DE102015223635A1 - Method for controlling an aerodynamic compressor for an internal combustion engine and aerodynamic compressor for an internal combustion engine - Google Patents

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Axel-Oliver Koehler
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Abstract

Um ein Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters für einen Antrieb, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Brennstoffzellenantrieb, bereitzustellen, bei welchem die Nennleistung bzw. der Nennpunkt des Verdichters schnell erreicht werden kann und bei dem ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch und eine geringere CO2-Belastung erzielt werden, wird ein Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, vorgeschlagen, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und ein innerhalb des Verdichtergehäuses rotierbar gelagertes Verdichterrad aufweist, wobei der Verdichter eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Verdichterrades aufweist, wobei eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Verdichterrades vorgesehen ist, und wobei die Steuervorrichtung und/oder eine externe Vorrichtung auf Basis eines Betriebszustandes ermittelt, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist.In order to provide a method for controlling an aerodynamic compressor for a drive, in particular for an internal combustion engine or a fuel cell drive, in which the rated power or the nominal point of the compressor can be achieved quickly and in which a lower fuel consumption and a lower CO2 load are achieved , A method for controlling an aerodynamic compressor for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle, proposed, wherein the compressor comprises a compressor housing and a rotatably mounted within the compressor housing compressor wheel, the compressor having a drive device for driving the compressor wheel, wherein a Control device for controlling the rotational speed of the compressor wheel is provided, and wherein the control device and / or an external device based on an operating condition determines whether a Bedin tion is satisfied to control the speed of the compressor wheel to a predetermined idle speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters für einen Antrieb, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Brennstoffzellenantrieb, bevorzugt für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und ein innerhalb des Verdichtergehäuses rotierbar gelagertes Verdichterrad aufweist, wobei der Verdichter eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Verdichterrades aufweist, und wobei eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl des Verdichterrades vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung einen aerodynamischen Verdichter für einen Antrieb, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, und ein Kraftfahrzeug mit einem Antrieb, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, wobei das Kraftfahrzeug einen aerodynamischen Verdichter umfasst. The invention relates to a method for controlling an aerodynamic compressor for a drive, in particular for an internal combustion engine or a fuel cell drive, preferably for an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the compressor has a compressor housing and a rotatably mounted within the compressor housing compressor wheel, wherein the compressor is a drive device for Having drive of the compressor wheel, and wherein a control device for controlling and / or regulating the rotational speed of the compressor wheel is provided. Furthermore, the invention relates to an aerodynamic compressor for a drive, in particular for an internal combustion engine, more particularly for an internal combustion engine of a motor vehicle, and a motor vehicle with a drive, in particular an internal combustion engine, wherein the motor vehicle comprises an aerodynamic compressor.

Technisches Gebiet Technical area

Es ist bekannt bei Antrieben, wie Brennstoffzellenantrieben oder Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, einen Turbolader zur Leistungs- und Effizienzsteigerung einzusetzen. Ein Turbolader einer Verbrennungskraftmaschine umfasst eine im Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Abgasturbine, welche über eine Welle eine Verdichterstufe antreibt, wobei die Verdichterstufe im Ansaugstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Der Turbolader bezieht Energie aus dem Restdruck der Abgase der Verbrennungskraftmaschine und sorgt mittels der durch die Abgasturbine angetriebenen Verdichterstufe für einen erhöhten Luftdurchsatz, wodurch die Ansaugarbeit des Kolbens der Verbrennungskraftmaschine reduziert wird. It is known in drives, such as fuel cell drives or internal combustion engines, especially in internal combustion engines for motor vehicles, to use a turbocharger to increase performance and efficiency. A turbocharger of an internal combustion engine comprises an exhaust gas turbine arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine, which drives a compressor stage via a shaft, the compressor stage being arranged in the intake line of the internal combustion engine. The turbocharger draws energy from the residual pressure of the exhaust gases of the internal combustion engine and ensures by means of the compressor stage driven by the exhaust gas turbine for an increased air flow, whereby the intake work of the piston of the internal combustion engine is reduced.

Dabei tritt das Problem auf, dass bei niedrigen Abgasströmen der gewünschte Ladedruck nicht erzeugt werden kann. Erst wenn bei steigender Drehzahl ein ausreichend starker Abgasstrom zur Verfügung steht, setzt die Turboaufladung ein. Hierdurch setzt die Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine verzögert ein. Dieses Phänomen wird umgangssprachlich auch als „Turboloch“ bezeichnet. The problem arises that at low exhaust flows of the desired boost pressure can not be generated. Only when a sufficiently strong exhaust gas flow is available with increasing speed, the turbocharging starts. As a result, the power output of the internal combustion engine is delayed. This phenomenon is colloquially referred to as "turbo lag".

Zur Lösung dieses Problems ist aus dem Stand der Technik bekannt, einen elektrischen Turbolader vorzusehen, wobei ein Elektromotor an der Welle zwischen Abgasturbine und Verdichterstufe angeordnet ist, wobei der Elektromotor bei niedrigen Abgasströmen die Verdichterstufe elektrisch antreibt. To solve this problem, it is known from the prior art to provide an electric turbocharger, wherein an electric motor is arranged on the shaft between the exhaust turbine and the compressor stage, wherein the electric motor electrically drives the compressor stage with low exhaust gas flows.

Ferner sind Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen im Ansaugstrang stromaufwärts der Verdichterstufe des Turboladers eine weitere Verdichterstufe, welche elektrisch angetrieben ist, angeordnet ist. Die weitere Verdichterstufe sorgt bei niedrigen Abgasströmen für eine Voraufladung, wodurch das Turboloch umgangen werden kann. Eine weitere bekannte Lösung besteht in der Vorsehung verstellbarer Leitschaufeln der Abgasturbine, wodurch auch bei geringen Abgasströmen ein ausreichendes Drehmoment über die Abgasturbine auf die Verdichterstufe übertragen werden kann. Furthermore, solutions from the prior art are known in which upstream of the compressor stage of the turbocharger, a further compressor stage, which is electrically driven, is arranged in the intake line. The further compressor stage ensures a pre-charge at low exhaust gas flows, whereby the turbo lag can be bypassed. Another known solution consists in the provision of adjustable guide vanes of the exhaust gas turbine, whereby a sufficient torque can be transmitted via the exhaust gas turbine to the compressor stage even at low exhaust gas flows.

Stand der Technik State of the art

Aus der GB 250 49 53 A ist ein Motorsystem und ein Verfahren zur Steuerung des Motorsystems bekannt, wobei das System einen Mehrzylindermotor mit mindestens einem deaktivierbaren Zylinder, einen Turbolader und einen elektrischen Booster aufweist. Der Booster versorgt die Verdichterstufe des Turboladers mit druckbeaufschlagter Luft, wenn mindestens einer der Zylinder deaktiviert ist und mindestens eine Betriebsbedingung für den Booster zutrifft. From the GB 250 49 53 A For example, an engine system and method for controlling the engine system is known, the system having a multi-cylinder engine with at least one deactivatable cylinder, a turbocharger and an electric booster. The booster supplies pressurized air to the turbocharger compressor stage when at least one of the cylinders is deactivated and at least one operating condition for the booster is met.

Aus der WO 2006/087014 A1 ist eine Turboladervorrichtung und eine Steuerungsmethode zur Steuerung der Turboladervorrichtung bekannt, wobei ein elektrischer Motor zum elektrischen Antrieb der Verdichterstufe vorgesehen ist. From the WO 2006/087014 A1 a turbocharger device and a control method for controlling the turbocharger device is known, wherein an electric motor for electrically driving the compressor stage is provided.

Eine weitere Vorrichtung umfassend einen elektrischen Turbolader ist aus der JP 2006/194206 A bekannt. Another device comprising an electric turbocharger is known from JP 2006/194206 A known.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen tritt jedoch das Problem auf, dass die Verdichterstufe des Turbolader oder eines weiteren Verdichters, wie eines Boosters, bei erhöhter Leistungsanforderung schnell den Nennpunkt bzw. die Nennleistung erreichen muss. So kann es erforderlich sein, dass die Verdichterstufe des Turboladers oder eines weiteren Verdichters, wie eines Boosters, mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird, da die Verfahren zum Anlauf eines elektrischen Turboladers oder eines weiteren Verdichters, bei denen oft ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) eingesetzt wird, Zeit benötigen. In the solutions known from the prior art, however, there is the problem that the compressor stage of the turbocharger or another compressor, such as a booster, must quickly reach the rated point or rated power at an increased power requirement. Thus, it may be necessary for the compressor stage of the turbocharger or another compressor, such as a booster, to be operated at an idling speed, since the methods for starting up an electric turbocharger or another compressor, often using a brushless direct current motor (BLDC motor) is used, take time.

Wird die Verdichterstufe jedoch mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben, so wird hierfür Energie in Form von elektrischer Energie benötigt. Diese Energie muss erzeugt werden und dies führt zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und zu einer erhöhten CO2-Belastung. However, if the compressor stage is operated at an idling speed, this requires energy in the form of electrical energy. This energy must be generated and this leads to higher fuel consumption and increased CO 2 pollution.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Presentation of the invention, object, solution, advantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters für einen Antrieb, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Brennstoffzellenantrieb, der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem die Nennleistung bzw. der Nennpunkt des Verdichters schnell erreicht werden kann und bei dem elektrische Energie eingespart wird und ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch und eine geringere CO2-Belastung erzielt werden. The invention is based on the object, a method for controlling an aerodynamic compressor for a drive, in particular for an internal combustion engine or a Fuel cell drive to provide the type mentioned, in which the rated power or the nominal point of the compressor can be achieved quickly and in which electrical energy is saved and a lower fuel consumption and a lower CO 2 load can be achieved.

Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen aerodynamischen Verdichter bereitzustellen, mit welchem im Vergleich zu einem bekannten herkömmlichen Verdichter der Gesamtbedarf an elektrischer Energie, der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Belastung verringert werden. It is a further object of the present invention to provide an aerodynamic compressor which reduces the overall electrical energy consumption, fuel consumption and CO 2 burden as compared with a conventional conventional compressor.

Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters für einen Antrieb, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Brennstoffzellenantrieb, bevorzugt für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, bereitzustellen, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und ein innerhalb des Verdichtergehäuses rotierbar gelagertes Verdichterrad aufweist, wobei der Verdichter eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Verdichterrades aufweist, und wobei eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl des Verdichterrades vorgesehen ist, wobei erfindungsgemäß die Steuervorrichtung und/oder eine externe Vorrichtung auf Basis eines Betriebszustandes ermittelt, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. For this purpose, the invention proposes to provide a method for controlling an aerodynamic compressor for a drive, in particular for an internal combustion engine or a fuel cell drive, preferably for an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the compressor has a compressor housing and a compressor housing rotatably mounted compressor wheel, wherein the Compressor having a drive device for driving the compressor wheel, and wherein a control device for controlling and / or regulating the speed of the compressor wheel is provided, wherein inventively the control device and / or an external device based on an operating condition determines whether a condition for controlling the speed of Compressor is satisfied to a predetermined idle speed.

Bei dem erfindungsgemäßen aerodynamischen Verdichter des Verfahrens kann es sich um einen Turbolader, insbesondere um einen elektrischen Turbolader, beziehungsweise um eine Verdichterstufe eines Turboladers handeln. Ferner ist es auch möglich, dass der erfindungsgemäße aerodynamische Verdichter in Form einer stromaufwärts und/oder stromabwärts eines Turboladers im Ansaugstrang eines Antriebes, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, anordbaren Verdichterstufe ausgebildet ist. Ein derartiger Verdichter wird auch Booster oder e-Charger genannt. The aerodynamic compressor of the method according to the invention may be a turbocharger, in particular an electric turbocharger, or a compressor stage of a turbocharger. Furthermore, it is also possible for the aerodynamic compressor according to the invention to be designed in the form of a compressor stage which can be arranged upstream and / or downstream of a turbocharger in the intake line of a drive, in particular an internal combustion engine. Such a compressor is also called a booster or e-charger.

Ferner kann der erfindungsgemäße aerodynamische Verdichter auch als aerodynamischer Verdichter mit drehzahlgeregeltem elektrischem Antrieb bezeichnet werden. Furthermore, the aerodynamic compressor according to the invention may also be referred to as an aerodynamic compressor with variable-speed electric drive.

Der Antrieb kann eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, sein. Ferner kann der Antrieb als Wasserstoffverbrennungsmotor oder als ein Brennstoffzellenantrieb, insbesondere als ein Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellenantrieb, ausgebildet sein. The drive may be an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle. Furthermore, the drive can be designed as a hydrogen combustion engine or as a fuel cell drive, in particular as a hydrogen-oxygen fuel cell drive.

Durch Vorsehung einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Drehzahl des Verdichterrades, wobei die Steuervorrichtung und/oder eine externe Vorrichtung auf Basis eines Betriebszustandes ermittelt, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist, wird vorteilhafterweise erreicht, dass ein schneller Anlauf des Verdichters innerhalb einer bestimmten kurzen Zeit von einer anfordernden Elektronik, zum Beispiel einem Motorsteuergerät, vom Verdichter gefordert werden kann. Das bedeutet, dass sich der Verdichter nur dann in einen Leerlaufzustand befinden muss oder befindet bzw. mit einer Leerlaufdrehzahl läuft, wenn es aufgrund des Betriebszustandes des Fahrzeuges möglich und/oder wahrscheinlich ist, dass ein schneller Anlauf vom Verdichter gefordert werden kann. By providing a control device for controlling the rotational speed of the compressor wheel, wherein the control device and / or an external device based on an operating condition determines whether a condition for controlling the speed of the compressor wheel is met to a predetermined idle speed, is advantageously achieved that a quick start of the compressor within a certain short time from a requesting electronics, for example an engine control unit, may be required by the compressor. This means that the compressor only has to be in an idle state or is running at an idling speed if it is possible and / or probable that a fast start-up of the compressor may be required due to the operating state of the vehicle.

Wenn zum Beispiel der Antrieb, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine oder der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit Volllast läuft, liefert ein Turbolader ein Druckverhältnis und einen Massenstrom bzw. ein Ladeluftmassenstrom, welcher durch einen Verdichter nicht mehr erhöht werden kann, beziehungsweise eine Erhöhung des Druckverhältnisses ist in diesem Fall nicht nötig oder nicht sinnvoll. In einem solchen Fall erhöht der Betrieb eines Verdichters mit einer Leerlaufdrehzahl den Bedarf an elektrischer Energie und somit den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Belastung, ohne die Leistung des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine oder des Brennstoffzellenantriebes, zu erhöhen. Zweckmäßig wird daher in so einem Betriebszustand der Verdichter nicht betrieben, das heißt insbesondere, dass der Verdichter nicht auf eine Leerlaufdrehzahl gesteuert wird. In dem beschriebenen Fall wäre somit eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl nicht erfüllt. For example, when the engine, in particular the internal combustion engine or the internal combustion engine of a motor vehicle, runs at full load, a turbocharger provides a pressure ratio and a mass flow or a charge air mass flow, which can not be increased by a compressor, or an increase in the pressure ratio is in this Case not necessary or not useful. In such a case, the operation of a compressor with an idling speed increases the demand for electrical energy and thus the fuel consumption and the CO 2 load, without increasing the performance of the drive, in particular the internal combustion engine or the fuel cell drive. Appropriately, therefore, is not operated in such an operating condition of the compressor, that is, in particular, that the compressor is not controlled to an idle speed. In the case described, therefore, a condition for controlling the speed of the compressor wheel to a predetermined idle speed would not be met.

Erst wenn eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist, kann gegebenenfalls die Drehzahl des Verdichterrades auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl geregelt werden. Ob eine derartige Regelung der Drehzahl des Verdichterrades vorgenommen wird, kann bevorzugt durch die Steuervorrichtung ermittelt werden. Dabei ist es ferner von Vorteil, dass die Steuervorrichtung auf Basis eines Betriebszustandes ermittelt, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. So kann beispielsweise eine derartige Bedingung darin bestehen, dass der Antrieb, insbesondere der Brennstoffzellenantrieb oder die Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, nicht mit Volllast läuft, sodass der Turbolader ein Druckverhältnis und einen Massenstrom liefert, welcher durch den elektrischen Verdichter noch erhöht werden kann. Insbesondere gewährt die Erfindung den Vorteil, dass der Verdichter in allen Betriebszuständen, in denen der Turbolader mit Sicherheit ein ausreichend hohes Druckverhältnis und einen ausreichenden Massenstrom liefert, nicht mit einer Leerlaufdrehzahl laufen muss. Hierdurch wird der Kraftstoffverbrauch verringert und die CO2-Belastung reduziert. Ist hingegen eine Sicherheit, dass der Turbolader ein ausreichend hohes Druckverhältnis und einen ausreichenden Massenstrom liefert, nicht gegeben, so ist eine Anforderung oder ein Steuersignal zum insbesondere schnellen Anlaufen des Verdichters möglich. Vorteilhafterweise bestimmt die Steuervorrichtung auf Basis eines Betriebszustandes, ob die Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Only when a condition for controlling the speed of the compressor wheel is met to a predetermined idle speed, optionally, the speed of the compressor wheel can be controlled to the predetermined idle speed. Whether such a control of the rotational speed of the compressor wheel is carried out can preferably be determined by the control device. It is also advantageous that the control device determines based on an operating condition, whether a condition for controlling the speed of the compressor wheel is met to a predetermined idle speed. Thus, for example, such a condition may consist in that the drive, in particular the fuel cell drive or the internal combustion engine, in particular the internal combustion engine of a motor vehicle, not running at full load, so that the turbocharger provides a pressure ratio and a mass flow, which are still increased by the electric compressor can. In particular, the invention provides the advantage that the compressor in all operating conditions in which the Turbocharger certainly provides a sufficiently high pressure ratio and a sufficient mass flow, not having to run at an idle speed. This reduces fuel consumption and reduces CO 2 emissions. However, if there is no certainty that the turbocharger will provide a sufficiently high pressure ratio and a sufficient mass flow, then a request or a control signal for, in particular, rapid startup of the compressor is possible. Advantageously, the control device determines based on an operating condition, whether the condition for controlling the speed of the compressor wheel to a predetermined idle speed is met.

In der Regel ist eine derartige Bedingung insbesondere dann nicht erfüllt, wenn der Antrieb, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine, schon eine gewisse Zeit oberhalb einer bestimmten Drehzahl oder eines bestimmten Lastzustandes betrieben wird. As a rule, such a condition is not met, in particular, when the drive, in particular the internal combustion engine, is already operated for a certain time above a certain speed or a specific load condition.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Bedingung erfüllt ist, wenn aufgrund des Betriebszustandes ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters, insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, wobei die Anforderung bevorzugt von einer Elektronik, insbesondere einer Motorsteuerung, gestellt wird. Die Bedingung ist beispielsweise dann erfüllt, wenn ein baldige Benutzung des Verdichters zu erwarten ist, oder wenn eine baldige Dynamikanforderung zu erwarten ist. It is preferably provided that the condition is met if, due to the operating state, a request for a startup of the compressor, in particular in a following short time interval, is to be expected, wherein the request is preferably made by an electronic, in particular a motor control. The condition is met, for example, when a speedy use of the compressor is to be expected, or when an early dynamic demand is expected.

