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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein System zum Ermitteln einer Drehzahl eines Verdichters einer Brennkraftmaschinenanordnung, eine Brennkraftmaschinenanordnung mit einem solchen System und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschinenanordnung.
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Aus interner Praxis sind druckaufgeladene Brennkraftmaschinenanordnungen mit einer Brennkraftmaschine und einem oder mehreren Verdichtern bekannt, die über eine Kupplung mechanisch mit der Brennkraftmaschine koppelbar sind.
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Das Ankoppeln eines Verdichters beaufschlagt die Brennkraftmaschine mit einer zusätzlichen Last zum Beschleunigen des Verdichters auf eine zur Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionale Drehzahl. Diese Last hängt von der anfänglichen Drehzahldifferenz zwischen Brennkraftmaschine und Verdichter ab und kann das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflussen.
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Daher wäre es insbesondere vorteilhaft, den Ankoppelvorgang in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zu steuern, insbesondere bei größeren Drehzahldifferenzen langsamer anzukoppeln, um so die hierzu von der Brennkraftmaschine abgezogene Leistung zu reduzieren.
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Bei abgekoppeltem Verdichter ist dessen Drehzahl jedoch von der, in der Regel bekannten, Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig und damit unbekannt. Ein Drehzahlsensor zur (direkten) Ermittlung der Drehzahl des Verdichters bedingt jedoch nachteilig Kosten- und Bauraumaufwand.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschinenanordnung mit wenigstens einem Verdichter, insbesondere deren Betrieb, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein System zum Ermitteln einer Drehzahl eines Verdichters einer Brennkraftmaschinenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 7, 9 stellen eine Brennkraftmaschinenanordnung mit einem hier beschriebene System bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschinenanordnung unter Schutz. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein hier beschriebenes bzw. durch ein hier beschriebenes System durchgeführtes Verfahren. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor, und einen oder mehrere Verdichter auf, der bzw. die (jeweils) über eine Gasleitung mit der Brennkraftmaschine verbunden sind.
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In einer Ausführung ist ein erster Verdichter über eine erste Gasleitung mit einem zweiten Verdichter verbunden, der über eine zweite Gasleitung mit der Brennkraftmaschine oder seinerseits mit einem weiteren Verdichter verbunden ist.
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In einer Ausführung weist die Brennkraftmaschinenanordnung eine Kupplung auf, durch die der, insbesondere erste oder zweite, Verdichter mechanisch mit der Brennkraftmaschine koppelbar ist. Entsprechend ist in einer Ausführung der bzw. wenigstens einer der Verdichter mechanisch durch die Brennkraftmaschine aktuierbar bzw. aktuiert. Weist die Brennkraftmaschinenanordnung mehrere Verdichter auf, können diese in einer Ausführung mechanisch miteinander koppelbar bzw. gekoppelt sein, insbesondere wahlweise über eine Kupplung oder starr. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung der bzw. wenigstens einer der Verdichter (jeweils) durch eine von der Brennkraftmaschine mit Abgas angetriebene Turbine aktuierbar bzw. aktuiert sein.
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In einer Ausführung weist die Brennkraftmaschinenanordnung eine Bypassleitung auf, die strömungstechnisch parallel zu einer bzw. der, insbesondere ersten und/oder zweiten, Gasleitung angeordnet und mit der Brennkraftmaschine verbunden ist. In einer Weiterbildung weist die Brennkraftmaschinenanordnung ein Stellglied zum Ändern eines Durchflusses durch die Bypassleitung, insbesondere eine Bypassklappe, auf.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Ermitteln einer Drehzahl eines Verdichters einer Brennkraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verdichters der vorstehend erläuterten Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere des vorstehend genannten ersten oder zweiten Verdichters:
Mittel zum Ermitteln zeitlich, insbesondere infinitesimal oder diskret, beabstandeter Werte eines Druckes in einer bzw. der Gasleitung zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine oder einem weiteren Verdichter der Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere in der vorstehend genannten ersten oder zweiten Gasleitung;
Mittel zum Ermitteln einer Frequenz eines Frequenzspektrums der Druckwerte; und
Mittel zum Ermitteln der Drehzahl des Verdichters auf Basis der ermittelten Frequenz.
