DE102016210931A1 - Method for operating a supercharged internal combustion engine - Google Patents

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Gabriele Sgroi
Johannes ZELLER
Giovanni Cornetti
Daniel Conzelmann
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (10) mit einem Verdichter (28; 30), der mit einer Verdichterdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wobei ein Gasmassenstrom gemessen wird. Um den messtechnischen Aufwand beim Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zu reduzieren, wird der Gasmassenstrom über einen elektrisch angetriebenen Verdichter (28; 30) in Verdrängerbauweise ermittelt.The invention relates to a method of operating a supercharged internal combustion engine (10) having a compressor (28; 30) electrically driven at a compressor speed, wherein a gas mass flow is measured. In order to reduce the metrological outlay when operating a supercharged internal combustion engine, the gas mass flow is determined via an electrically driven compressor (28, 30) in positive displacement design.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, der mit einer Verdichterdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wobei ein Gasmassenstrom gemessen wird. The invention relates to a method for operating a supercharged internal combustion engine having a compressor that is electrically driven at a compressor speed, wherein a gas mass flow is measured.

Stand der TechnikState of the art

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 32 337 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung einer Luftmassenmessvorrichtung in einer Luftzuführung einer Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter bekannt, wobei in Abhängigkeit einer Verdichterdrehzahl und einem Verdichterdruckverhältnis ein Luftmassenstrom in der Luftzuführung modelliert und mit einem von der Luftmassenmessvorrichtung gemessenen Luftmassenstrom verglichen wird. From the German patent application DE 102 32 337 A1 a method for monitoring an air mass measuring device in an air supply of an internal combustion engine with an electrically driven compressor is known, wherein an air mass flow in the air supply modeled depending on a compressor speed and a compressor pressure ratio and compared with an air mass flow measured by the air mass measuring device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, den messtechnischen Aufwand beim Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, der mit einer Verdichterdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wobei ein Gasmassenstrom gemessen wird, zu reduzieren. The object of the invention is to reduce the metrological effort in operating a supercharged internal combustion engine with a compressor which is electrically driven with a compressor speed, wherein a gas mass flow is measured to reduce.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, der mit einer Verdichterdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wobei ein Gasmassenstrom gemessen wird, dadurch gelöst, dass der Gasmassenstrom über einen elektrisch angetriebenen Verdichter in Verdrängerbauweise ermittelt wird. Die Brennkraftmaschine ist zum Beispiel als Dieselmotor oder als Benzinmotor ausgeführt. Der elektrisch angetriebene Verdichter in Verdrängerbauweise wird auch als volumetrischer Verdichter bezeichnet. Bei einem volumetrischen Verdichter korreliert der Massenstrom über den Verdichter deutlich besser mit der Verdichterdrehzahl als bei sogenannten Turboverdichtern, die als Strömungsmaschinen mit einem rotierenden Läufer ausgeführt sind. Bei dem Verdichter in Verdrängerbauweise oder volumetrischem Verdichter kann ein Differenzdrucksensor vorteilhaft entfallen, der bei der Verwendung von Turboverdichtern zur Ermittlung eines Verdichterdruckverhältnisses benötigt wird. Daher kann in einem System zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine gemäß dem beanspruchten Verfahren vorteilhaft auf einen Luftmassenstromsensor, insbesondere in der Luftzuführung, verzichtet werden. In dem gemäß dem beanspruchten Verfahren betriebenen System reicht die Verwendung eines normalen Drucksensors, der in einer Strömungsrichtung vor dem Verdichter angeordnet ist, aus. Das beanspruchte Verfahren liefert den Vorteil, dass der Gasmassenstrom, der verkürzt auch als Massenstrom bezeichnet wird, über den Verdichter in Verdrängerbauweise mit einem vereinfachten Sensorkonzept praktisch gemessen werden kann. Für den Fall, dass trotzdem ein Luftmassensensor in der Luftzuführung vorgesehen ist, kann das beanspruchte Verfahren zur Darstellung einer Abgleichfunktion des Luftmassensensors verwendet werden. Dadurch können/kann eine an sich unerwünschte Bauteilstreuung und/oder Lebensdauereffekte des Luftmassensensors adaptiert werden. The object is achieved in a method for operating a supercharged internal combustion engine with