Ein derartiges Anfordern eines Anlaufens des Verdichters durch eine Elektronik, insbesondere durch eine Motorsteuerung, kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, das durch einen Fahrer eines Kraftfahrzeuges durch Niederdrücken eines Fahrpedals das Signal vermittelt wird, dass eine höhere Motorleistung bzw. eine höhere Leistung eines Antriebes, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, gefordert wird. Such requesting a start-up of the compressor by an electronics, in particular by an engine control can be triggered, for example, by a driver of a motor vehicle by depressing an accelerator pedal, the signal is conveyed that a higher engine power or higher power of a drive, in particular an internal combustion engine, is required.

Die Steuervorrichtung des aerodynamischen Verdichters ermittelt zunächst auf Basis eines Betriebszustandes, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Ist diese Bedingung erfüllt, so kann zweckmäßigerweise die Drehzahl des Verdichterrades durch die Steuervorrichtung auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl geregelt werden. The control device of the aerodynamic compressor first determines based on an operating condition, whether a condition for controlling the speed of the compressor wheel is met to a predetermined idle speed. If this condition is fulfilled, the rotational speed of the compressor wheel can expediently be regulated by the control device to the predetermined idling speed.

Ist die Bedingung hingegen nicht erfüllt und/oder liefert ein Turbolader bereits ein Druckverhältnis und einen Massenstrom, beispielsweise wenn ein Antrieb oder ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit Volllast läuft, den der Verdichter nicht mehr erhöhen kann, so kann der aerodynamische Verdichter auf eine Drehzahl geregelt werden, welche im Wesentlichen Null entspricht. Auch ist vorstellbar, dass in diesem Fall keine aktive Regelung auf eine Drehzahl, welche im Wesentlichen Null entspricht, stattfindet, sondern dass der Verdichter freilaufen kann, also keine Regelung und keine Ansteuerung stattfindet. In diesem Fall kann der Verdichter eine Drehzahl aufweisen, welche aufgrund des durch den Verdichter strömenden Mediums bzw. des Massenstroms anliegt. Wesentlich ist auch in einem solchen Fall, dass die Drehzahl des Verdichterrades nicht durch die Steuervorrichtung auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl geregelt wird, sodass der Bedarf an elektrischer Energie reduziert wird. Hierdurch wird die Effizienz des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, also der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Belastung, optimiert. If, on the other hand, the condition is not fulfilled and / or a turbocharger already delivers a pressure ratio and a mass flow, for example if a drive or an internal combustion engine of a motor vehicle is running at full load, which the compressor can no longer increase, then the aerodynamic compressor can be regulated to a speed , which essentially corresponds to zero. It is also conceivable that in this case no active control to a speed which essentially corresponds to zero takes place, but that the compressor can run free, so no control and no control takes place. In this case, the compressor may have a speed which is applied due to the medium flowing through the compressor or the mass flow. It is also essential in such a case that the speed of the compressor wheel is not controlled by the control device to the predetermined idle speed, so that the demand for electrical energy is reduced. As a result, the efficiency of the drive, in particular the internal combustion engine, ie the fuel consumption and the CO 2 load, optimized.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Steuervorrichtung bei der Ermittlung der Erfüllung der Bedingung berücksichtigt, ob das Anfordern des Anlaufens des Verdichters in einem folgenden kurzen Zeitintervall zu erwarten ist. In particular, it is advantageous that the control device, in determining the fulfillment of the condition, takes into account whether it is to be expected to request the startup of the compressor in a following short time interval.

Dies bedeutet, dass vorteilhafterweise der Verdichter nur in einem Zeitintervall mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben werden muss, kurz bevor ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters gestellt wird. Mit anderen Worten, der Verdichter läuft nicht länger als über einen unbedingt benötigten Zeitraum hinaus mit der Leerlaufdrehzahl, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert und die CO2-Belastung reduziert wird. This means that, advantageously, the compressor only has to be operated at an idling speed in a time interval just before a request to start the compressor is made. In other words, the compressor no longer runs at idle speed for longer than an unconditionally required period, thereby reducing fuel consumption and reducing the CO 2 load.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Betriebszustand, aufgrund dessen ermittelt wird, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist, eine Drehzahl und/oder einen Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, umfasst und/oder dass der Betriebszustand eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges umfasst und/oder dass der Betriebszustand ein Druckverhältnis und/oder einen Massenstrom eines Turboladers und/oder eine Getriebestellung und/oder Daten, welche zwischen dem Kraftfahrzeug und einer externen Stelle ausgetauscht werden, umfasst. Der Betriebszustand kann jedoch auch weitere Kennwerte oder Parameter umfassen. Furthermore, it is preferably provided that the operating state, on the basis of which it is determined whether a condition for regulating the rotational speed of the compressor wheel to a predetermined idling speed is fulfilled, comprises a rotational speed and / or a load state of the drive, in particular of the internal combustion engine, and / or Operating state includes a speed of a motor vehicle and / or that the operating state, a pressure ratio and / or mass flow of a turbocharger and / or a gear position and / or data exchanged between the motor vehicle and an external body includes. However, the operating state may also include other characteristics or parameters.

Ist beispielsweise die Drehzahl und/oder der Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, größer als eine Grenzdrehzahl oder ein Grenzlastzustand, so kann gegebenenfalls der Fall vorliegen, dass das Fahrzeug schon mit Volllast läuft und der Turbolader somit ein Druckverhältnis und einen Massenstrom liefert, den der aerodynamische Verdichter nicht mehr erhöhen kann. For example, if the speed and / or the load state of the drive, in particular the internal combustion engine, greater than a limiting speed or a load limit state, it may be the case that the vehicle is already running at full load and the turbocharger thus provides a pressure ratio and a mass flow, the the aerodynamic compressor can not increase anymore.

Jedoch ist es auch möglich, dass trotz Überschreitung der Grenzdrehzahl oder des Grenzlastzustandes des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, eine Erhöhung des Druckverhältnisses und des Massenstroms durch Betrieb des elektrischen Verdichters ermöglicht wird und/oder erwünscht ist. However, it is also possible that despite exceeding the limit speed or the Limit load condition of the drive, in particular the internal combustion engine, an increase in the pressure ratio and the mass flow by operation of the electric compressor is enabled and / or desired.

Bevorzugt kann daher als Betriebszustand ein Druckverhältnis und/oder ein Massenstrom des Turboladers genutzt bzw. hinzugezogen werden. Sind demzufolge das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom des Turboladers derart, dass diese noch durch den elektrischen Verdichter erhöht werden können, so kann der Fall auftreten, dass die Motorlast bzw. die Drehzahl des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, oberhalb eines Grenzlastzustandes oder einer Grenzdrehzahl liegen und dass gleichzeitig das Druckverhältnis und der Massenstrom des Turboladers für den aktuellen Betriebszustand des Antriebes oder für das Erreichen eines voraussichtlich geänderten Betriebszustandes des Antriebes, insbesondere des Brennstoffzellenantriebs oder der Verbrennungskraftmaschine, nicht ausreichen und/oder nicht optimal sind. In einem solchen Fall kann die Steuervorrichtung ermitteln, dass die Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist, und dementsprechend kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Drehzahl des Verdichterrades auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl geregelt wird. Preferably, a pressure ratio and / or a mass flow of the turbocharger can therefore be used or included as the operating state. Accordingly, if the pressure ratio and / or the mass flow of the turbocharger are such that they can still be increased by the electric compressor, it may happen that the engine load or the rotational speed of the drive, in particular of the internal combustion engine, is above a limit load state or a limit speed lie and that at the same time the pressure ratio and the mass flow of the turbocharger for the current operating state of the drive or to achieve a likely changed operating condition of the drive, in particular the fuel cell drive or the internal combustion engine, are insufficient and / or not optimal. In such a case, the controller may determine that the condition for controlling the speed of the compressor wheel to a predetermined idling speed is met, and accordingly, it may be preferable to control the speed of the compressor wheel to the predetermined idling speed.

Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Bedingung erfüllt ist, wenn das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom eines Turboladers für die Beibehaltung des aktuellen und/oder das Erreichen des voraussichtlich geänderten Betriebszustandes nicht ausreicht. More preferably, it can be provided that the condition is met if the pressure ratio and / or the mass flow of a turbocharger for maintaining the current and / or reaching the expected changed operating state is not sufficient.

Reichen Druckverhältnis und/oder Massenstrom eines Turboladers für die Beibehaltung des Betriebszustandes nicht aus, so können gegebenenfalls durch Betrieb des Verdichters das Druckverhältnis und der Massenstrom des Turboladers erhöht werden. Demzufolge kann bevorzugterweise die Drehzahl des Verdichterrades auf die Leerlaufdrehzahl geregelt werden, sodass der Verdichter in der Lage ist, innerhalb einer bestimmten kurzen Zeit schnell anzulaufen, um das Druckverhältnis und den Massenstrom des Turboladers zu erhöhen. Rich pressure ratio and / or mass flow of a turbocharger for maintaining the operating condition is not sufficient, so if necessary by operation of the compressor, the pressure ratio and the mass flow of the turbocharger can be increased. Accordingly, preferably, the speed of the compressor wheel can be controlled to the idle speed, so that the compressor is able to start up quickly within a certain short time to increase the pressure ratio and the mass flow of the turbocharger.

