DE102015220850A1

DE102015220850A1 - Method and device for operating a drive device, drive device

Info

Publication number: DE102015220850A1
Application number: DE102015220850.8A
Authority: DE
Inventors: Volker Drewes; Frank Brenner; Dietmar Uhlenbrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (2), insbesondere eines Kraftfahrzeugs (1), die einen Verbrennungsmotor (3) und einen elektromotorischen Verdichter (7) aufweist, wobei eine Soll-Drehzahl (nsoll) des Verdichters (7) in Abhängigkeit von einem Antriebssolldrehmoment des Verbrennungsmotors (3) vorgegeben wird. Es ist vorgesehen, dass bei einem insbesondere sprunghaften Erhöhen des Antriebssolldrehmoments der Verdichter (7) beschleunigt wird, bis er die Soll-Drehzahl (nsoll) um einen vorgebbaren Wert überschreitet.The invention relates to a method for operating a drive device (2), in particular a motor vehicle (1), which has an internal combustion engine (3) and an electromotive compressor (7), wherein a desired rotational speed (nsetpoint) of the compressor (7) in dependence is specified by a drive setpoint torque of the internal combustion engine (3). It is envisaged that, in particular, a sudden increase in the desired drive torque of the compressor (7) is accelerated until it exceeds the target speed (nsetpoint) by a predetermined value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor und einen elektromotorischen Verdichter aufweist, wobei eine Soll-Drehzahl des Verdichters in Abhängigkeit von einem Antriebssolldrehmoment des Verbrennungsmotors vorgegeben wird. The invention relates to a method for operating a drive device, in particular a motor vehicle, which has an internal combustion engine and an electromotive compressor, wherein a desired rotational speed of the compressor is predetermined in dependence on a nominal drive torque of the internal combustion engine.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer derartigen Antriebsvorrichtung sowie eine entsprechende Antriebsvorrichtung. Furthermore, the invention relates to a device for operating such a drive device and a corresponding drive device.

Stand der Technik State of the art

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Verbrennungsmotoren durch zusätzliche Aufladesysteme den Ladedruck in den Brennräumen zu erhöhen, um und damit die in den Brennraum einspritzbare Kraftstoffmenge und die dadurch erzielbare Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Das Erhöhen des Ladedrucks erfolgt dabei üblicherweise durch einen oder mehrere Verdichter, die Frischluft ansaugen, komprimieren und mit Überdruck dem Verbrennungsmotor zuführen. In the case of internal combustion engines, it is known from prior art to increase the boost pressure in the combustion chambers by means of additional charging systems in order to increase the quantity of fuel that can be injected into the combustion chamber and the power of the internal combustion engine that can be achieved thereby. The increase of the boost pressure is usually carried out by one or more compressors that suck fresh air, compress and feed the engine with overpressure.

Dabei sind unterschiedliche Auflagesysteme bekannt. Wohl am weitesten verbreitet sind die Abgasturbolader, die eine vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetriebene Turbine aufweisen, welche mit einem Radialverdichter zu dessen Antrieb verbunden ist. Auch sind Kompressoren bekannt, die mechanisch mit dem Verbrennungsmotor, beispielsweise durch einen Riementrieb, verbunden sind und damit direkt von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Damit ist die Drehzahl der Kompressoren auch direkt abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Darüber hinaus verbraucht der Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kompressors zusätzlichen Kraftstoff. Bekannte Kompressoren sind beispielsweise Rootsgebläse oder Spiralverdichter. Different support systems are known. Probably the most widespread are the exhaust gas turbochargers, which have a turbine driven by the exhaust gas flow of the internal combustion engine, which is connected to a radial compressor for its drive. Compressors are also known which are mechanically connected to the internal combustion engine, for example by means of a belt drive, and are therefore driven directly by the internal combustion engine. Thus, the speed of the compressors is also directly dependent on the speed of the engine. In addition, the internal combustion engine consumes additional fuel to drive the compressor. Known compressors are, for example, Roots blower or scroll compressor.