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Entsprechend umfasst nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl eines Verdichters einer Brennkraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verdichters der vorstehend erläuterten Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere des vorstehend genannten ersten oder zweiten Verdichters, die Schritte: Ermitteln zeitlich, insbesondere infinitesimal oder diskret, beabstandeter Werte eines Druckes in einer bzw. der Gasleitung zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine oder einem bzw. dem weiteren Verdichter der Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere in der vorstehend genannten ersten oder zweiten Gasleitung; Ermitteln einer Frequenz eines Frequenzspektrums der Druckwerte; und Ermitteln der Drehzahl des Verdichters auf Basis der ermittelten Frequenz.
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Durch den Verdichter, dessen Drehzahl ermittelt werden soll, werden in der Gasleitung Druckschwankungen, insbesondere Druckpulse, induziert, deren Frequenz von der Drehzahl des Verdichters abhängt, insbesondere hierzu proportional ist. Somit kann auf Basis dieser Druckschwankungen die Drehzahl des Verdichters (indirekt) ermittelt werden. In einer Ausführung wird die Drehzahl des von der Brennkraftmaschine ab- bzw. entkoppelten Verdichters ermittelt bzw. ist das System hierzu vorgesehen bzw. eingerichtet.
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In einer Ausführung schließt die Gasleitung, deren Druckwerte ermittelt werden, (direkt) an den Verdichter bzw. dessen Ausgang an. In einer solchen Gasleitung sind die Druckschwankungen vorteilhaft besonders ausgeprägt. Gleichermaßen können jedoch auch beispielsweise in der zweiten Gasleitung noch durch den ersten Verdichter induzierte Druckschwankungen zur Ermittlung der Drehzahl des ersten Verdichters genutzt werden.
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In einer Ausführung wird die Drehzahl des Verdichters (verdichter)drehzahlsensorlos bzw. indirekt ermittelt. Entsprechend weist in einer Ausführung das System keinen (Verdichter)Drehzahlsensor auf.
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In einer Ausführung wird ein Frequenzspektrum der Druckwerte wenigstens teilweise automatisiert, insbesondere mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT), ermittelt, und aus diesem Frequenzspektrum die Frequenz ermittelt, insbesondere durch Elimination bestimmter Frequenzen, insbesondere Frequenzbereiche, und/oder Auswahl einer dominanten Frequenz, insbesondere einer Frequenz mit einer maximalen Amplitude. Entsprechend weist das System bzw. sein Mittel zum Ermitteln einer Frequenz eines Frequenzspektrums der Druckwerte in einer Ausführung Mittel zum Ermitteln eines Frequenzspektrums der Druckwerte, insbesondere mittels einer Fast-Fourier-Transformation, und/oder Mittel zum Ermitteln der Frequenz aus diesem Frequenzspektrum, insbesondere durch Elimination bestimmter Frequenzen, insbesondere Frequenzbereiche, und/oder Auswahl einer dominanten Frequenz, auf.
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Insbesondere, wenn der Verdichter zwei oder mehr, insbesondere alternierende, Fördervolumina, insbesondere Förderkammern, bzw. pro Umdrehung mehrere Druckpulse aufweist, wird in einer Ausführung die Drehzahl des Verdichters auf Basis einer Druckpulsanzahl pro Umdrehung des Verdichters, insbesondere auf Basis einer Fördervoluminaanzahl, insbesondere Förderkammeranzahl, des Verdichters ermittelt, insbesondere proportional hierzu, insbesondere, indem die ermittelte Frequenz durch diese Anzahl dividiert wird. Entsprechend weist das System bzw. sein Mittel zum Ermitteln der Drehzahl des Verdichters auf Basis der ermittelten Frequenz in einer Ausführung Mittel zum Ermitteln der Drehzahl des Verdichters auf Basis einer Druckpulsanzahl pro Umdrehung des Verdichters, insbesondere auf Basis einer Fördervoluminaanzahl, insbesondere Förderkammeranzahl, des Verdichters, insbesondere proportional hierzu, insbesondere durch Division der ermittelten Frequenz durch diese Anzahl, auf.
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Neben der Frequenz der durch den Verdichter induzierten Druckschwankungen können in dem Frequenzspektrum andere Frequenzen, insbesondere die Drehzahl der Brennkraftmaschine auftreten. Wie vorstehend erläutert, kann es zur Ermittlung der durch den Verdichter induzierten Frequenz vorteilhaft sein, andere, insbesondere an sich bekannte und/oder nicht in Frage kommende, Frequenzen bzw. -bereiche bzw. -anteile, zu eliminieren, beispielsweise Frequenzen über einem Grenzwert. Entsprechend wird in einer Ausführung die Frequenz des Frequenzspektrums auf Basis einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt, insbesondere, indem ein dieser Drehzahl entsprechender Frequenzbereich des Frequenzspektrums eliminiert wird. Entsprechend weist das System bzw. sein Mittel zum Ermitteln einer Frequenz eines Frequenzspektrums der Druckwerte in einer Ausführung Mittel zum Ermitteln der Frequenz auf Basis einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere durch Eliminieren eines dieser Drehzahl entsprechenden Frequenzbereiche des Frequenzspektrums, auf.