Bevorzugt werden die Betriebszustände von der Steuervorrichtung des aerodynamischen Verdichters aus geeigneten Daten, die via einem Datenübertragungsmittel dem aerodynamischen Verdichter bzw. der Steuervorrichtung des aerodynamischen Verdichters zur Verfügung gestellt werden, ermittelt. Ferner können die Betriebszustände von der Elektronik, insbesondere der anfordernden Elektronik, zum Beispiel einem Motorsteuergerät, ermittelt werden. Dementsprechend kann bei festgestelltem Bedarf der Leerlaufdrehzahl diese vom elektrischen Verdichter gefordert werden. Anfordernde und informationsbereitstellende Elektronik müssen nicht identisch sein. Preferably, the operating conditions are determined by the control device of the aerodynamic compressor from suitable data, which are made available via a data transmission means to the aerodynamic compressor or the control device of the aerodynamic compressor. Furthermore, the operating states can be determined by the electronics, in particular the requesting electronics, for example an engine control unit. Accordingly, when the demand for the idle speed is determined, it may be required by the electric compressor. Requesting and information providing electronics need not be identical.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung die Drehzahl des Verdichterrades auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl regelt, wenn die Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Furthermore, it can preferably be provided that the control device regulates the speed of the compressor wheel to the predetermined idle speed when the condition for controlling the speed of the compressor wheel is met to a predetermined idle speed.

Durch die entsprechende Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die CO2-Belastung reduziert werden. By the appropriate control of the speed of the compressor wheel to the predetermined idle speed fuel consumption can be reduced and the CO 2 load can be reduced.

Auch ist es bevorzugt, dass die Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Verdichterrades des aerodynamischen Verdichters ein Elektromotor ist, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor). Diese Elektromotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und verlässlich einsetzbar. It is also preferred that the drive device for driving the compressor wheel of the aerodynamic compressor is an electric motor, in particular a brushless DC motor (BLDC motor). These electric motors are known from the prior art and can be used reliably.

Die Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl durch die Steuervorrichtung geschieht dabei bevorzugt durch Senden von Signalen, wie Spannungsimpulsen, und/oder Steuerbefehlen der Steuervorrichtung an die Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung, beispielsweise der Elektromotor, erhöht dadurch seine Leistung und erhöht dadurch gleichzeitig die Drehzahl des Verdichterrades. The control of the speed of the compressor wheel to a predetermined idle speed by the control device is preferably done by sending signals, such as voltage pulses, and / or control commands of the control device to the drive device. The drive device, such as the electric motor, thereby increasing its power and thereby simultaneously increases the speed of the compressor wheel.

Ferner kann es zweckmäßig bevorzugt sein, dass bei dem Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters die folgenden Schritte durchgeführt werden:

  • a) Ermitteln der Drehzahl und/oder des Lastzustandes des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, und
  • b) wenn die Drehzahl und/oder der Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, größer ist als eine vorbestimmte Grenzdrehzahl und/oder als ein vorbestimmter Grenzlastzustand, Durchführen des Verfahrensschrittes c), oder, wenn die Drehzahl und/oder der Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, nicht größer ist als eine vorbestimmte Grenzdrehzahl und/oder als ein vorbestimmter Grenzlastzustand, Durchführen des Verfahrensschrittes d),
  • c) Ermitteln, ob die Bedingung erfüllt ist, dass das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom eines Turboladers für die Beibehaltung des Betriebszustandes nicht ausreicht, und, wenn die Bedingung erfüllt ist, Durchführen des Verfahrensschrittes e), und, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, Fortfahren mit Verfahrensschritt d),
  • d) Ermitteln, ob die Bedingung erfüllt ist, dass aufgrund des Betriebszustandes ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters, insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, wobei die Anforderung bevorzugt von einer Elektronik, insbesondere einer Motorsteuerung, gestellt wird, und, wenn die Bedingung erfüllt ist, Durchführen des Verfahrensschrittes e) oder, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, Durchführen des Verfahrensschrittes f),
  • e) Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl und gegebenenfalls Fortfahren mit Verfahrensschritt a),
  • f) Regelung der Drehzahl des Verdichterrades, sodass im Wesentlichen keine Drehzahl vorhanden ist, und gegebenenfalls Fortfahren mit Verfahrensschritt a).
Furthermore, it may be expedient for the following steps to be carried out in the method for controlling an aerodynamic compressor:
  • a) determining the speed and / or the load state of the drive, in particular the internal combustion engine, and
  • b) if the speed and / or the load state of the drive, in particular the internal combustion engine, is greater than a predetermined limit speed and / or as a predetermined limit load condition, performing the method step c), or if the speed and / or the load state of the drive, in particular the internal combustion engine, is not greater than a predetermined limit speed and / or as a predetermined limit load condition, performing the method step d),
  • c) determining whether the condition is met that the pressure ratio and / or the mass flow of a turbocharger for maintaining the operating state is not sufficient, and, if the condition is satisfied, performing the method step e), and if the condition is not met , Proceeding with method step d),
  • d) determining whether the condition is satisfied that due to the operating condition requesting a start-up of the compressor, in particular in a subsequent short time interval is to be expected, wherein the request is preferably provided by an electronics, in particular a motor control, and, if the condition is fulfilled, performing the method step e) or, if the condition is not met, performing the method step f )
  • e) regulation of the rotational speed of the compressor wheel to a predetermined idling speed and optionally proceeding with process step a),
  • f) control of the speed of the compressor wheel, so that substantially no speed is present, and if necessary continue with step a).

Mit anderen Worten, kann zunächst geprüft werden, ob ein Lastzustand bzw. eine Drehzahl des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, einen Grenzlastzustand bzw. eine Grenzdrehzahl übersteigt. Trifft diese Bedingung zu, so kann ein Algorithmus vorgesehen sein, mit dem bestimmt wird, ob das Druckverhältnis und der Massenstrom eines Turboladers für die Beibehaltung des aktuellen Betriebszustandes ausreichen. Ist dieser Fall nicht gegeben, so wird die Drehzahl des Verdichterrades auf die Leerlaufdrehzahl durch die Steuervorrichtung geregelt. Es kann somit für den Fall der Anforderung eines Anlaufens des Verdichters ein schnelles Erreichen des Nennpunktes bzw. der Nennleistung des Verdichters erreicht werden. Ist hingegen der Lastzustand oder die Drehzahl des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges, nicht größer als der Grenzlastzustand oder die Grenzdrehzahl, so ist zweckmäßigerweise ein Algorithmus vorgesehen, welcher ermittelt, ob aufgrund des Betriebszustandes ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters, insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, wobei die Anforderung von einer Elektronik, insbesondere einer Motorsteuerung, gestellt wird. Ist diese Bedingung erfüllt und somit die Möglichkeit gegeben, dass innerhalb eines insbesondere kurzen Zeitintervalls die Anforderung eines Anlaufens des Verdichters von einer Elektronik gestellt wird, so regelt die Steuervorrichtung des aerodynamischen Verdichters die Drehzahl des Verdichterrades auf die Leerlaufdrehzahl. Tritt die Anforderung zum Anlaufen des Verdichters ein, so wird zügig der Nennpunkt bzw. die Nennleistung des Verdichters erreicht, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert und die CO2-Belastung reduziert wird. Nach Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf die Leerlaufdrehzahl kann gegebenenfalls erneut geprüft werden, ob ein Lastzustand bzw. eine Drehzahl des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, einen Grenzlastzustand bzw. eine Grenzdrehzahl übersteigt. Ist hingegen nicht mit einer Anforderung eines Anlaufen des Verdichters zu rechnen, insbesondere nicht in einem folgenden kurzen Zeitintervall, so wird die Drehzahl des Verdichterrades durch die Steuervorrichtung auf Null geregelt, sodass im Wesentlichen keine Drehzahl vorhanden ist. Durch diese Abschaltung des Verdichters kann weiter der Kraftstoffverbrauch verringert und die CO2-Belastung reduziert werden. Nach Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf Null kann gegebenenfalls erneut geprüft werden, ob ein Lastzustand bzw. eine Drehzahl des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, einen Grenzlastzustand bzw. eine Grenzdrehzahl übersteigt. In other words, it can first be checked whether a load state or a rotational speed of the drive, in particular of the internal combustion engine, further in particular of the internal combustion engine of a motor vehicle, exceeds a limit load state or a limit speed. If this condition applies, then an algorithm can be provided which determines whether the pressure ratio and the mass flow of a turbocharger are sufficient for maintaining the current operating state. If this case does not exist, then the speed of the compressor wheel is controlled to the idle speed by the control device. It can thus be achieved in the event of a compressor start-up request, a rapid achievement of the nominal point or the nominal power of the compressor. If, on the other hand, the load state or the rotational speed of the drive, in particular of the internal combustion engine or of the internal combustion engine of the motor vehicle, is not greater than the limit load state or the limit rotational speed, an algorithm is expediently provided which determines whether, due to the operating state, a request for a startup of the compressor, in particular in a following short time interval is to be expected, wherein the requirement of an electronics, in particular a motor control, is provided. If this condition is met and thus given the opportunity that within a particular short time interval, the requirement of starting the compressor is provided by electronics, the control device of the aerodynamic compressor controls the speed of the compressor wheel to the idle speed. If the request to start the compressor, so quickly the rated point or the nominal capacity of the compressor is achieved, whereby the fuel consumption is reduced and the CO 2 load is reduced. After controlling the speed of the compressor wheel to the idle speed can optionally be rechecked whether a load condition or a speed of the drive, in particular the internal combustion engine, in particular the internal combustion engine of a motor vehicle, exceeds a limit load condition or a limit speed. If, on the other hand, it is not possible to expect a start-up of the compressor, in particular not in a following short time interval, the speed of the compressor wheel is regulated to zero by the control device, so that substantially no speed is present. This shutdown of the compressor can further reduce fuel consumption and reduce the CO 2 load. After the speed of the compressor wheel has been regulated to zero, it may again be checked whether a load condition or a rotational speed of the drive, in particular of the internal combustion engine, in particular of the internal combustion engine of a motor vehicle, exceeds a limit load state or a limit speed.