Bei einer sprunghaften Lastanforderung beziehungsweise bei einem Lastsprung, wenn also ein im Vergleich zum aktuell angeforderten Drehmoment deutlich erhöhtes Soll-Drehmoment des Verbrennungsmotors angefordert wird, muss zwischen dem Verdichter und dem Verbrennungsmotor ein verhältnismäßig großes Luftvolumen von etwa 4 bis 10 Liter aufgepumpt werden, das durch die Verbindungskanälen zwischen Verdichter und Verbrennungsmotor bedingt ist. Mit zunehmendem Luftvolumen verlangsamt sich der Druckaufbau. Weil insbesondere Abgasturbolader träge auf einen Lastsprung reagieren, wird dazu übergegangen, elektromotorische Verdichter vorzusehen, die jederzeit bei Bedarf den Ladedruck unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors erhöhen können. Die Ansprechzeit elektromotorisch betriebener Verdichter ist sehr kurz, sodass auch sehr dynamische Zustände und plötzliche Lastsprünge durchgeführt werden können. Eine häufig verwendete Bauform eines elektromotorischen Verdichters ist die eines Radialverdichters oder Strömungsverdichters. Für nennenswerte geförderte Drücke muss ein Radialverdichter jedoch prinzipbedingt auf eine maximale Drehzahl hochgefahren werden. Bei einem geforderten Nenndruck und bei den verschiedenen Fördermengen der Lastpunkte variiert das Antriebsmoment, und weniger die Drehzahl. Im Gegensatz dazu ist bei einem mit Verdrängerprinzip arbeitenden Verdichter, wie Spiralverdichter oder Rootsgebläse, die Fördermenge abhängig von der Drehzahl und das Drehmoment bestimmt den Druck. In a sudden load request or a load jump, so if a compared to the currently requested torque significantly increased target torque of the engine is required, between the compressor and the engine, a relatively large volume of air of about 4 to 10 liters must be inflated by the connection channels between compressor and internal combustion engine is conditional. As the volume of air increases, the pressure build-up slows down. Because, in particular exhaust gas turbocharger react sluggishly to a load jump, it is transferred to provide electric motor compressors that can increase the boost pressure regardless of the operating condition of the engine whenever needed. The response time of electric motor operated compressors is very short, so that even very dynamic states and sudden load jumps can be performed. A frequently used design of an electromotive compressor is that of a radial compressor or flow compressor. For significant promoted pressures, however, a centrifugal compressor must be driven up to a maximum speed due to the principle. At a required nominal pressure and at the different flow rates of the load points, the drive torque varies, and less the speed. In contrast, in a positive-displacement compressor, such as a scroll compressor or Roots blower, the delivery rate is dependent on the speed and the torque determines the pressure.

Wenn nun ein Lastpunkt mit niedriger Fördermenge angefahren werden soll, der beispielsweise nur ein Drittel des maximalen Luftmassenstroms beträgt, so muss der Verdichter mit Verdrängerprinzip auch nur auf ein Drittel der maximalen Drehzahl hochgefahren werden. Dieses reduziert die aufzuwendende Energie im Betrieb des Verdichters für Lastpunkte mit geringer Fördermenge und damit auch die erforderliche Hochlaufzeit, bis der Verdichter beziehungsweise dessen Laufzeug die gewünschte Soll-Drehzahl erreicht hat. Now, if a load point to be approached with low flow, for example, is only one third of the maximum air mass flow, so the compressor with positive displacement must be raised only to one third of the maximum speed. This reduces the energy to be expended in the operation of the compressor for load points with low flow and thus the required run-up time until the compressor or its running tool has reached the desired target speed.