a compressor, which is electrically driven with a compressor speed, wherein a gas mass flow is measured, achieved in that the gas mass flow is determined via an electrically driven compressor in Verdrängerbauweise. The internal combustion engine is designed, for example, as a diesel engine or as a gasoline engine. The electrically driven positive displacement compressor is also referred to as a volumetric compressor. In a volumetric compressor, the mass flow through the compressor correlates significantly better with the compressor speed than in so-called turbocompressors, which are designed as turbomachines with a rotating rotor. In the positive displacement compressor or volumetric compressor, a differential pressure sensor, which is required when using turbocompressors to determine a compressor pressure ratio, may be advantageously eliminated. Therefore, in a system for operating a supercharged internal combustion engine according to the claimed method, advantageously an air mass flow sensor, in particular in the air supply, can be dispensed with. In the system operated according to the claimed method, the use of a normal pressure sensor arranged in a flow direction upstream of the compressor is sufficient. The claimed method provides the advantage that the gas mass flow, which is also abbreviated as mass flow, can be practically measured via the positive displacement compressor with a simplified sensor concept. In the event that nevertheless an air mass sensor is provided in the air supply, the claimed method can be used to represent a balancing function of the air mass sensor. This can / can be adapted to an undesirable component scattering and / or lifetime effects of the air mass sensor.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom über einen elektrisch angetriebenen Spiralverdichter ermittelt wird. Der Spiralverdichter wird auch als Schneckenverdichter oder Scrollverdichter bezeichnet. Der Spiralverdichter umfasst zum Beispiel zwei ineinander verschachtelte Spiralen, die gegenläufig bewegt werden, um den Gasmassenstrom zu verdichten. Der Spiralverdichter liefert, insbesondere gegenüber Turboverdichtern, den Vorteil, dass er ein im Wesentlichen konstantes Hubvolumen aufweist. Anstelle des Spiralverdichters können aber auch andere Verdichter in Verdrängerbauweise, zum Beispiel Hubkolbenverdichter, verwendet werden. Allerdings wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und Untersuchungen mit Spiralverdichtern besonders gute Ergebnisse erzielt. A preferred embodiment of the method is characterized in that the air mass flow is determined via an electrically driven scroll compressor. The scroll compressor is also referred to as a scroll compressor or scroll compressor. For example, the scroll compressor includes two nested spirals that are moved in opposite directions to compress the gas mass flow. The scroll compressor provides, in particular over turbocompressors, the advantage that it has a substantially constant displacement. Instead of the scroll compressor, however, it is also possible to use other positive displacement compressors, for example reciprocating compressors. However, particularly good results have been achieved in experiments and investigations with spiral compressors carried out in the context of the present invention.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter in Verdrängerbauweise ein Hauptlader für die Brennkraftmaschine ist. Der Hauptlader ist zur Darstellung eines Turboladers vorteilhaft mit einer Turbine gekoppelt. Die Turbine wird in an sich bekannter Art und Weise vom Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Verdichter in Verdrängerbauweise dient vorteilhaft dazu, einen Gasmassenstrom, der zum Beispiel Frischluft und Abgas enthält, zu verdichten bevor der Gasmassenstrom, gegebenenfalls über einen Ladeluftkühler, der Brennkraftmaschine zugeführt wird. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the electrically driven compressor in positive displacement design is a main charger for the internal combustion engine. The main loader is advantageously coupled to a turbocharger with a turbine. The turbine is driven in a manner known per se by the exhaust gas of the internal combustion engine. The positive displacement compressor advantageously serves to compress a gas mass flow, which contains fresh air and exhaust gas, for example, before the gas mass flow, optionally via an intercooler, is supplied to the internal combustion engine.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter in Verdrängerbauweise ein elektrischer Zusatzverdichter für die Brennkraftmaschine ist. Der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter in Verdrängerbauweise ist zum Beispiel in einer Ansaugstrecke der Brennkraftmaschine angeordnet. Dabei ist der elektrische Zusatzverdichter vorteilhaft zusätzlich zu einem als Hauptlader für die Brennkraftmaschine verwendeten Verdichter vorgesehen. Der als Hauptlader für die Brennkraftmaschine verwendete Verdichter kann dann als Turboverdichter oder auch als elektrisch angetriebener Verdichter in Verdrängerbauweise ausgeführt sein. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the electrically driven compressor in Verdrängerbauweise is an additional electric compressor for the internal combustion engine. The electrically driven auxiliary compressor in Verdrängerbauweise is arranged for example in an intake of the internal combustion engine. In this case, the additional electric compressor is advantageously provided in addition to a compressor used as a main charger for the internal combustion engine. The compressor used as a main loader for the internal combustion engine can then be designed as a turbo-compressor or as an electrically driven compressor in Verdrängerbauweise.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter in Verdrängerbauweise ein Bypass mit einem Bypassventil zugeordnet ist, das mit dem Ergebnis der Gasmassenstrommessung angesteuert wird. Bei dem Bypassventil handelt es sich zum Beispiel um eine Bypassklappe. Über den Bypass mit dem Bypassventil kann der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter in Verdrängerbauweise bedarfsabhängig im Betrieb der Brennkraftmaschine umgangen werden. Über den Bypass mit dem Bypassventil kann der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter in Verdrängerbauweise bei Bedarf auch im Kreis betrieben werden. Mit der Kenntnis des über den elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter in Verdrängerbauweise strömenden Gasmassenstroms kann das Bypassventil, insbesondere die Bypassklappe, so angesteuert werden, dass es beziehungsweise sie beim Betreiben der Brennkraftmaschine im genau richtigen Moment schließt. Dadurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs, das mit der Brennkraftmaschine ausgestattet ist, die gemäß dem beanspruchten Verfahren betrieben wird, beim Beschleunigen ein unerwünschtes Ruckeln spürt. Durch die genaue Ansteuerung des Bypassventils, insbesondere der Bypassklappe, kann auf einfache Art und Weise eine optimale Ladedruckerhöhung und damit ein optimales Fahrzeugbeschleunigungsverhalten, insbesondere ohne Verbrauchsnachteile, erreicht werden. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the electrically driven auxiliary compressor in Verdrängerbauweise a bypass is associated with a bypass valve, which is controlled with the result of the gas mass flow measurement. The bypass valve is, for example, a bypass flap. About the bypass with the bypass valve, the electrically driven auxiliary compressor can be bypassed in positive displacement design as needed in the operation of the internal combustion engine. By means of the bypass with the bypass valve, the electrically driven additional compressor in displacement design can also be operated in a circle if required. With the knowledge of the gas mass flow flowing via the electrically driven additional compressor in positive displacement design, the bypass valve, in particular the bypass valve, can be controlled such that it closes at exactly the right moment when the internal combustion engine is operated. This can advantageously be prevented that a driver of a motor vehicle, which is equipped with the internal combustion engine, which is operated according to the claimed method, during acceleration feels an undesirable jerking. The precise control of the bypass valve, in particular the bypass valve, can be achieved in a simple manner optimal boost pressure increase and thus optimal vehicle acceleration behavior, in particular without consumption disadvantages.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gasmassenstrom über den elektrisch angetriebenen Verdichter in Verdrängerbauweise, basierend auf der Verdichterdrehzahl, einem Verdichtereingangsdruck, einer Verdichtereingangstemperatur und einem pro Umdrehung verdrängten Volumen des elektrisch angetriebenen Verdichters in Verdrängerbauweise berechnet wird. Die Verdichterdrehzahl, mit welcher der Verdichter in Verdrängerbauweise elektrisch angetrieben wird, ist bekannt. Der Verdichtereingangsdruck kann auf einfache Art und Weise mit einem einfachen Drucksensor erfasst werden. Die Verdichtereingangstemperatur kann auf einfache Art und Weise mit einem geeigneten Temperatursensor erfasst werden. Das pro Umdrehung verdrängte Volumen des elektrisch angetriebenen Verdichters in Verdrängerbauweise ist, vorzugsweise hardwarespezifisch, ebenfalls bekannt. Der Verdichtereingangsdruck und die Verdichtereingangstemperatur können gegebenenfalls auch mit Hilfe von Modellwerten in einem Motorsteuergerät bestimmt werden. Die Berechnung des Gasmassenstroms erfolgt im Betrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft ebenfalls in dem Motorsteuergerät. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the gas mass flow is calculated via the electrically driven compressor in Verdrängerbauweise based on the compressor speed, a compressor input pressure, a compressor inlet temperature and a per revolution displaced volume of the electrically driven compressor in Verdrängerbauweise. The compressor speed with which the compressor is electrically driven in Verdrängerbauweise is known. The compressor input pressure can be detected in a simple manner with a simple pressure sensor. The compressor inlet temperature can be detected in a simple manner with a suitable temperature sensor. The displaced per revolution volume of the electrically driven compressor in Verdrängerbauweise is, preferably hardware-specific, also known. The compressor inlet pressure and the compressor inlet temperature may optionally also be determined by means of model values in an engine control unit. The calculation of the gas mass flow is advantageously carried out in the operation of the internal combustion engine also in the engine control unit.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das pro Umdrehung verdrängte Volumen des elektrisch angetriebenen Verdichters in Verdrängerbauweise mit einem Referenzgasmassenstromsensor bestimmt und gespeichert wird. Der volumetrische Wirkungsgrad des elektrisch angetriebenen Verdichters in Verdrängerbauweise kann auf einfache Art und Weise aus Messungen mit einem Referenzgasmassenstromsensor bestimmt werden und dann im Motorsteuergerät, zum Beispiel als Kennfeld, abgelegt werden. A further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the volume of the electrically driven compressor displaced per revolution is determined and stored in positive displacement construction with a reference gas mass flow sensor. The volumetric efficiency of the electrically driven positive displacement compressor can be determined in a simple manner from measurements with a reference gas mass flow sensor and then stored in the engine control unit, for example as a performance map.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Gasmassenstrommessung genutzt wird, um Abgasnachbehandlungskomponenten zu regeln. Bei den Abgasnachbehandlungskomponenten handelt es sich zum Beispiel um Katalysatoren. Die Katalysatoren sind zum Beispiel bei direkt einspritzenden Benzinmotoren und/oder bei Dieselmotoren zur Nachbehandlung von Kohlenmonoxiden und Kohlenwasserstoffen eingesetzt. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the result of the gas mass flow measurement is used to regulate exhaust aftertreatment components. The exhaust aftertreatment components are, for example, catalysts. The catalysts are used for example in direct-injection gasoline engines and / or in diesel engines for the aftertreatment of carbon monoxide and hydrocarbons.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Bei dem Computer handelt es sich vorzugsweise um ein Steuergerät, insbesondere um ein Motorsteuergerät, in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren betrieben wird.The invention further relates to a computer program product comprising a computer program having software means for performing a previously described method when the computer program is executed on a computer. The computer is preferably a control unit, in particular an engine control unit, in a motor vehicle having an internal combustion engine which is operated in accordance with a previously described method.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, mit einem derartigen Computerprogrammprodukt. The invention further relates to a control unit, in particular an engine control unit, with such a computer program product.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments are described in detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Die einzige beiliegende 1 zeigt ein System zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter. The only enclosed 1 shows a system for operating a supercharged internal combustion engine with an electrically driven auxiliary compressor.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist ein System mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 10 und einem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter 30 vereinfacht dargestellt. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Verbrennungsmotor mit vier Zylindern 1, 2, 3, 4. Der Verbrennungsmotor ist zum Beispiel als Otto-Motor oder als Dieselmotor ausgeführt. In 1 is a system with a supercharged internal combustion engine 10 and an electrically driven auxiliary compressor 30 shown in simplified form. The internal combustion engine 10 includes an internal combustion engine with four cylinders 1 . 2 . 3 . 4 , The internal combustion engine is designed, for example, as a gasoline engine or as a diesel engine.