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Wie einleitend erläutert, kann die ermittelte Drehzahl des Verdichters in einer Ausführung insbesondere vorteilhaft dazu genutzt werden, ein Ankuppeln des Verdichters zu steuern, wobei vorliegend zur kompakteren Darstellung verallgemeinernd auch ein Regeln, d. h. die Vorgabe von Stellgrößen unter Berücksichtigung rückgeführter erfasster Istgrößen und einem Vergleich mit vorgegebenen Sollgrößen, verstanden wird.
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Daher weist das System in einer Ausführung Mittel zum Steuern des Ankuppelns auf Basis der ermittelten Drehzahl des Verdichters auf. In einer Ausführung bestimmt dieses Mittel eine Ankoppelzeit bzw. -geschwindigkeit auf Basis der Drehzahl, insbesondere auf Basis einer Differenz zwischen der ermittelten Drehzahl des Verdichters und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, beispielsweise (umgekehrt) proportional zu dieser Differenz oder ihrem Betrag. In einer Ausführung bestimmt das Mittel für eine erste Drehzahldifferenz zwischen Verdichter und Brennkraftmaschine eine erste Ankoppelzeit oder -geschwindigkeit und für eine zweite, größere Drehzahldifferenz eine zweite längere Ankoppelzeit bzw. eine zweite kleinere Ankoppelgeschwindigkeit. Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung ein Steuern des Ankuppelns auf Basis der ermittelten Drehzahl. In einer Ausführung wird eine Ankoppelzeit bzw. -geschwindigkeit auf Basis der Drehzahl bestimmt, insbesondere auf Basis einer Differenz zwischen der ermittelten Drehzahl des Verdichters und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, beispielsweise (umgekehrt) proportional zu dieser Differenz oder ihrem Betrag.
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Zusätzlich oder alternativ kann die ermittelte Drehzahl des Verdichters in einer Ausführung insbesondere vorteilhaft dazu genutzt werden, einen Antrieb des Verdichters, insbesondere die Kupplung, einen Riementrieb oder dergleichen, zu überprüfen bzw. -wachen. So kann beispielsweise aus einer Differenz zwischen der ermittelten Drehzahl des Verdichters und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Zustand der Kupplung bestimmt werden, aus Drehzahlen von zwei Verdichtern ein Zustand einer Koppelung dieser Verdichter.
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Daher weist das System in einer Ausführung Mittel zum Überprüfen eines Antriebs des Verdichters auf Basis der ermittelten Drehzahl des Verdichters auf. Entsprechend umfasst das Verfahren in einer Ausführung ein Überprüfen eines Antriebs des Verdichters auf Basis der ermittelten Drehzahl des Verdichters.
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Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. aus-zuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Drehzahl ermitteln kann.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert, die einzige:
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1 eine Brennkraftmaschinenanordnung eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschinenanordnung eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Die Brennkraftmaschinenanordnung weist eine Brennkraftmaschine 1, einen zweiten Verdichter 22, der über eine zweite Gasleitung 42 mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist, und einen ersten Verdichter 21 auf, der über eine erste Gasleitung 41 mit dem zweiten Verdichter 22 verbunden ist.
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Der erste Verdichter 21 ist durch eine Kupplung 3 mechanisch mit der Brennkraftmaschine 1 koppelbar. Der erste Verdichter 21 und der zweite Verdichter 22 sind über eine Koppelung 23 miteinander gekoppelt.
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Die Gasleitungen 41, 42 sind durch eine Bypassleitung 43 umgehbar, die strömungstechnisch parallel zu den Gasleitungen 41, 42 angeordnet ist und deren Durchfluss durch eine Bypassklappe 44 steuerbar ist. Gasleitungen sind in 1 gestrichelt dargestellt.
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In der ersten Gasleitung 41 ist ein erster Drucksensor 51 zum Ermitteln von Druckwerten in dieser Gasleitung angeordnet, in der zweiten Gasleitung 42 ein zweiter Drucksensor 52 zum Ermitteln von Druckwerten in dieser Gasleitung 42.