Die elektrische Energie, die bei Inbetriebnahme eines elektromotorischen Verdichters verbraucht wird, ist dennoch verhältnismäßig groß und daher kostbar. Die Leistungsmöglichkeiten eines derartigen Verdichters hängen auch stark von dem den Verdichter betreibenden elektrischen System des Kraftfahrzeugs ab. Dabei sind Systeme von 12 Volt und 48 Volt Versorgungsspannung mittlerweile in vielen Kraftfahrzeugen bekannt. The electrical energy that is consumed at startup of an electric motor compressor is still relatively large and therefore precious. The capabilities of such a compressor also depend heavily on the compressor operating electrical system of the motor vehicle. Systems of 12 volt and 48 volt supply voltage are now known in many motor vehicles.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei möglichst niedrigem Energieverbrauch und elektrischer Leistung eine maximale Wirkung bei einer erhöhten Soll-Drehmomentanforderung erreicht werden. Bei gleicher maximal eingesetzter elektrischer Leistung, im Vergleich zu bekannten Verfahren, können etwa 10% bis 20% höhere Drücke und pneumatische Leistungen (Ladedruck) erzielt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass bei einem insbesondere sprunghaft erhöhten Antriebssolldrehmoment beziehungsweise bei einem aufgetretenen Lastsprung der Verdichter beschleunigt wird, bis er die Soll-Drehzahl um einen vorgebbaren Wert überschreitet. Im Unterschied zu konventionellen Verfahren wird der Verdichter also nicht bis an die Soll-Drehzahl herangefahren, sondern derart weit beschleunigt, dass er die Soll-Drehzahl überschreitet. Dadurch erhält das Laufzeug des Verdichters eine höhere kinetische Energie, als sie bei Erreichen der Soll-Drehzahl erreichen würde. Bei kleinen und mittleren Fördermengen läuft der Verdichter außerdem schneller hoch als sich der Druck im Saugrohr beziehungsweise ein Gegendruck aufbaut. Sobald der Druck aufgebaut ist, ist es nun möglich, kurzzeitig einen erhöhten Ladedruck zu erzielen, weil die maximale elektrische Leistung zusammen mit der in dem Laufzeug gespeicherten erhöhten kinetischen Energie genutzt wird, um den Ladedruck zu erhöhen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also erreicht, dass ein erhöhter Ladedruck nicht nur aufgrund der elektromotorischen Leistung des insbesondere nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Verdichters erzeugt wird, sondern auch durch die als kinetische Energie gespeicherte Leistung. The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, with the lowest possible energy consumption and electrical power, a maximum effect is achieved with an increased nominal torque requirement. At the same maximum applied electrical power, compared to known methods, about 10% to 20% higher pressures and pneumatic performance (boost pressure) can be achieved. This is achieved according to the invention by accelerating the compressor in the event of a particularly sudden increase in the nominal drive torque or in the event of a load jump occurring, until it exceeds the setpoint speed by a predefinable value. In contrast to conventional methods, the compressor is thus not moved up to the target speed, but accelerated so far that it exceeds the target speed. This gives the running gear of the Compressor higher kinetic energy than they would reach when reaching the target speed. For small and medium flow rates, the compressor also runs faster than the pressure in the intake manifold or a back pressure builds up. Once the pressure is built up, it is now possible to temporarily increase the boost pressure because the maximum electrical power is used along with the increased kinetic energy stored in the rotor to increase the boost pressure. By the method according to the invention is thus achieved that an increased boost pressure is generated not only due to the electromotive power of the particular operating on the positive displacement compressor, but also by the kinetic energy stored power.

Bevorzugt wird der Verdichter beziehungsweise sein Laufzeug schnellstmöglich beschleunigt, sodass er in kurzer Zeit die Soll-Drehzahl überschreitet und somit kinetische Energie im Laufzeug speichern kann. Bei einem langsamen Hochlauf des Verdichters würde der Gegendruck mitansteigen, sodass ein Überschwingen der Drehzahl beziehungsweise das Speichern kinetischer Energie im Laufzeug des Verdichters durch den Gegendruck verhindert werden könnte. Der Verdichter wird somit bevorzugt zumindest schneller beschleunigt als der Gegendruck in dem Luftsystem aufgebaut werden kann. Preferably, the compressor or its running gear is accelerated as quickly as possible, so that it exceeds the target speed in a short time and thus can store kinetic energy in the running tool. At a slow start-up of the compressor, the back pressure would increase, so that an overshoot of the speed or the storage of kinetic energy in the running gear of the compressor could be prevented by the back pressure. The compressor is thus preferably accelerated at least faster than the back pressure in the air system can be established.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehzahl des Verdichters nach Überschreiten der Soll-Drehzahl verringert wird. Dies erfolgt einerseits dadurch, dass die gespeicherte kinetische Energie abgebaut wird. Andererseits wird bevorzugt die elektrische Leistung verringert, um die Drehzahl des Verdichters an die Soll-Drehzahl abzusenken, sodass ein Betriebspunkt eingestellt wird, an welchem der gewünschte Ladedruck sicher vorliegt. According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the speed of the compressor is reduced after exceeding the target speed. This is done on the one hand by the fact that the stored kinetic energy is reduced. On the other hand, the electric power is preferably reduced to lower the speed of the compressor to the target speed, so that an operating point is set at which the desired boost pressure is safe.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verdichter leistungsbegrenzt beschleunigt wird. Dadurch wird erreicht, dass der Verdichter schnellstmöglich beschleunigt wird. Weil hierdurch außerdem kinetische Energie gespeichert wird, ergibt sich ein Vorteil in der Gesamt-Energiebilanz. Furthermore, it is preferably provided that the compressor is accelerated limited power. This ensures that the compressor is accelerated as quickly as possible. Because this also kinetic energy is stored, there is an advantage in the overall energy balance.