Über eine Luftzufuhr 5 wird Brennräumen des Verbrennungsmotors über ein Drosselventil 6 und einen Ladeluftkühler 8 Luft oder Gas zugeführt. Über eine Abgasrückführleitung 11 mit einem Abgasrückführventil 12 kann der Frischluft, die der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, rückgeführtes Abgas beigemischt werden. Daher wird die Frischluft, die der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, auch als Frischgas, verkürzt als Gas, bezeichnet. About an air supply 5 is combustion chambers of the internal combustion engine via a throttle valve 6 and a charge air cooler 8th Supplied with air or gas. Via an exhaust gas recirculation line 11 with an exhaust gas recirculation valve 12 can the fresh air, that of the internal combustion engine 10 is fed, recirculated exhaust gas are admixed. Therefore, the fresh air, that of the internal combustion engine 10 is supplied, also referred to as fresh gas, shortened as gas.

In der Brennkraftmaschine 10 wird ein Frischgas- und zurückgeführtes Abgas beziehungsweise Luft-/Kraftstoffgemisch gezündet. Abgase des Verbrennungsprozesses werden von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßen und über eine Abgasabfuhr 14 abgeführt. In the internal combustion engine 10 a fresh gas and recirculated exhaust gas or air / fuel mixture is ignited. Exhaust gases of the combustion process are from the internal combustion engine 10 ejected and via an exhaust gas discharge 14 dissipated.

Der Abgasstrom in der Abgasabfuhr 14 treibt eine Turbine 15 eines Abgasturboladers 16 an. Der Turbine 15 des Abgasturboladers 16 ist in Abgasströmungsrichtung eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 nachgeschaltet. Über eine Auspuffklappe 19 gelangt zumindest ein Teil des Abgasstroms in den Auspuff 20. The exhaust gas flow in the exhaust gas removal 14 drives a turbine 15 an exhaust gas turbocharger 16 at. The turbine 15 the exhaust gas turbocharger 16 is an exhaust aftertreatment device in the exhaust gas flow direction 18 downstream. About an exhaust flap 19 at least part of the exhaust gas flow reaches the exhaust 20 ,

Der Abgasstrom aus der Abgasabfuhr 14 kann über einen Abgasrückführkühler 22 und ein Abgasrückführventil 23 mit Frischluft vermischt werden, die über einen Luftfilter 25 eintritt. Über eine Durchblasöffnung 26 kann gegebenenfalls Frischluft und/oder rückgeführtes Abgas abgeführt werden. The exhaust gas flow from the exhaust gas removal 14 can have an exhaust gas recirculation cooler 22 and an exhaust gas recirculation valve 23 be mixed with fresh air through an air filter 25 entry. Via a blow-through opening 26 Optionally fresh air and / or recirculated exhaust gas can be removed.

Der Abgasturbolader 16 umfasst einen Verdichter 28, der über die Turbine 15 angetrieben wird. Der über den Verdichter 28 des Abgasturboladers 16 verdichtete Gasstrom kann durch den zusätzlichen Verdichter 30, der elektrisch angetrieben wird, weiter verdichtet werden. Der zusätzliche Verdichter 30 ist dabei in Reihe mit dem Verdichter 28 des Abgasturboladers 16 geschaltet. The turbocharger 16 includes a compressor 28 that's about the turbine 15 is driven. The over the compressor 28 the exhaust gas turbocharger 16 compressed gas flow can through the additional compressor 30 Electrically powered, further compressed. The additional compressor 30 is in series with the compressor 28 the exhaust gas turbocharger 16 connected.

Die Gaszufuhr oder Luftzufuhr in den Brennraum der Brennkraftmaschine 10 wird über das Drosselventil 6 gesteuert, das auch als Drosselklappe bezeichnet wird. The gas supply or air supply into the combustion chamber of the internal combustion engine 10 is via the throttle valve 6 controlled, which is also referred to as throttle.