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Die Brennkraftmaschinenanordnung weist weiter eine ECU 60 auf, die, wie in 1 strichpunktiert angedeutet, signaltechnisch mit der Brennkraftmaschine 1, der Kupplung 3 und den beiden Drucksensoren 51, 52 verbunden ist bzw. kommuniziert.
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Die ECU 60 führt ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl wenigstens eines der Verdichter 21, 22, ein Verfahren zum Steuern eines Ankuppelns der Verdichter 21, 22 an die Brennkraftmaschine 1 sowie ein Verfahren zum Überprüfen eines Antriebs der Verdichter 21, 22, insbesondere der Kupplung 3 und/oder der Koppelung 23, durch bzw. ist hierzu hard- und/oder softwaretechnisch eingerichtet.
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Der zweite Drucksensor 52 ermittelt zeitlich beabstandete Werte p(t) eines Druckes p in der zweiten Gasleitung 42 zwischen dem zweiten Verdichter 22 und der Brennkraftmaschine 1. Der erste Drucksensor 51 ermittelt zeitlich beabstandete Werte p(t) eines Druckes p in der ersten Gasleitung 41 zwischen dem ersten Verdichter 21 und der Brennkraftmaschine 1. Die Drucksensoren 51, 52 bilden somit Mittel zum Ermitteln zeitlich beabstandeter Werte eines Druckes in einer Gasleitung zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine oder einem weiteren Verdichter der Brennkraftmaschinenanordnung.
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Aus den Druckwerten in der ersten Gasleitung 41 ermittelt die ECU 60 bzw. ein hierzu hard- und/oder softwaretechnisch eingerichtetes Mittel 61 der ECU 60 ein Frequenzspektrum A(f) der Druckwerte mittels einer Fast-Fourier-Transformation. Aus diesem Frequenzspektrum A(f) eliminiert das Mittel 61 einer Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Frequenzbereiche und wählt die dominierende Frequenz f0 aus dem (verbleibenden) Frequenzspektrum A(f) aus. In einer Abwandlung können weitere Frequenzbereiche des Spektrums, insbesondere Frequenzen über einem vorgegebenen Grenzwert, eliminiert werden und/oder die Elimination der Brennkraftmaschinendrehzahl bzw. der entsprechenden Frequenzanteile entfallen.
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Aus dieser ermittelten Frequenz f0 ermittelt das Mittel 61 durch Division durch die Druckpulsanzahl pro Umdrehung bzw. Förderkammeranzahl n des ersten Verdichters 21 dessen Drehzahl N: N = f0/n.
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In gleicher Weise ermittelt das Mittel 61 aus den Druckwerten in der zweiten Gasleitung 42 die Drehzahl des zweiten Verdichters 22. In einer Abwandlung ermittelt das Mittel 61 nur die Drehzahl des ersten Verdichters 21 oder des zweiten Verdichters 22, da beide miteinander gekoppelt sind.
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Proportional zu einer Differenz Δ der ermittelten Drehzahl N des ersten Verdichters 21 und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ermittelt ein Mittel 62 der ECU eine Ankoppelzeit T, so dass bei größeren Drehzahldifferenzen die Kupplung 3 langsamer geschlossen und so das transiente Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine 1 vorteilhaft verbessert wird, und steuert die Kupplung 3 entsprechend.
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Zusätzlich oder alternativ kann die ECU 60 die Kupplung 3 durch Vergleich der Drehzahlen des ersten Verdichters 21 und der Brennkraftmaschine 1 und/oder die Koppelung 23 durch Vergleich der Drehzahlen der Verdichter 21 und 22 und somit deren Antrieb überprüfen. Ist beispielsweise die Koppelung 23 defekt, wäre dies an einem von der starren Übersetzung abweichenden Drehzahlverhältnis der Drehzahlen der Verdichter 21 und 22 erkennbar.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
| 1 | Brennkraftmaschine |
| 21, 22 | erster/zweiter Verdichter |
| 23 | Koppelung |
| 3 | Kupplung |
| 41, 42 | erste/zweite Gasleitung |
| 43 | Bypassleitung |
| 44 | Bypassklappe |
| 51, 52 | erster/zweiter Drucksensor |
| 60 | ECU |
| 61, 62 | Mittel |
| f(0) | Frequenz |
| p | Druck |
| p(t) | zeitlich beabstandete Druckwerte |
| Δ | Drehzahldifferenz |
| A(f) | Frequenzspektrum |
| T | Ankoppelzeit |