Besonders bevorzugt wird das Verfahren bei niedrigen bis mittleren Fördermengen des Verdichters eingesetzt. Bei niedrigen bis mittleren Fördermengen wirkt sich der Vorteil des Überschreitens der Soll-Drehzahl besonders aus. Aufgrund des geringeren Gegendrucks läuft der Verdichter schneller hoch auf die gewünschte Drehzahl und insbesondere läuft der Verdichter schneller hoch als der Gegendruck aufgebaut wird, sodass, wie zuvor beschrieben, kinetische Energie im Laufzeug des Verdichters gespeichert wird. Bei höheren Fördermengen fällt der Effekt nicht mehr so stark auf. Dabei wird bevorzugt bei hohen Fördermengen auf das Überschreiten der Drehzahl beim Hochfahren des Verdichters verzichtet, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen. Unter einer niedrigen Fördermenge ist in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung etwa ein Drittel der maximal möglichen Luftfördermenge des Verdichters zu verstehen, unter einer mittleren Fördermenge etwa zwei Drittel der maximal möglichen Luftfördermenge. Particularly preferably, the method is used at low to medium flow rates of the compressor. At low to medium flow rates, the advantage of exceeding the target speed has a special effect. Due to the lower backpressure, the compressor runs faster up to the desired speed and, in particular, the compressor runs up faster than the back pressure is built up, so that, as described above, kinetic energy is stored in the rotor of the compressor. At higher flow rates, the effect is no longer so strong. It is preferably dispensed with high flow rates on the exceeding of the speed when starting the compressor, so as not to consume energy unnecessarily. Under a low flow rate is in connection with the present invention about one third of the maximum possible air flow rate of the compressor to understand, with an average flow rate about two thirds of the maximum possible air flow.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehzahl dabei stetig verringert wird. Dadurch wird vermieden, dass durch einen plötzlichen Drehzahlabfall Druckschwingungen im Luftsystem entstehen. Darüber hinaus wird dadurch der Ladedruck ohne spürbare Schwankungen auf den gewünschten Wert geführt. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the speed is thereby reduced steadily. This avoids the risk of pressure oscillations in the air system due to a sudden drop in speed. In addition, the boost pressure is thereby brought to the desired value without noticeable fluctuations.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. The device according to the invention with the features of claim 7 is characterized by a specially prepared control unit, which performs the inventive method when used as intended. This results in the already mentioned advantages. Further advantages and preferred features emerge in particular from the previously described and from the claims.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch für den Betrieb der Antriebsvorrichtung die zuvor bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Verdichter als nach dem Verdrängerprinzip arbeitend, insbesondere als Rootsgebläse oder Spiralverdichter ausgebildet ist. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass dem Verbrennungsmotor ein Abgasturbolader mit einer Turbine und einem mit der Turbine wirkverbundenen Verdichter zugeordnet ist, wobei der elektromotorisch betreibbare Verdichter dem Verdichter des Abgasturboladers strömungstechnisch bevorzugt vorgeschaltet oder alternativ nachgeschaltet ist. The drive device according to the invention with the features of claim 8 is characterized by the inventive device. This results in the operation of the drive device already mentioned above advantages. Further advantages and preferred features emerge in particular from the previously described and from the claims. In particular, it is provided that the compressor is designed as operating on the displacement principle, in particular as a Roots blower or scroll compressor. Furthermore, it is preferably provided that the internal combustion engine is associated with an exhaust gas turbocharger with a turbine and a compressor operatively connected to the turbine, wherein the compressor operable by electric motor is preferably upstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger or alternatively connected downstream.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this

1 eine Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung und 1 a drive device of a motor vehicle in a simplified representation and

2 ein Diagramm zur Erläuterung eines vorteilhaftes Verfahrens zum Betreiben der Antriebsvorrichtung. 2 a diagram for explaining an advantageous method for operating the drive device.