Dem zusätzlichen Verdichter 30 ist ein zusätzlicher Kühler 29, insbesondere Ladeluftkühler, vorgeschaltet. The additional compressor 30 is an additional cooler 29 , in particular intercooler, upstream.

Ein Bypass 32 mit einem Bypassventil 33 ist parallel zu dem zusätzlichen Verdichter 30 geschaltet. Über den Bypass 32 kann der zusätzliche Verdichter 30 bei geöffnetem Bypassventil 33 umgangen werden. A bypass 32 with a bypass valve 33 is parallel to the additional compressor 30 connected. About the bypass 32 can the additional compressor 30 with opened bypass valve 33 to be bypassed.

Bei dem zusätzlichen Verdichter 30 handelt es sich um einen elektrisch angetriebenen Verdichter in Verdrängerbauweise, insbesondere um einen Spiralverdichter, Schneckenverdichter oder Scrollverdichter. Alternativ oder zusätzlich handelt es sich bei dem Verdichter 28 des Abgasturboladers 16 um einen Verdichter in Verdrängerbauweise, insbesondere um einen Spiralverdichter, einen Schneckenverdichter oder einen Scrollverdichter. At the additional compressor 30 it is an electrically driven compressor in Verdrängerbauweise, in particular a scroll compressor, screw compressor or scroll compressor. Alternatively or additionally, it is the compressor 28 the exhaust gas turbocharger 16 a positive-displacement compressor, in particular a scroll compressor, a screw compressor or a scroll compressor.

Der Verdichter in Verdrängerbauweise arbeitet nach dem Verdrängungsprinzip. Über diesen Verdichter kann der Gasmassenstrom im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 praktisch gemessen werden. Das ist allgemein möglich, im Speziellen für die Anwendung an Benzin- und Dieselmotoren. The compressor in displacement design works on the displacement principle. About this compressor, the gas mass flow during operation of the internal combustion engine 10 be measured practically. This is generally possible, in particular for use on gasoline and diesel engines.

Dabei ergeben sich drei mögliche Anwendungsfälle für die Verwendung des Verdichters in Verdrängerbauweise. Gemäß einem ersten Anwendungsfall kann ein vorhandener, herkömmlicher Luftmassenstromsensor entfallen. This results in three possible applications for the use of the compressor in displacement design. According to a first application, an existing, conventional air mass flow sensor can be dispensed with.

Gemäß einem zweiten Anwendungsfall kann ein vorhandener, herkömmlicher Luftmassenstromsensor verwendet werden, um eine unerwünschte Bauteilstreuung und/oder um Lebensdauereffekte des Luftmassenstromsensors zu adaptieren. According to a second application, an existing conventional air mass flow sensor may be used to adapt undesirable component dispersion and / or lifetime effects of the air mass flow sensor.

Gemäß einem dritten Anwendungsfall kann mit Hilfe des Verdichters in Verdrängerbauweise die Ansteuerung des Bypassventils 33 so verbessert werden, dass das Bypassventil 33 genau dann schließt, wenn ein optimaler Ladedruck erreicht ist. Dadurch kann das Fahrzeugbeschleunigungsverhalten ohne Verbrauchsnachteile optimiert werden. According to a third application, the control of the bypass valve can with the aid of the compressor in displacement design 33 be improved so that the bypass valve 33 just then closes when an optimal boost pressure is reached. As a result, the vehicle acceleration behavior can be optimized without consumption disadvantages.

Bei Einsatz eines Verdichters, der nach dem Verdrängerprinzip arbeitet, kann der Massenstrom, basierend auf der Verdränger-Drehzahl, den Eingangsbedingungen (Druck und Temperatur) und dem verdrängten Volumen pro Umdrehung (hardwarespezifisch bekannt) berechnet werden:When using a positive displacement compressor, the mass flow can be calculated based on the displacement speed, the input conditions (pressure and temperature) and the volume displaced per revolution (known to the hardware):

