor 3 drives, shut off.

Im inversen E-Verdichter-Modell wird anhand des gewünschten Luftmassenstromes MAF_KGH_SP, der Ansauglufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP, des Ladedrucksollwertes PUT_SP und dem Umgebungsdruck AMP als Eingangswerte eine momentan geforderte Verdichterleistung POW_CHA_SP und eine entsprechende Drehzahl N_CHA_SP der Verdichterstufe 3 bestimmt. Diese Werte werden nun weiter in der Regelung des Elektromotors verwendet, um die angeforderte Verdichterdrehzahl einzuregeln. Soweit entspricht das schematisch dargestellte Verfahren dem der 1 bis 4. Falls nach Feststellung der Regelungsvorrichtung 11 eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 7 so hoch ist, dass der elektrische Verdichter 3 keine Drucksteigerung mehr bewirken kann, so wird die Bypassklappe im Bypasspfad 4 des elektrischen Verdichters 3 unter Vermittlung der Kontrollvorrichtung 12 für die Bypassklappe geöffnet sowie der Elektromotor des Verdichters 3 abgeschaltet. Dazu wird das Bit LV_BYP_ENA genutzt, das in 5 dargestellt ist.In the inverse E-compressor model is based on the desired air mass flow MAF_KGH_SP, the intake air temperature TIA_ABSV_CHA_UP, the boost pressure setpoint PUT_SP and the ambient pressure AMP as input values a currently required compressor power POW_CHA_SP and a corresponding speed N_CHA_SP the compressor stage 3 certainly. These values are now further used in the control of the electric motor to regulate the requested compressor speed. As far as the schematically represented method corresponds to the 1 to 4 , If, after detection of the control device 11 a speed of the internal combustion engine 7 so high is that the electric compressor 3 no pressure increase can cause more, so the bypass valve in the bypass path 4 of the electric compressor 3 under the mediation of the control device 12 opened for the bypass flap and the electric motor of the compressor 3 off. For this purpose, the bit LV_BYP_ENA which is used in 5 is shown.

Im nicht weiter graphisch dargestellten Fall, das zusätzlich auch ein vorwärts gerichtetes E-Verdichter-Modell vorhanden ist, kann nun vor der Einleitung der gerade dargestellten Abschaltungsmaßnahme eine Verdichterleistung auf der Grundlage seiner maximalen Betriebsparameter und den aktuellen Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Ein Vergleich der maximal realisierbaren mit den eigentlich aktuell geforderten Werten des Verdichters 3 kann dann in eine Motorsteuerung hin verlagert werden. Von hier aus können dann auch die vorstehend beschriebenen Abschaltungsmaßnahmen veranlasst werden.In the case not shown graphically, which also includes a forward-looking E-compressor model, a compressor performance can now be determined on the basis of its maximum operating parameters and the current environmental conditions before the initiation of the shutdown measure just described. A comparison of the maximum feasible with the actually required values of the compressor 3 can then be shifted into an engine control. From here, the abovementioned shutdown measures can then also be initiated.

Das dargestellte Beispiel ist der Einfachheit halber ohne Ladedruckregelung im Verdichter 3 dargestellt. Eine Ladedruckregelung kann in der dargestellten Anordnung jedoch in einer dem Fachmann bekannten Weise noch überlagert angeordnet werden.The example shown is for the sake of simplicity without boost pressure control in the compressor 3 shown. However, a charge pressure control can be arranged superimposed in the arrangement shown in a manner known to those skilled in the art.

Claims

Method for controlling an electrically driven compressor ( 3 ) an internal combustion engine ( 7 ), is precompressed by the supplied fresh air, characterized in that the method in an internal combustion engine ( 7 ) with a combination of an exhaust gas turbocharger with a regulated electric compressor ( 3 ) is used to cover a low-speed range of the internal combustion engine, wherein the magnitudes of a required compressor power (P _L , POW_CHA_SP) and a required compressor speed (N_CHA_SP) based on a model ( 11 ) of the electric compressor ( 3 ) are determined as a function of a respective desired charging level or charge pressure (PUT_SP) and of a required air mass flow (AMF_KGH_SP), and the selected modeling of the electric compressor ( 3 ) is based on a causal approach based on the physics of the system for the relationship of the variables involved.

A method according to claim 1, characterized in that the size of the required compressor power (P _L , POW_CHA_SP) in a pilot control of the electric compressor ( 3 ) is used.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that as further input variables an ambient pressure (AMP) and an ambient or intake air temperature (TIA_ABSV_CHA_UP) are used as input variables of the model ( 11 ) be used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that substantially only the physics of the compressor and the electric motor driving it itself as a basis for a control strategy for charging the internal combustion engine ( 3 ) is selected.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as predetermined quality criteria depending on the application and / or selection of a person skilled in the art Fast Response and / or boost pressure build-up provided during development as influencing variables in the model become.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that also specifications from an exhaust gas treatment plant, for example, from a λ-probe and / or nitrogen oxide sensors of an exhaust tract, in the form of control variables and / or Defaults become.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the method is superimposed on a boost pressure control becomes.

Device for controlling an electrically driven compressor ( 3 ) an internal combustion engine ( 7 ), characterized in that the device ( 1 ) for carrying out a method according to one or more of the preceding claims for covering a low speed range of the internal combustion engine is formed by a combination of an exhaust gas turbocharger with a regulated electric compressor ( 3 ) and a computing unit with a model ( 11 ) of the electric compressor ( 3 ) provided with means for determining operating variables of the electrically driven compressor ( 3 ) is connected from input variables.