1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Antriebsvorrichtung 2, die einen Verbrennungsmotor 3 aufweist, der durch eine Kupplung 4 mit einem Schaltgetriebe 5 verbunden ist, dessen Abtriebswelle mit Antriebsrädern 6 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Dem Verbrennungsmotor 3 ist ein Verdichter 7 zugeordnet, der durch einen Elektromotor 8 antreibbar ist, um Frischluft anzusaugen und verdichtet dem Verbrennungsmotor 2 zur Leistungssteigerung zuzuführen. Der Verdichter 7 arbeitet nach dem Verdrängerprinzip und ist dazu insbesondere als Rootsgebläse oder Spiralverdichter ausgebildet. Ein Steuergerät 9 ist dazu mit dem Elektromotor 8 verbunden und außerdem mit einem der Fahrerkabine des Kraftfahrzeugs 1 zugeordneten Gaspedal, das vom Fahrer betätigbar ist. 1 shows in a simplified plan view of a motor vehicle 1 with a drive device 2 that is an internal combustion engine 3 that is through a coupling 4 with a manual transmission 5 is connected, whose output shaft with drive wheels 6 of the motor vehicle 1 connected is. The internal combustion engine 3 is a compressor 7 assigned by an electric motor 8th is drivable to suck in fresh air and compresses the internal combustion engine 2 to increase performance. The compressor 7 works on the displacement principle and is designed in particular as a Roots blower or scroll compressor. A control unit 9 is with the electric motor 8th connected and also with one of the driver's cab of the motor vehicle 1 associated accelerator pedal, which is operable by the driver.

Dem Verbrennungsmotor 2 ist außerdem ein Abgasturbolader 11 zugeordnet, der einen vorliegend als Radialverdichter ausgebildeten Verdichter 12 und eine Turbine 13 aufweist. Dem Verdichter 12 ist der Verdichter 7 strömungstechnisch vorgeschaltet, sodass von dem Verdichter 7 verdichtete Frischluft dem Verdichter 12 zugeführt wird. Der Abgasstrom des Verbrennungsmotors 2 wird der Turbine 13 zugeführt, um den Abgasturbolader 11 anzutreiben. The internal combustion engine 2 is also an exhaust gas turbocharger 11 assigned, which is a present designed as a radial compressor compressor 12 and a turbine 13 having. The compressor 12 is the compressor 7 fluidly upstream, so from the compressor 7 compressed fresh air to the compressor 12 is supplied. The exhaust gas flow of the internal combustion engine 2 becomes the turbine 13 fed to the exhaust gas turbocharger 11 drive.

Im Unterschied zu dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, den elektromotorisch antreibbaren Verdichter 7 stromabwärts des Verdichters 12 anzuordnen. In contrast to the embodiment described herein, it is also conceivable, the electric motor driven compressor 7 downstream of the compressor 12 to arrange.

In Abhängigkeit von einer Soll-Drehmomentforderung, die von dem Fahrer durch das Betätigen des Gaspedals 10 vorgegeben wird, steuert das Steuergerät 9 den Verbrennungsmotor 2 und auch den Elektromotor 8 an, sodass die Antriebsvorrichtung 2 das gewünschte Antriebssolldrehmoment an den Antriebsrädern 6 realisiert. In response to a desired torque request from the driver by pressing the accelerator pedal 10 is specified controls the controller 9 the internal combustion engine 2 and also the electric motor 8th so that the drive device 2 the desired drive setpoint torque at the drive wheels 6 realized.