Bei Betrieb des Verdichters zur Druckerhöhung (Standardbetrieb): dm = n·V_h·rho_Us·eta_vol mit

dm =
Gasmassenstrom über Verdichter
V_h =
Hubvolumen/verdrängtes Volumen pro Umdrehung (konstant)
Rho_Us =
Dichte des Gases vor Verdrängerlader
(Druck/(Gaskonstante R_Gas·Temperatur[Kelvin]))
eta_vol =
volumetrischer Wirkungsgrad („Luftaufwand“) des Verdrängerladers.
When operating the compressor to increase the pressure (standard operation): dm = n * V_h * rho_Us * eta_vol With
dm =
Gas mass flow via compressor
V_h =
Stroke volume / displaced volume per revolution (constant)
Rho_Us =
Density of the gas in front of supercharger
(Pressure / (gas constant R_gas · temperature [Kelvin]))
eta_vol =
volumetric efficiency ("air effort") of the positive displacement supercharger.

Die Temperatur und der Druck vor Verdichter sind typischerweise aus Sensoren oder Modellwerten im Motorsteuergerät bekannt. The temperature and pressure before compressors are typically known from sensors or model values in the engine control unit.

Der volumetrische Wirkungsgrad kann aus Messungen mit einem Referenzgasmassenstromsensor bestimmt werden, und dann im Steuergerät als Kennfeld abgelegt werden. The volumetric efficiency can be determined from measurements with a reference gas mass flow sensor, and then stored in the control unit as a map.

Bei Betrieb des Verdichters zur Druckverminderung, sprich Drosselbetrieb, ändert sich die Formel leicht: Dm = n·V_h + rho_Us/eta_vol When operating the compressor to reduce pressure, ie throttling mode, the formula changes slightly: Dm = n * V_h + rho_Us / eta_vol

Der Gasmassenstrom kann nun in gleicher Weise berechnet werden. The gas mass flow can now be calculated in the same way.

Der so berechnete Gasmassenstrom kann bei Verwendung der Verdrängermaschine als Hauptlader oder bei nicht vorhandener oder geschlossener Bypassklappe eines Zusatzverdichters zur Regelung der Abgasrückführung benutzt werden. Ebenfalls kann dieser Gasmassenstrom auch für die Regelung von Abgasnachbehandlungskomponenten benutzt werden. The gas mass flow calculated in this way can be used to control the exhaust gas recirculation when the displacement machine is used as the main supercharger or when there is no bypass damper of an auxiliary compressor that is not present or closed. Also, this gas mass flow can also be used for the regulation of exhaust aftertreatment components.

Bei Vorhandensein einer Bypassklappe kann der hier berechnete Gasmassenstrom verwendet werden, um die Bypassklappe im richtigen Moment zu schließen, nämlich wenn der Gesamtgasmassenstrom gleich dem Verdichtergasmassenstrom ist, genau dann ist nämlich der Massenstrom über den Bypass Null und ein sanftes Schließen ohne Druckspitzen möglich. In the presence of a bypass damper, the gas mass flow calculated here can be used to close the bypass damper at the right moment, namely, when the total gas mass flow is equal to the compressor gas mass flow, precisely because the mass flow through the bypass is zero and smooth closing without pressure spikes is possible.

Eine weitere Anwendung dieses berechneten Massenstroms ist der Abgleich eines zusätzlich vorhandenen Luftmassenstromsensors. Wenn der gleiche Massenstrom über den Luftmassenstromsensor und über die Verdrängermaschine geht (zum Beispiel Bypassklappe geschlossen oder nicht vorhanden und Niederdruck-AGR-Ventil geschlossen oder keine Niederdruck-AGR vorhanden), können Fehler im Luftmassenstromsensorsignal (zum Beispiel durch Alterung, Verschmutzung, Bauteilstreuung,...) mit Hilfe des über die Verdrängermaschine berechneten Massenstroms adaptiert werden. Die Buchstaben AGR stehen für Abgasrückführung. Another application of this calculated mass flow is the balancing of an additional air mass flow sensor. When the same mass flow passes through the air mass flow sensor and via the positive displacement machine (eg bypass damper closed or absent and low pressure EGR valve closed or no low pressure EGR present), errors in the mass air flow sensor signal (eg due to aging, fouling, component scattering,. ..) are adapted by means of the calculated via the displacement machine mass flow. The letters AGR stand for exhaust gas recirculation.