Insbesondere können die Verfahrensschritte kontinuierlich oder zyklisch durchlaufen werden, sodass ständig oder fortlaufend ermittelt wird, ob die Bedingung für die Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf die Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Ferner können auf die Verfahrensschritten e) und f) auch direkt die Verfahrensschritte c) oder d) folgen. In particular, the method steps can be run continuously or cyclically, so that it is continuously or continuously determined whether the condition for the control of the speed of the compressor wheel is satisfied to the idle speed. Furthermore, process steps c) or d) can also be followed directly by process steps e) and f).

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung oder ein Motorsteuergerät ermittelt, dass eine Mindestdrehzahl für den Antrieb, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine, oder den Verdichter zum Warmlaufen des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, oder des Verdichters benötigt wird. In einem solchen Fall kann die Steuervorrichtung ermitteln, dass der Verdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, welcher geringer ist als die Leerlaufdrehzahl. Furthermore, it can preferably be provided that the control device or an engine control unit determines that a minimum speed for the drive, in particular the internal combustion engine, or the compressor for warming up the drive, in particular the internal combustion engine, or the compressor is required. In such a case, the controller may determine that the compressor is operating at a speed that is less than the idle speed.

Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines aerodynamischen Verdichters für einen Antrieb, insbesondere für einen Brennstoffzellenantrieb oder für eine Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, geeignet für ein vorbeschriebenes Verfahren, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und ein innerhalb des Verdichtergehäuses rotierbar gelagertes Verdichterrad umfasst, wobei der Verdichter eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Verdichterrades aufweist, wobei eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche bevorzugt ausgebildet ist, auf Basis eines Betriebszustandes zu ermitteln, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine bestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Another object of the invention is to provide an aerodynamic compressor for a drive, in particular for a fuel cell drive or for an internal combustion engine, more particularly for an internal combustion engine of a motor vehicle, suitable for a method described above, wherein the compressor is a compressor housing and a wherein the compressor comprises a drive device for driving the compressor wheel, wherein a control device is provided, which is preferably designed to determine based on an operating condition, if a condition for controlling the speed of the compressor wheel to a certain idle speed is satisfied.

Mit einem derart ausgebildeten aerodynamischen Verdichter kann zweckmäßigerweise erreicht werden, dass im Vergleich zu einem bekannten herkömmlichen Verdichter der Gesamtbedarf an elektrischer Energie, der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Belastung des Antriebes, insbesondere des Brennstoffzellenantriebs oder der Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges, reduziert werden. With such a trained aerodynamic compressor can be conveniently achieved that compared to a conventional conventional compressor, the total demand for electrical energy, fuel consumption and the CO 2 load of the drive, in particular the fuel cell drive or the Internal combustion engine, further in particular of the internal combustion engine of the motor vehicle can be reduced.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung ein Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist. It can preferably be provided that the drive device is an electric motor, in particular a brushless DC motor.

Ferner kann ein Kühlsystem, insbesondere ein Wasserkühlsystem, vorgesehen sein, wobei bevorzugt der Elektromotor und/oder der Verdichter und/oder das Verdichtergehäuse und/oder die Antriebsvorrichtung und/oder ein Lager für eine Welle zum Antrieb des Verdichterrades durch das Kühlsystem gekühlt wird. Das Kühlsystem kann auch zur Kühlung der Elektronik und/oder weiterer Systeme ausgebildet sein. Furthermore, a cooling system, in particular a water cooling system, be provided, wherein preferably the electric motor and / or the compressor and / or the compressor housing and / or the drive device and / or a bearing for a shaft for driving the compressor wheel is cooled by the cooling system. The cooling system can also be designed for cooling the electronics and / or other systems.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verdichterrad über eine Welle angetrieben wird, wobei bevorzugt die Welle in einem Lager, welches besonders bevorzugt als Wälzlager oder als fettgeschmiertes Wälzlager oder als aerodynamisches Lager ausgeführt ist, gelagert ist. Another advantage is that the compressor wheel is driven by a shaft, wherein preferably the shaft is mounted in a bearing, which is particularly preferably designed as a rolling bearing or as a grease-lubricated rolling bearing or as an aerodynamic bearing.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des aerodynamischen Verdichters sieht vor, dass der Betriebszustand eine Drehzahl und/oder einen Lastzustand des Antriebes, insbesondere des Brennstoffzellenantriebs oder der Verbrennungskraftmaschine, umfasst, und/oder dass der Betriebszustand eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges umfasst, und/oder dass der Betriebszustand ein Druckverhältnis und/oder einen Massenstrom eines Turboladers und/oder eine Getriebestellung und/oder Daten, welche zwischen dem Kraftfahrzeug und einer externen Stelle ausgetauscht werden, umfasst. Der Betriebszustand kann jedoch auch weitere Kennwerte oder Parameter umfassen. A further advantageous embodiment of the aerodynamic compressor provides that the operating state comprises a rotational speed and / or a load state of the drive, in particular of the fuel cell drive or the internal combustion engine, and / or that the operating state comprises a speed of a motor vehicle, and / or that the operating state a pressure ratio and / or a mass flow of a turbocharger and / or a gear position and / or data exchanged between the motor vehicle and an external body includes. However, the operating state may also include other characteristics or parameters.

Insbesondere kann, wenn der Betriebszustand ein Druckverhältnis oder einen Massenstrom des Turboladers umfasst, dieser Betriebszustand von der Steuervorrichtung dazu genutzt werden, um zu ermitteln, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Eine derartige Bedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn das Druckverhältnis und der Massenstrom des Turboladers zur Beibehaltung des aktuellen Betriebszustandes oder Betriebspunktes nicht ausreichen. Dies kann auch dann eintreten, wenn die Drehzahl bzw. der Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, größer ist als eine Grenzdrehzahl und/oder ein Grenzlastzustand. In particular, when the operating state includes a pressure ratio or a mass flow of the turbocharger, this operating state can be used by the control device to determine whether a condition for controlling the speed of the compressor wheel to a predetermined idle speed is met. Such a condition can be met, for example, if the pressure ratio and the mass flow of the turbocharger for maintaining the current operating state or operating point are not sufficient. This can also occur when the speed or the load state of the drive, in particular of the internal combustion engine, is greater than a limit speed and / or a limit load condition.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Betriebszustand eine Drehzahl und/oder einen Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, umfasst. Ist die Drehzahl und/oder der Lastzustand des Verbrennungsmotors nicht größer als eine Grenzdrehzahl oder ein Grenzlastzustand, so kann die Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades auf eine Leerlaufdrehzahl dann erfüllt sein, wenn eine Anforderung für einen schnellen Anlauf des Verdichterrades, bevorzugt innerhalb eines bestimmten kurzen Zeitintervalls, von einer anfordernden Elektronik, beispielsweise einem Motorsteuergerät, erwartet werden kann. Furthermore, it is expedient for the operating state to include a rotational speed and / or a load state of the drive, in particular of the internal combustion engine. If the speed and / or the load state of the internal combustion engine is not greater than a limit speed or a limit load condition, then the condition for controlling the speed of the compressor wheel to an idle speed may be satisfied if a request for a quick start of the compressor wheel, preferably within a certain short time interval, from a requesting electronics, such as an engine control unit, can be expected.

Weiter ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der aerodynamische Verdichter eine Datenübertragungsvorrichtung umfasst, wobei die Datenübertragungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, der Steuervorrichtung Daten betreffend den Betriebszustand und/oder Signale, insbesondere Steuersignale, zu übermitteln und/oder wobei die Datenübertragungsvorrichtung dazu ausgebildet ist Daten betreffend den Betriebszustand und/oder Signale, insbesondere Steuersignale, von der Steuervorrichtung übermittelt zu bekommen oder weiterzuleiten. Furthermore, it is advantageously provided that the aerodynamic compressor comprises a data transmission device, wherein the data transmission device is designed to transmit data relating to the operating state and / or signals, in particular control signals, to the control device and / or wherein the data transmission device is designed for data relating to the operating state and / or signals, in particular control signals, transmitted from the control device to receive or forward.

Die Datenübertragungsvorrichtung kann dabei als Datenbus, zum Beispiel als CAN-Datenbus (Controller Area Network) ausgebildet sein. The data transmission device can be designed as a data bus, for example as a CAN data bus (Controller Area Network).

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Datenübertragungsvorrichtung zur unidirektionalen oder bidirektionalen Datenübermittlung zwischen einer Elektronik, einem elektronischen System, einem Motorsteuergerät und einem Verdichter, bevorzugt inklusive einer Verdichterelektronik wie einer Steuervorrichtung, ausgebildet ist. Furthermore, it can preferably be provided that the data transmission device is designed for unidirectional or bidirectional data transmission between an electronic system, an electronic system, an engine control unit and a compressor, preferably including compressor electronics such as a control device.

Somit kann über die Datenübertragungsvorrichtung ein Datenaustausch zwischen diesen Systemen stattfinden, insbesondere können die für die Ermittlung benötigten Daten, ob die Bedingung zur Steuerung der Drehzahl des Verdichterrads auf eine Leerlaufdrehzahl erfüllt ist, übermittelt werden. Thus, data exchange between these systems can take place via the data transmission device; in particular, the data required for the determination as to whether the condition for controlling the rotational speed of the compressor wheel to an idling rotational speed has been fulfilled can be transmitted.

Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Antrieb, insbesondere mit einem Brennstoffzellenantrieb oder einer Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Kraftfahrzeug einen aerodynamischen Verdichter nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen umfasst, wobei das Kraftfahrzeug bzw. der aerodynamische Verdichter insbesondere zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens geeignet ist. Another object of the invention is to provide a motor vehicle with a drive, in particular with a fuel cell drive or an internal combustion engine, more particularly with an internal combustion engine, wherein the motor vehicle comprises an aerodynamic compressor according to one of the embodiments described above, wherein the motor vehicle or the aerodynamic compressor is particularly suitable for carrying out the method described above.

Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug einen Turbolader. The motor vehicle preferably comprises a turbocharger.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawings. Show it

1 in einer schematischen Ansicht einen aerodynamischen Verdichter umfassend eine Antriebsvorrichtung und ein Verdichterrad, 1 1 is a schematic view of an aerodynamic compressor comprising a drive device and a compressor wheel;

2 eine schematische Abbildung einer Datenübermittlungsvorrichtung eines aerodynamischen Verdichters mit weiteren elektronischen Systemen, und 2 a schematic illustration of a data transmission device of an aerodynamic compressor with other electronic systems, and

3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters. 3 a flowchart for a method for controlling an aerodynamic compressor.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Best way to carry out the invention

1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen aerodynamischen Verdichter 100. Der aerodynamische Verdichter 100 umfasst ein Verdichtergehäuse 10, wobei innerhalb des Verdichtergehäuses 10 ein Verdichterrad 11 rotierbar über eine Welle 12 gelagert ist, wobei die Welle 12 in einem fettgeschmierten Wälzlager 13 gelagert ist. Eine Antriebsvorrichtung 14, welche als Elektromotor 15 ausgebildet ist, ist mit der Welle 12 verbunden und kann über die Welle 12 das Verdichterrad 11 antreiben bzw. eine Drehzahl des Verdichterrades 11 einstellen. Ferner ist eine Steuervorrichtung 16 vorgesehen, welche zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades 11 ausgebildet ist. Die Regelung der Drehzahl des Verdichterrades 11 geschieht dabei durch Signale oder Steuerbefehle der Steuervorrichtung 16, welche mittels Anschlussleitungen 17 an die Antriebsvorrichtung 14 übermittelt werden. Durch Übermittlung der Steuerbefehle an die Antriebsvorrichtung 14 kann deren abgegebene Leistung erhöht werden. Durch diese Leistungserhöhung kann die Drehzahl des Verdichterrades 11 erhöht werden. 1 shows a schematic representation of an aerodynamic compressor 100 , The aerodynamic compressor 100 includes a compressor housing 10 , being inside the compressor housing 10 a compressor wheel 11 rotatable over a shaft 12 is stored, the shaft 12 in a grease-lubricated rolling bearing 13 is stored. A drive device 14 , which as electric motor 15 is formed, is with the shaft 12 connected and can about the shaft 12 the compressor wheel 11 drive or a speed of the compressor wheel 11 to adjust. Further, a control device 16 provided, which for controlling the speed of the compressor wheel 11 is trained. The regulation of the speed of the compressor wheel 11 happens by signals or control commands of the control device 16 , which by means of connection lines 17 to the drive device 14 be transmitted. By transmission of the control commands to the drive device 14 their performance can be increased. Due to this increase in power, the speed of the compressor wheel 11 increase.

Die Steuervorrichtung 16 ist über Leitungen 18 mit einer als Motorsteuergerät 19 ausgebildeten Motorsteuerung 25 und/oder einem Bordnetz 20 verbunden. Ferner weist die Steuervorrichtung 16 Verbindungen zu einer Datenübertragungsvorrichtung 21, welche als CAN-Datenbus 22 ausgebildet ist, auf, beziehungsweise ist über diese Verbindungen und der Datenübertragungsvorrichtung 21 mit der Motorsteuerung verbunden. Das Verdichtergehäuse 10 weist eine Mediumeinströmöffnung 23 und eine Mediumausströmöffnung 24 auf. In die Mediumeinströmöffnung 23 tritt Ansaugluft für eine Verbrennungskraftmaschine in Richtung des Pfeiles 26 ein und wird je nach Drehzahl des Verdichterrades 11 verdichtet bzw. mit Druck beaufschlagt. Das verdichtete oder mit Druck beaufschlagte Medium, insbesondere die Ansaugluft, wird in Richtung des Pfeiles 26a aus der Mediumausströmöffnung 24 ausgestoßen, wobei sich beispielsweise in Strömungsrichtung stromabwärts der Mediumausströmöffnung 24 ein Turbolader in dem Ansaugstrang befindet. Der Turbolader kann jedoch auch stromaufwärts der Mediumeinströmöffnung 23 angeordnet sein. The control device 16 is via lines 18 with one as engine control unit 19 trained engine control 25 and / or a wiring system 20 connected. Furthermore, the control device 16 Connections to a data transmission device 21 , which as a CAN data bus 22 is formed on, or is about these connections and the data transmission device 21 connected to the engine control. The compressor housing 10 has a medium inflow opening 23 and a medium discharge port 24 on. In the medium inflow opening 23 enters intake air for an internal combustion engine in the direction of the arrow 26 and depending on the speed of the compressor wheel 11 compressed or pressurized. The compressed or pressurized medium, in particular the intake air, in the direction of the arrow 26a from the medium outflow opening 24 ejected, wherein, for example, in the flow direction downstream of the Mediumausströmöffnung 24 a turbocharger is located in the intake manifold. However, the turbocharger may also be upstream of the medium inflow port 23 be arranged.

In 2 ist die Vernetzung des erfindungsgemäßen Verdichters 100, welcher die Steuervorrichtung 16 umfasst, dargestellt. Der Verdichter 100 ist über eine Datenübertragungsvorrichtung 21, welche als CAN-Datenbus 22 ausgebildet ist, mit einem Motorsteuergerät 19 sowie gegebenenfalls weiteren elektronischen Systemen 27 bzw. 28 verbunden. Es können auch noch zusätzliche elektronische Systeme vorgesehen sein. Der Datenübermittlungsvorrichtung muss nicht als CAN-Datenbus ausgebildet sein. Über die Datenübertragungsvorrichtung 21 können Daten, insbesondere Betriebszustände, an den Verdichter 100 bzw. die Steuervorrichtung 16 des Verdichters 100 übermittelt werden. Insbesondere kann das Motorsteuergerät 19 eine Anforderung für einen schnellen Anlauf des Verdichters 100 bzw. des Verdichterrades 11 des Verdichters 100 an die Steuervorrichtung 16 des Verdichters 100 übermitteln. Eine derartige Anforderung kann beispielsweise dann eintreten, wenn ein Fahrer durch Niederdrücken eines Fahrpedals eine höhere Leistung der Verbrennungskraftmaschine fordert. In 2 is the crosslinking of the compressor according to the invention 100 which the control device 16 includes shown. The compressor 100 is via a data transmission device 21 , which as a CAN data bus 22 is formed with an engine control unit 19 and optionally other electronic systems 27 respectively. 28 connected. It may also be provided additional electronic systems. The data transmission device does not have to be designed as a CAN data bus. About the data transmission device 21 can data, in particular operating conditions, to the compressor 100 or the control device 16 of the compressor 100 be transmitted. In particular, the engine control unit 19 a request for a quick start of the compressor 100 or the compressor wheel 11 of the compressor 100 to the control device 16 of the compressor 100 to transfer. Such a requirement can occur, for example, when a driver requires a higher power of the internal combustion engine by depressing an accelerator pedal.

In 3 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters 100 dargestellt. In 3 is a flowchart of the inventive method for controlling an aerodynamic compressor 100 shown.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 ist der aerodynamische Verdichter 100, auch e-Charger, Booster oder elektrischer Turbolader genannt, ausgeschaltet, das bedeutet, dass die Drehzahl des Verdichterrades 11 des aerodynamischen Verdichters 100 auf Null geregelt ist bzw. dass keine Drehzahl am Verdichterrad 11 des aerodynamischen Verdichters 100 anliegt. In a first method step S1, the aerodynamic compressor 100 Also called e-Charger, booster or electric turbocharger, off, that means the speed of the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 is set to zero or that no speed on the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 is applied.