Ausgehend von einem niedrigen Antriebssolldrehmoment wird die Antriebsvorrichtung 2 durch das Steuergerät 9 folgendermaßen angesteuert, wenn ein Lastsprung, also ein deutlich erhöhtes Antriebssolldrehmoment sprunghaft gefordert wird:
Der Verdichter 7 wird maximal schnell und leistungsbegrenzt derart beschleunigt, dass er eine Soll-Drehzahl n_soll, die zum Erreichen des gewünschten Ladedrucks notwendig ist, um einen vorgebbaren Wert überschreitet, sodass das Laufzeug des Verdichters eine höhere kinetische Energie aufweist als bei der eigentlichen Soll-Drehzahl. Der Verdichter 7 läuft bei kleinen und mittleren Fördermengen schneller hoch als sich der Druck beziehungsweise der Gegendruck in dem Saugrohr zu dem Verbrennungsmotor 3 aufbaut. Wenn der Druck aufgebaut ist, kann kurzzeitig ein etwas größerer Druck sowie pneumatische Leistung erzielt werden, als bei einer konventionellen Ansteuerung der Brennkraftmaschine, bei welcher der Verdichter 7 lediglich auf die Soll-Drehzahl hochbeschleunigt wird, weil die maximale elektrische Leistung plus die zusätzlich gespeicherte kinetische Energie des Verdichter 7 zum Erhöhen des Ladedrucks beitragen. Die Drehzahl sinkt anschließend langsam auf die Soll-Drehzahl n_soll ab. Weil der Verdichter 7 nur kurzzeitig in Betrieb ist, passt diese Betriebsstrategie sehr gut zum kurzzeitigen Ermöglichen von Lastsprüngen. Starting from a low drive setpoint torque, the drive device 2 through the control unit 9 controlled as follows, when a load step, so a significantly increased drive setpoint torque is suddenly required:
The compressor 7 becomes maximum speed and capacity limited so accelerated that he n _to a target rotational speed which is necessary to achieve the desired charging pressure to exceed a predetermined value, so that the rotor assembly of the compressor has a higher kinetic energy than the actual target speed. The compressor 7 runs at small and medium flow rates faster than the pressure or the back pressure in the intake manifold to the engine 3 builds. When the pressure is built up, a slightly greater pressure and pneumatic power can be achieved for a short time, than in a conventional control of the internal combustion engine, in which the compressor 7 only accelerated to the target speed, because the maximum electric power plus the additional stored kinetic energy of the compressor 7 contribute to increasing the boost pressure. The speed then drops slowly to the setpoint speed n _soll . Because the compressor 7 is operating only for a short time, this operating strategy fits very well for the short-term enabling of load jumps.

Je höher und schneller der Ladedruck durch den Verdichter 7 aufgebaut wird, desto schneller wird der konventionelle Verdichter 7 hochbeschleunigt. Dies hat folgende Vorteile: Zum einen erfolgt der Momentenaufbau des Verbrennungsmotors 3 sehr spontan beziehungsweise dynamisch, und das sogenannte „Turboloch“ wird vermindert oder vollständig ausgeblendet. Weiterhin kann der Verdichter 7 früher abgeschaltet und damit elektrische Energie gespart werden. Alternativ kann der Verdichter 7 für größere Verbrennungsmotoren, Leistungsklassen und/oder Literleistungen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Der Elektromotor 8 wird dabei bevorzugt durch ein 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt System betrieben werden, je nach Leistungsanforderung. The higher and faster the boost pressure through the compressor 7 is built, the faster the conventional compressor 7 highly accelerated. This has the following advantages: Firstly, the torque build-up of the internal combustion engine takes place 3 very spontaneous or dynamic, and the so-called "turbo lag" is reduced or completely hidden. Furthermore, the compressor 7 shut down earlier and thus save electrical energy. Alternatively, the compressor 7 be used for larger internal combustion engines, performance classes and / or liter performance of internal combustion engines. The electric motor 8th is preferably operated by a 12 volt, 24 volt or 48 volt system, depending on the power requirement.

Anhand von 2 soll das Verfahren näher erörtert werden. Die 2 zeigt 4 Diagramme, die jeweils über die Zeit t aufgetragen die Drehzahl n des Verdichters 7, die elektrische Leistung P, den durch den Verdichter 7 erzeugten Verdichterdruck p sowie die pneumatische Leistung P_pneu des Verdichters 7 darstellt. Based on 2 the procedure should be discussed in more detail. The 2 shows 4 diagrams, each plotted over time t, the speed n of the compressor 7 , the electric power P, passing through the compressor 7 generated compressor pressure p and the pneumatic power P _{pneu of} the compressor 7 represents.