Diese Möglichkeit ist insbesondere auch vorhanden, wenn der Motor noch mit einer Hochdruck-AGR betrieben wird, und weist damit Vorteile zur heute üblichen Abgleichfunktion mit Motordrehzahl, Saugrohrdruck und Saugrohrtemperatur bei geschlossenen AGR-Ventilen (HD- und ND-AGR) auf. Die Buchstaben HD und ND stehen für Hochdruck und Niederdruck. This possibility is also present, in particular, when the engine is still operated with a high-pressure EGR, and thus has advantages for today's standard matching function with engine speed, intake manifold pressure and intake manifold temperature with closed EGR valves (HP and LP EGR). The letters HD and ND stand for high pressure and low pressure.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10232337 A1 [0002] DE 10232337 A1 [0002]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (10) mit einem Verdichter (28; 30), der mit einer Verdichterdrehzahl elektrisch angetrieben wird, wobei ein Gasmassenstrom gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasmassenstrom über einen elektrisch angetriebenen Verdichter (28; 30) in Verdrängerbauweise ermittelt wird. Method for operating a supercharged internal combustion engine ( 10 ) with a compressor ( 28 ; 30 ), which is electrically driven at a compressor speed, wherein a gas mass flow is measured, characterized in that the gas mass flow via an electrically driven compressor ( 28 ; 30 ) is determined in Verdrängerbauweise. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom über einen elektrisch angetriebenen Spiralverdichter (28; 30) ermittelt wird. A method according to claim 1, characterized in that the air mass flow (using an electrically-driven scroll type compressor 28 ; 30 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter (28; 30) in Verdrängerbauweise ein Hauptlader für die Brennkraftmaschine (10) ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically driven compressor ( 28 ; 30 ) in Verdrängerbauweise a main charger for the internal combustion engine ( 10 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch angetriebene Verdichter in Verdrängerbauweise ein elektrischer Zusatzverdichter (30) für die Brennkraftmaschine (10) ist. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically driven compressor in Verdrängerbauweise an additional electric compressor ( 30 ) for the internal combustion engine ( 10 ). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter (30) in Verdrängerbauweise ein Bypass (32) mit einem Bypassventil (33) zugeordnet ist, das mit dem Ergebnis der Gasmassenstrommessung angesteuert wird. A method according to claim 4, characterized in that the electrically driven auxiliary compressor ( 30 ) in positive displacement construction a bypass ( 32 ) with a bypass valve ( 33 ) associated with the result of the gas mass flow measurement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasmassenstrom über den elektrisch angetriebenen Verdichter (28; 30) in Verdrängerbauweise, basierend auf der Verdichterdrehzahl, einem Verdichtereingangsdruck, einer Verdichtereingangstemperatur und einem pro Umdrehung verdrängten Volumen des elektrisch angetriebenen Verdichters (28; 30) in Verdrängerbauweise berechnet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas mass flow through the electrically driven compressor ( 28 ; 30 ) in Verdrängerbauweise, based on the compressor speed, a compressor input pressure, a compressor inlet temperature and a per revolution displaced volume of the electrically driven compressor ( 28 ; 30 ) is calculated in Verdrängerbauweise. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das pro Umdrehung verdrängte Volumen des elektrisch angetriebenen Verdichters (28; 30) in Verdrängerbauweise mit einem Referenzgasmassenstromsensor bestimmt und gespeichert wird. A method according to claim 6, characterized in that the volume displaced per revolution of the electrically driven compressor ( 28 ; 30 ) is determined in Verdrängerbauweise with a reference gas mass flow sensor and stored. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Gasmassenstrommessung genutzt wird, um Abgasnachbehandlungskomponenten zu regeln. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the result of the gas mass flow measurement is used to regulate exhaust aftertreatment components. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. A computer program product comprising a computer program comprising software means for performing a method according to any one of claims 1 to 8 when the computer program is run on a computer. Steuergerät mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9. Control device with a computer program product according to claim 9.
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