Gegebenenfalls, jedoch nicht von der Erfindung erfordert, kann in einem Verfahrensschritt S2 durch ein Motorsteuergerät 19 oder durch die Steuervorrichtung 16 des aerodynamischen Verdichters 100 ermittelt werden, ob eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine oder eine Drehzahl des Verdichterrades 11 des aerodynamischen Verdichters 100 dafür benötigt wird, um einen Warmlauf zu gewährleisten, bzw. um die Verbrennungskraftmaschine und/oder den aerodynamischen Verdichter 100 warmlaufen zu lassen. Wird eine derartige Drehzahl benötigt, so kann im Schritt S3 die Drehzahl des Verdichterrades 11 des aerodynamischen Verdichters 100 durch die Steuervorrichtung 16 auf eine Soll-Drehzahl nSoll = nWarmlauf geregelt werden, welche geringer ist als eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl nLeerlauf. Wie bereits ausgeführt, sind diese Schritte S2 und S3 nicht zwingend notwendig. In einem Verfahrensschritt S4 wird eine Drehzahl und/oder ein Lastzustand beziehungsweise eine Motordrehzahl und/oder eine Motorlast der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Ferner wird ermittelt oder überprüft, ob die Drehzahl und/oder der Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine größer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, insbesondere eine vorbestimmte Grenzdrehzahl oder ein vorbestimmter Grenzlastzustand. Ist die Drehzahl oder der Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine nicht größer als die Grenzdrehzahl oder der Grenzlastzustand, so fährt das Verfahren fort mit dem Verfahrensschritt S5. Im Verfahrensschritt S5 wird von der Steuervorrichtung 16 des aerodynamischen Verdichters 100 bestimmt, ob aufgrund des Betriebszustandes, welcher beispielsweise eine Drehzahl und/oder ein Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine, und/oder eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges, und/oder ein Druckverhältnis und/oder ein Massenstrom eines Turboladers umfasst, ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters 100, insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, wobei die Anforderung bevorzugt von einer Elektronik, insbesondere einer Motorsteuerung 25, gestellt wird. Es wird in diesem Verfahrensschritt S5 somit ein Algorithmus durchgeführt, um zu bestimmen, ob aufgrund der Betriebssituation innerhalb kurzer Zeit eine Anforderung an den e-Charger, beziehungsweise den Verdichter, gestellt werden könnte. Optionally, but not required by the invention can, in a method step S2 by an engine control unit 19 or by the control device 16 of the aerodynamic compressor 100 be determined whether a speed of the internal combustion engine or a speed of the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 is needed to ensure warm-up, or to the internal combustion engine and / or the aerodynamic compressor 100 to warm up. If such a speed is required, then in step S3, the speed of the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 through the control device 16 be controlled to a target speed n target = n warm-up , which is less than a predetermined idle speed n idle . As already stated, these steps S2 and S3 are not absolutely necessary. In a method step S4, a rotational speed and / or a load state or an engine rotational speed and / or an engine load of the internal combustion engine is determined. Furthermore, it is determined or checked whether the rotational speed and / or the load state of the internal combustion engine is greater as a predetermined limit, in particular a predetermined limit speed or a predetermined limit load state. If the rotational speed or the load state of the internal combustion engine is not greater than the limit rotational speed or the limit load state, the method continues with method step S5. In method step S5, the control device 16 of the aerodynamic compressor 100 determines whether due to the operating condition, which includes, for example, a speed and / or a load state of the internal combustion engine, and / or a speed of a motor vehicle, and / or a pressure ratio and / or a mass flow of a turbocharger, requesting a start-up of the compressor 100 , in particular in a following short time interval is to be expected, the request preferably from an electronics, in particular a motor control 25 , is provided. An algorithm is thus carried out in this method step S5 in order to determine whether a request to the e-charger or the compressor could be made within a short time due to the operating situation.

Ist ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters 100 in einem folgenden kurzen Zeitintervall nicht zu erwarten, so beginnt das Verfahren wieder mit dem Verfahrensschritt S1. Dies bedeutet, dass der aerodynamische Verdichter 100 bzw. der e-Charger oder Booster weiterhin ausgeschaltet ist, das heißt, dass keine Drehzahl des Verdichterrades 11 oder eine im Wesentlichen mit Null verträgliche Drehzahl des Verdichterrades 11 vorliegt. Hierdurch wird verhindert, dass elektrische Energie zur Beibehaltung der Leerlaufdrehzahl erzeugt werden muss, und es wird ein höherer Kraftstoffverbrauch verhindert und die CO2-Belastung reduziert. Is a request for a startup of the compressor 100 can not be expected in a following short time interval, the method begins again with method step S1. This means that the aerodynamic compressor 100 or the e-charger or booster is still off, that is, that no speed of the compressor wheel 11 or a substantially compatible with zero speed of the compressor wheel 11 is present. This prevents electric power from being generated to maintain the idling speed, and prevents higher fuel consumption and reduces the CO 2 load.

Führt hingegen die Ermittlung der Steuervorrichtung 16 dazu, dass die Bedingung, dass ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters 100, insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, zu einem positiven Ergebnis, so wird der Verfahrensschritt S6 durchgeführt, und die Drehzahl des Verdichterrades 11 durch die Steuerungsvorrichtung 16 auf eine Solldrehzahl nSoll geregelt, welche einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl nLeerlauf entspricht. On the other hand, leads to the determination of the control device 16 to that the condition that requesting a startup of the compressor 100 , in particular in a following short time interval is to be expected, to a positive result, the method step S6 is performed, and the speed of the compressor wheel 11 by the control device 16 is controlled to a target speed n target , which corresponds to a predetermined idle speed n idle .

Durch die Regelung der Drehzahl des Verdichterrades 11 des aerodynamischen Verdichters 100 wird der Verdichter 100 vorbereitet, innerhalb eines kurzen Zeitintervalls seinen Nennpunkt bzw. seine Nennleistung zu erreichen. By controlling the speed of the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 becomes the compressor 100 prepared to reach its nominal point or rated power within a short time interval.

Wieder Bezug nehmend auf Verfahrensschritt S4 kann es auch vorkommen, dass die Drehzahl bzw. der Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine größer ist als eine Grenzdrehzahl oder ein Grenzlastzustand der Verbrennungskraftmaschine. In diesem Fall wird nach Verfahrensschritt S4 Verfahrensschritt S7 ausgeführt, und die Steuervorrichtung 16 des aerodynamischen Verdichters 100 führt einen Algorithmus aus, um zu bestimmen, ob das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom des Turboladers für die Beibehaltung des Betriebszustandes beziehungsweise des aktuellen Betriebspunktes ausreicht. Reicht das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom des Turboladers zur Beibehaltung des Betriebszustandes aus, so wird das Verfahren mit Verfahrensschritt S5 fortgeführt, indem bestimmt wird, ob eine Anforderung für ein Anlaufen des Verdichters 100 zu erwarten ist. Reicht hingegen das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom für den aktuellen Betriebspunkt nicht aus, so springt das Verfahren zu Verfahrensschritt S6, indem die Drehzahl nSoll des Verdichterrades 11 des aerodynamischen Verdichters 100 auf die Leerlaufdrehzahl nLeerlauf geregelt wird. Referring again to method step S4, it may also happen that the rotational speed or the load state of the internal combustion engine is greater than a limiting rotational speed or a limit load state of the internal combustion engine. In this case, method step S7 is executed after method step S4, and the control device 16 of the aerodynamic compressor 100 performs an algorithm to determine whether the pressure ratio and / or mass flow of the turbocharger is sufficient to maintain the operating condition or current operating point. If the pressure ratio and / or the mass flow of the turbocharger is sufficient to maintain the operating state, the method is continued with method step S5, by determining whether a request for starting the compressor 100 is to be expected. On the other hand, if the pressure ratio and / or the mass flow are insufficient for the current operating point, the method jumps to method step S6 in which the rotational speed n desired of the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 is regulated to the idle speed n idle .

Es ist somit insbesondere ersichtlich, dass auch in dem Fall, in dem die Drehzahl bzw. der Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine oberhalb einer Grenzdrehzahl oder eines Grenzlastzustandes liegt, das Verdichterrad 11 des aerodynamischen Verdichters 100 mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn trotz Überschreiten der Grenzdrehzahl und des Grenzlastzustandes durch den Betrieb eines Verdichters 100 ein Druckverhältnis und ein Massenstrom erhöht werden können und/oder eine Erhöhung sinnvoll ist. It is thus apparent, in particular, that even in the case in which the rotational speed or the load state of the internal combustion engine is above a limiting rotational speed or a limit load state, the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 can be operated at an idle speed. This is the case when, despite exceeding the limit speed and the limit load condition by the operation of a compressor 100 a pressure ratio and a mass flow can be increased and / or an increase makes sense.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass in einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, in dem der Verdichter 100 zur Erhöhung eines Druckverhältnisses und eines Massenstromes des Turboladers benötigt wird, beispielsweise in einer starken Beschleunigungsphase eines Kraftfahrzeuges, die Drehzahl des Verdichterrades 11 des aerodynamischen Verdichters 100 durch die Steuervorrichtung 16 an eine zweckmäßig angepasste Drehzahl geregelt wird. It is obvious to a person skilled in the art that in an operating state of the internal combustion engine, in particular of the internal combustion engine of a motor vehicle, in which the compressor 100 is required to increase a pressure ratio and a mass flow of the turbocharger, for example, in a strong acceleration phase of a motor vehicle, the speed of the compressor wheel 11 of the aerodynamic compressor 100 through the control device 16 is controlled to a suitably adapted speed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100
Verdichter compressor
10 10
Verdichtergehäuse compressor housing
11 11
Verdichterrad compressor
12 12
Welle wave
13 13
Wälzlager roller bearing
14 14
Antriebsvorrichtung driving device
15 15
Elektromotor electric motor
16 16
Steuervorrichtung control device
17 17
Anschlussleitung connecting cable
18 18
Leitung management
19 19
Motorsteuergerät Engine control unit
20 20
Bordnetz board network
21 21
Datenübertragungsvorrichtung Data transfer device
22 22
CAN-Datenbus CAN data bus
23 23
Mediumeinströmöffnung Mediumeinströmöffnung
24 24
Mediumausströmöffnung Mediumausströmöffnung
25 25
Motorsteuerung motor control
26 26
Pfeil arrow
26a 26a
Pfeil arrow
27 27
Elektronisches System Electronic system
28 28
Elektronisches System Electronic system
S1 S1
Verfahrensschritt step
S2 S2
Verfahrensschritt step
S3 S3
Verfahrensschritt step
S4 S4
Verfahrensschritt step
S5 S5
Verfahrensschritt step
S6 S6
Verfahrensschritt step
S7 S7
Verfahrensschritt step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • GB 2504953 A [0006] GB 2504953 A [0006]
  • WO 2006/087014 A1 [0007] WO 2006/087014 A1 [0007]
  • JP 2006/194206 A [0008] JP 2006/194206 A [0008]

Claims (11)

Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters (100) für einen Antrieb, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Brennstoffzellenantrieb, bevorzugt für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Verdichter (100) ein Verdichtergehäuse (10) und ein innerhalb des Verdichtergehäuses (10) rotierbar gelagertes Verdichterrad (11) aufweist, wobei der Verdichter (100) eine Antriebsvorrichtung (14) zum Antrieb des Verdichterrades (11) aufweist, und wobei eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl des Verdichterrades (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (16) und/oder eine externe Vorrichtung auf Basis eines Betriebszustandes ermittelt, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades (11) auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Method for controlling an aerodynamic compressor ( 100 ) for a drive, in particular for an internal combustion engine or a fuel cell drive, preferably for an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the compressor ( 100 ) a compressor housing ( 10 ) and inside the compressor housing ( 10 ) rotatably mounted compressor wheel ( 11 ), wherein the compressor ( 100 ) a drive device ( 14 ) for driving the compressor wheel ( 11 ), and wherein a control device for controlling and / or regulating the rotational speed of the compressor wheel ( 11 ), characterized in that the control device ( 16 ) and / or an external device based on an operating condition determines whether a condition for controlling the speed of the compressor wheel ( 11 ) is met to a predetermined idle speed. Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung erfüllt ist, wenn aufgrund des Betriebszustandes ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters (100), insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, wobei die Anforderung bevorzugt von einer Elektronik, insbesondere einer Motorsteuerung (25), gestellt wird. Method for controlling an aerodynamic compressor ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the condition is met, when due to the operating condition requesting a start-up of the compressor ( 100 ), in particular in a following short time interval, the request preferably being from an electronic system, in particular a motor controller ( 25 ), is provided. Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand eine Drehzahl und/oder einen Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, umfasst, und/oder dass der Betriebszustand eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges umfasst, und/oder dass der Betriebszustand ein Druckverhältnis und/oder einen Massenstrom eines Turboladers und/oder eine Getriebestellung und/oder Daten, welche zwischen dem Kraftfahrzeug und einer externen Stelle ausgetauscht werden, umfasst. Method for controlling an aerodynamic compressor ( 100 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the operating state comprises a rotational speed and / or a load state of the drive, in particular of the internal combustion engine, and / or that the operating state includes a speed of a motor vehicle, and / or that the operating state, a pressure ratio and / or a mass flow of a turbocharger and / or a gear position and / or data exchanged between the motor vehicle and an external body. Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung erfüllt ist, wenn das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom eines Turboladers für die Beibehaltung des aktuellen und/oder das Erreichen des voraussichtlich geänderten Betriebszustandes nicht ausreicht. Method for controlling an aerodynamic compressor ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the condition is met when the pressure ratio and / or the mass flow of a turbocharger for maintaining the current and / or the achievement of the expected changed operating condition is not sufficient. Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (16) die Drehzahl des Verdichterrades (11) auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl regelt, wenn die Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades (11) auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Method for controlling an aerodynamic compressor ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 16 ) the speed of the compressor wheel ( 11 ) to the predetermined idling speed, if the condition for controlling the speed of the compressor wheel ( 11 ) is met to a predetermined idle speed. Verfahren zur Steuerung eines aerodynamischen Verdichters (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte durchgeführt werden: a) Ermitteln der Drehzahl und/oder des Lastzustandes des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, und b) wenn die Drehzahl und/oder der Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, größer ist als eine vorbestimmte Grenzdrehzahl und/oder als ein vorbestimmter Grenzlastzustand, Durchführen des Verfahrensschrittes c), oder, wenn die Drehzahl und/oder der Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, nicht größer ist als eine vorbestimmte Grenzdrehzahl und/oder als ein vorbestimmter Grenzlastzustand, Durchführen des Verfahrensschrittes d), c) Ermitteln ob die Bedingung erfüllt ist, dass das Druckverhältnis und/oder der Massenstrom eines Turboladers für die Beibehaltung des Betriebszustandes nicht ausreicht, und wenn die Bedingung erfüllt ist Durchführen des Verfahrensschrittes e), und wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, Fortfahren mit Verfahrensschritt d), d) Ermitteln, ob die Bedingung erfüllt ist, dass aufgrund des Betriebszustandes ein Anfordern eines Anlaufens des Verdichters (100), insbesondere in einem folgenden kurzen Zeitintervall, zu erwarten ist, wobei die Anforderung bevorzugt von einer Elektronik, insbesondere einer Motorsteuerung (25), gestellt wird, und, wenn die Bedingung erfüllt ist, Durchführen des Verfahrensschrittes e), oder wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, Durchführen des Verfahrensschrittes f), e) Regelung der Drehzahl des Verdichterrades (11) auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl und gegebenenfalls Fortfahren mit Verfahrensschritt a), f) Regelung der Drehzahl des Verdichterrades (11), so dass im Wesentlichen keine Drehzahl vorhanden ist und gegebenenfalls Fortfahren mit Verfahrensschritt a). Method for controlling an aerodynamic compressor ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the following steps are carried out: a) determining the speed and / or the load state of the drive, in particular the internal combustion engine, and b) if the speed and / or the load state of the drive, in particular the Internal combustion engine, is greater than a predetermined limit speed and / or as a predetermined limit load condition, performing the method step c), or if the speed and / or the load state of the drive, in particular the internal combustion engine, is not greater than a predetermined limit speed and / or as a predetermined limit load condition, performing the method step d), c) determining whether the condition is satisfied that the pressure ratio and / or the mass flow of a turbocharger for maintaining the operating condition is insufficient, and if the condition is fulfilled performing the method step e), and if the Bedingu ng is not satisfied, proceeding with method step d), d) determining whether the condition is satisfied that due to the operating state requesting a start-up of the compressor ( 100 ), in particular in a following short time interval, the request preferably being from an electronic system, in particular a motor controller ( 25 ), and, if the condition is met, performing method step e), or if the condition is not met, performing method step f), e) controlling the Speed of the compressor wheel ( 11 ) to a predetermined idle speed and optionally proceeding with method step a), f) controlling the speed of the compressor wheel ( 11 ), so that substantially no rotational speed is present and optionally continue with method step a). Aerodynamischer Verdichter (100) für einen Antrieb, insbesondere ein Brennstoffzellenantrieb oder eine Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, geeignet für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse (10) und ein innerhalb des Verdichtergehäuses (10) rotierbar gelagertes Verdichterrad (11) umfasst, wobei der Verdichter eine Antriebsvorrichtung (14) zum Antrieb des Verdichterrades (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (16) vorgesehen ist, welche bevorzugt ausgebildet ist auf Basis eines Betriebszustandes zu ermitteln, ob eine Bedingung zur Regelung der Drehzahl des Verdichterrades (11) auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl erfüllt ist. Aerodynamic compressor ( 100 ) for a drive, in particular a fuel cell drive or an internal combustion engine, more particularly for an internal combustion engine of a motor vehicle, suitable for a method according to one of claims 1 to 6, wherein the compressor is a compressor housing ( 10 ) and inside the compressor housing ( 10 ) rotatably mounted compressor wheel ( 11 ), wherein the compressor comprises a drive device ( 14 ) for driving the compressor wheel ( 11 ), characterized in that a control device ( 16 ) is provided, which is preferably designed based on an operating condition to determine whether a condition for controlling the speed of the compressor wheel ( 11 ) is met to a predetermined idle speed. Aerodynamischer Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (14) ein Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist. Aerodynamic compressor ( 100 ) according to claim 7, characterized in that the drive device ( 14 ) is an electric motor, in particular a brushless DC motor. Aerodynamischer Verdichter (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand eine Drehzahl und/oder einen Lastzustand des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, umfasst, und/oder dass der Betriebszustand eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges umfasst, und/oder dass der Betriebszustand ein Druckverhältnis und/oder einen Massenstrom eines Turboladers und/oder eine Getriebestellung und/oder Daten, welche zwischen dem Kraftfahrzeug und einer externen Stelle ausgetauscht werden, umfasst. Aerodynamic compressor ( 100 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the operating state comprises a rotational speed and / or a load state of the drive, in particular of the internal combustion engine, and / or that the operating state includes a speed of a motor vehicle, and / or that the operating state, a pressure ratio and / or a mass flow of a turbocharger and / or a gear position and / or data exchanged between the motor vehicle and an external body. Aerodynamischer Verdichter (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenübertragungsvorrichtung (21) vorgesehen ist, wobei die Datenübertragungsvorrichtung (21) dazu ausgebildet ist, der Steuervorrichtung (16) Daten betreffend den Betriebszustand und/oder Signale, insbesondere Steuersignale, zu übermitteln und/oder wobei die Datenübertragungsvorrichtung (21) dazu ausgebildet ist Daten betreffend den Betriebszustand und/oder Signale, insbesondere Steuersignale, von der Steuervorrichtung (16) übermittelt zu bekommen oder weiterzuleiten. Aerodynamic compressor ( 100 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that a data transmission device ( 21 ), the data transmission device ( 21 ) is adapted to the control device ( 16 ) Data concerning the operating state and / or signals, in particular control signals, to transmit and / or wherein the data transmission device ( 21 ) is designed to data concerning the operating state and / or signals, in particular control signals, from the control device ( 16 ) to get transmitted or forwarded. Kraftfahrzeug mit einem Antrieb, insbesondere mit einem Brennstoffzellenantrieb oder einer Verbrennungskraftmaschine, weiter insbesondere mit einem Verbrennungsmotor, umfassend einen aerodynamischen Verdichter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, insbesondere geeignet zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6.  Motor vehicle with a drive, in particular with a fuel cell drive or an internal combustion engine, more particularly with an internal combustion engine, comprising an aerodynamic compressor according to one of claims 7 to 10, in particular suitable for carrying out a method according to claims 1 to 6.
DE102015223635.8A 2015-11-30 2015-11-30 Method for controlling an aerodynamic compressor for an internal combustion engine and aerodynamic compressor for an internal combustion engine Pending DE102015223635A1 (en)

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