Dargestellt ist dabei ein Betriebspunkt der Antriebsvorrichtung 2 mit mittlerer Förderleistung, bei welchem der Ladedruck p die erforderliche Luftmenge (als statischer Betriebspunkt) die gesamte maximal zur Verfügung stehende elektrische Leistung erfordert. Bei niedrigen Fördermengen wird der beschrieben Effekt stärker erkenn- und spürbar, weil der Verdichter 7 noch schneller hochläuft als der Druckaufbau erfolgt. Bei höheren bis maximalen Luftmengen ist dieser Effekt weniger bis gar nicht erzielbar, weil die Drehzahl n des Verdichters 7 sowie der Verdichterdruck p tendenziell gleich schnell ansteigen. In diesem Bereich ist der Effekt nicht so nützlich, weil hier, insbesondere in einem Drehzahlbereich größer 2000 U/min, der Verdichter 7 schnell hochläuft und hier kein beziehungsweise nur geringes Turboloch vorliegt. Die beschrieben Regelstrategie soll somit bei niedrigen bis mittleren Fördermengen eingesetzt werden. Der Effekt ist umso stärker einsetzbar, umso größer das zu füllende Saugrohrvolumen zu dem Verbrennungsmotor 3 ist. Umso größer das Volumen ist, desto mehr kann die Drehzahl dem Druckaufbau vorauseilen. Shown here is an operating point of the drive device 2 medium capacity, in which the boost pressure p requires the required amount of air (as a static operating point) the total maximum available electrical power. At low flow rates, the described effect is more noticeable and noticeable because of the compressor 7 starts up even faster than the build-up of pressure. At higher to maximum air volumes, this effect is less or not achievable, because the speed n of the compressor 7 and the compressor pressure p tend to increase equally fast. In this area, the effect is not so useful because here, especially in a speed range greater than 2000 U / min, the compressor 7 starts up quickly and there is no or only low turbo lag. The described control strategy should therefore be used at low to medium flow rates. The effect is all the more usable, the larger the intake pipe volume to be filled to the internal combustion engine 3 is. The larger the volume, the more the speed can precede the pressure build-up.

Die Diagramme in 2 zeigen jeweils mit einer dünnen Linie das Verhalten bei einer konventionellen Ansteuerung der Antriebsvorrichtung 2 und mit einer dicken Linie das Verhalten der Antriebsvorrichtung 2 bei der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ansteuerung an. The diagrams in 2 each show with a thin line the behavior in a conventional control of the drive device 2 and with a thick line the behavior of the drive device 2 in the previously described advantageous control.

Während der ersten Millisekunden bis zum Punkt P1 ist kein Unterschied zwischen den Hochläufen zu erkennen. Hier wird mit maximaler Beschleunigung gemäß der Massenträgheit des Elektromotors 8 und des Verdichters 7, der insbesondere als Spirallader ausgebildet ist, und der maximal zur Verfügung stehenden Leistung hoch beschleunigt. During the first milliseconds to the point P1, no difference between the heats can be seen. Here is with maximum acceleration according to the inertia of the electric motor 8th and the compressor 7 , which is designed in particular as a spiral loader, and the maximum available power is highly accelerated.

Am Punkt P1 wird bei einer konventionellen Regelung die Leistung P reduziert, wie in dem zweiten Diagramm von oben ersichtlich ist. Bei der vorliegenden Ansteuerung der Antriebsvorrichtung 2 ist jedoch vorgesehen, dass die Leistung P konstant maximal gehalten und der Verdichter 7 folglich weiter beschleunigt wird. At point P1, in a conventional control, the power P is reduced, as seen in the second diagram from above. In the present control of the drive device 2 However, it is provided that the power P kept constant maximum and the compressor 7 Consequently, it will be further accelerated.

Zu dem Zeitpunkt P2 wird die eigentlich zu erreichende Soll-Drehzahl n_soll, die bei einer konventionellen Regelung zu erreichen ist, überschritten. Dies ist möglich, weil der statisch maximal erreichbare Druck p noch nicht erreicht ist. At the time P2, the actual target speed n _{soll to be reached} , which is to be achieved in a conventional control, exceeded. This is possible because the statically maximum achievable pressure p has not yet been reached.

Am Punkt P3 ist ein Weiterbeschleunigen des Verdichters 7 nicht mehr möglich, weil die pneumatisch maximal erreichbare Leistung p_pneu,max erreicht ist. Der Ladedruck p hat hingegen noch nicht den Soll-Druck p_soll erreicht. At point P3 is a further acceleration of the compressor 7 no longer possible because the maximum achievable pneumatic power p _{pneu, max is} reached. The boost pressure p, however, has not yet reached the desired pressure p _soll .

Zwischen den Punkten P3 und P4 kann jetzt mehr Druck und pneumatische Leistung gefördert werden als mit konventioneller Regelung statisch maximal möglich wäre. Die kinetische Energie des Laufzeugs des Verdichters 7 wird zusammen mit der maximal elektrischen Leistung dazu verwendet. Dies ist erkennbar durch die langsame Reduktion der Drehzahl n auf die Zieldrehzahl n_soll nach dem Punkt P3. Es wird also, wie bei einem Schwungrad, kinetische Energie in pneumatische Förderleistung umgesetzt. Between the points P3 and P4 now more pressure and pneumatic power can be promoted than with conventional control statically maximum possible. The kinetic energy of the rotor of the compressor 7 is used together with the maximum electrical power. This can be seen by the slow reduction of the speed n to the target speed n _soll after the point P3. Thus, as with a flywheel, kinetic energy is translated into pneumatic delivery.

Vorliegend wird sich dabei zu Nutze gemacht, dass bei einem Lastpunkt mit einer geringeren Fördermenge die aufzuwendende Energie reduziert wird. Um dennoch einen gewünschten Ladedruck schnell zu erreichen, wird kinetische Energie aufgebaut und in dem Laufzeug des Verdichters 7 gespeichert. Es wird somit beim Einsatz von nur wenig Energie die maximale Wirkung gewährleistet und der Einsatzbereich der Antriebsvorrichtung 2 auch auf größere Hubraumgrößen oder Motorleistungsklassen ermöglicht. In the present case, it is made use of the fact that at a load point with a lower flow rate, the energy to be expended is reduced. However, to quickly achieve a desired boost pressure, kinetic energy is built up and in the rotor of the compressor 7 saved. It is thus ensured when using only little energy, the maximum effect and the application of the drive device 2 also allows for larger displacement sizes or engine power classes.

Neben dem Effekt, dass das Turboloch kleiner oder sogar geschlossen wird, ergibt sich der Vorteil, dass ein kraftstoffsparender Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 möglich ist und bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren als Verbrennungsmotor 3 die Abgasnachbehandlung verbessert wird. Aufgrund einer verbesserten Abgasrückführungsverträglichkeit ergibt sich ein verbessertes Emissionsverhalten, wodurch gegebenenfalls auf teure Abgasnachbehandlungssysteme verzichtet werden kann. In addition to the effect that the turbo lag is smaller or even closed, there is the advantage that a fuel-efficient operation of the motor vehicle 1 is possible and in motor vehicles with diesel engines as internal combustion engine 3 the exhaust aftertreatment is improved. Due to an improved exhaust gas recirculation compatibility results in an improved emission behavior, which can optionally be dispensed expensive exhaust aftertreatment systems.

Mit der optimieren Ansteuerung ist ein deutlich verbessertes Ansprechverhalten der Antriebsvorrichtung 2 messbar und spürbar. Damit ist erstmalig ein elektromotorisch betriebener Verdichter 7 als Spiralverdichter für Verbrennungsmotoren selbst in einem konventionellen, günstigen 12 Volt-Bordnetzsystem sinnvoll betreibbar. With the optimized control is a significantly improved response of the drive device 2 measurable and noticeable. This is the first time an electric motor driven compressor 7 as a scroll compressor for internal combustion engines even in a conventional, cheap 12 volt electrical system operated usefully.

Claims

Method for operating a drive device ( 2 ), in particular a motor vehicle ( 1 ), which is an internal combustion engine ( 3 ) and an electromotive compressor ( 7 ), wherein a target rotational speed (n _soll ) of the compressor ( 7 ) in dependence on a drive setpoint torque of the internal combustion engine ( 3 ) is given, characterized in that in a particularly rapid increase of the drive torque of the compressor ( 7 ) is accelerated until it exceeds the setpoint speed (n _soll ) by a predeterminable value.

Method according to claim 1, characterized in that the compressor ( 7 ) is accelerated as fast as possible.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotational speed (n) of the compressor ( 7 ) _is reduced after exceeding the target speed (n _soll ).

A method according to claim 3, characterized in that the rotational speed (n) is reduced steadily.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 7 ) is accelerated only power limited.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method only at low to medium flow rates of the compressor ( 7 ) is carried out.

Device for operating a drive device, in particular a motor vehicle, comprising an internal combustion engine and an electromotive compressor ( 7 ), characterized by a specially prepared control device, which carries out the method according to one of claims 1 to 6 when used as intended.

Drive device ( 2 ) for a motor vehicle ( 1 ), with an internal combustion engine ( 3 ) and with an electromotive compressor ( 7 ), especially Scroll compressor or Roots blower, and with a device according to claim 7.