KR20040007574A - 전동식 과급기의 제어를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

전동식 과급기의 제어를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20040007574A KR10-2003-7014995A KR20037014995A KR20040007574A KR 20040007574 A KR20040007574 A KR 20040007574A KR 20037014995 A KR20037014995 A KR 20037014995A KR 20040007574 A KR20040007574 A KR 20040007574A
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KR10-2003-7014995A
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볼츠마르틴-페터
보이얼레미하엘
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

엔진에 공급된 공기의 압축을 위한 배기가스 터보 과급기와 협동하는 전동식 과급기의 제어를 위한 방법 및 장치가 제공된다. 전기식 과급기의 압축 압력 비에 대한 소정값에 따라 형성된 제어 신호에 의해 전기식 과급기(EL)가 제어된다.

Description

전동식 과급기의 제어를 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN ELECTRICALLY DRIVEN CHARGER}
엔진으로의 공기 공급부 내에서 작동되는 공기 압축기와 터빈으로 구성되는 배기가스 터보 과급기를 이용하여, 연료를 연소하기 위해 필요한 공기를 압축하여 엔진 출력을 향상하는 것은 공지되어 있다. 특히 차량에서 작동되는 배기가스 터보 과급기는 엔진 회전 속도가 작을 때, 지연되거나 충분하지 못한 반응 거동의 단점을 갖는다. 배기가스 터보 과급기의 반응 거동을 개선하기 위해, 전기식 보조 구동부를 이용하여 배기가스 터보 과급기를 지원하는 것이 공지되어 있다. 이는 예컨대 엔진 회전 속도가 작을 때 배기가스 터보 과급기의 축을 지원 구동하는, 배기가스 터보 과급기 내에 일체로 된 전기 모터를 통해 달성된다. 그러나, 이는 배기가스 터보 과급기의 터빈의 높은 관성 질량 모멘트로 인해 전기 모터의 높은 회전 속도 부하 용량과 높은 전기 출력 요구를 필요로 한다.
이러한 단점을 회피하기 위해, 예컨대 미국 특허 제6,029,452호에는 전동식 보조 과급기(EL)라고도 하며 엔진의 공기 공급부 내에서 작동되는 종래의 배기가스 터보 과급기에 직렬로 된 전동식 과급 공기 압축기가 공지되어 있다. 이는 공기공급부 내에 장착된 별도의 전동식 보조 과급기(EL)가 엔진의 가장 낮은 회전 속도 영역으로 최적화될 수 있고, 매우 작은 관성 질량 모멘트 및 우수한 효율로 인해 전동식 보조 과급기의 출력 요구가 확실히 감소된다는 장점을 갖는다.
그러나, 이러한 전기식 터보 과급기 또는 전기식 보조 과급기(EL)의 단순한 작동 및 차단은 과급압 공급의 불연속과 엔진의 회전 모멘트의 대응 불연속을 발생시킨다는 것이 입증되었다. 또한, 이러한 전기식 과급기(EL)의 작동 및 차단의 다른 부정적인 결과는 차량의 전기 시스템 부하를 크게 한다는 것이다.
독일 특허 제197 40 968호에는 운전자 요구에 따라 공기량 유동에 대한 목표값을 흡기관에서 결정하는 것이 공지되어 있다. 유럽 특허 제885 353 B1호에는 운전자 요구로부터 유도된 목표 충전값을 기초로 하여 목표 스로틀 밸브 각도 및 목표 과급압 값을 결정하는 것이 공지되어 있다.
본 발명은 전동식 과급기(EL)의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 더 상세히 설명된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예를 설명하는 흐름도를 갖는 개략적인 블록 회로도이다.
도2 및 도3은 본 발명의 제2 및 제3 실시예를 도시하는 흐름도이다.
전기식 과급기 또는 전기식 보조 과급기(EL)의 필요에 따른 제어 또는 조절은 과급압 공급의 불연속 및 이에 따른 엔진의 회전 모멘트의 불연속이 방지된다는 장점을 갖는다. 이에 의해, 승차 쾌적감을 상당히 개선할 수 있다. 이러한 장점은 과급기의 계속적인 제어를 통해(예컨대, 계속적으로 변경 가능한 목표값을 통해) 증대된다.
필요에 따른 제어 또는 조절의 다른 장점은 차량의 전기 시스템 부하가 감소된다는 점이다.
특히 바람직한 방식으로, 필요에 따른 제어부 또는 조절부는 과급압 조절부의 기본적인 기능을 변경하지 않고 기존의 엔진 제어부에 설치할 수 있다.
특히 바람직하게는, 전기식 과급기(EL)의 간섭 요구에 대한 결정이 외부 압력 또는 운전자로부터 요구된 과급압 목표값과 같은 차량 및/또는 엔진의 작동 변수에 따르는 것은 특히 유리하고, 이에 의해 필요에 따른 제어 또는 조절이 정밀하고 정확하게 수행된다.
특히 바람직한 방식으로, 과급기의 필요에 따른 제어 또는 조절을 통해 과급기의 불필요하거나 또는 과도한 간섭이 방지된다.
본 발명의 다른 장점들은 실시예의 이하의 설명에서 또는 청구범위에서 설명된다.
도1은 전기식 보조 과급기(EL)의 필요에 따른 제어 또는 조절을 위한 흐름도를 갖는 개략적인 블록 회로도를 도시한다. 도1에는 엔진의 흡기 시스템(10)이 개략적으로 도시된다. 흡입된 공기는 특히 공기 필터(12), 배기가스 터보 과급기(14)의 공기 압축기, 전기식 보조 과급기(16)를 통해 과급 공기 냉각기(18)로, 거기에서부터 스로틀 밸브를 통해 엔진으로 안내된다. 전기식 보조과급기(EL)는 구동축(20)을 통해 전기 모터(22), 예컨대 DC 모터에 의해 작동된다. 모터는 제어 라인(24, 26)을 통해 전자식 제어 유닛(28)에 의해 작동된다.
전자식 제어 유닛(28)은 엔진의 제어 및 전기식 보조 과급기(EL)의 제어를 실시하는 프로그램이 실행되는 적어도 하나의 마이크로 컴퓨터를 포함한다. 전기식 보조 과급기(EL)의 제어를 위한 프로그램에 대한 바람직한 실시예는 제어 유닛(28)의 일부로서 도1에 흐름도로서 개략적으로 도시된다. 여기서, 사용된 블록은 프로그램, 이러한 프로그램의 프로그램 부분 또는 프로그램 단계를 의미하는 반면, 연결 화살표는 정보의 흐름을 나타낸다.
도1에는 도시되지 않은 공지된 방식으로, 부하, 회전 속도 및 온도, 높이, 노킹 상태 등과 같은 복수개의 다른 파라미터에 따라 과급압 목표값(plsoll) 및 공기량 목표값(mlsoll)이 결정된다. 이러한 값들의 결정을 위한 구체적인 해결책은 서두에 언급된 배경기술에 공지되어 있다. 과급압 목표값은 폐쇄 제어 회로에서 배기가스 터보 과급기의 제어를 위해 과급압 실제값과 함께 과급압 조절을 위해 사용된다. 과급압 실제값은 바람직하게는 측정되지만(유동 방향에서 스로틀 밸브 전방의 압력 센서), 모델링될 수도 있다. 공기량 목표값은 특히 스로틀 밸브의 설정(예컨대, 목표 충전값의 형성)을 위해 재처리된다.
따라서, 사용된 과급압 실제값은 스로틀 밸브 전방의 압력을 나타낸다. 즉, 압력은 배기가스 터보 과급기의 공기 압축기의 작용과 전기식 보조 과급기(EL)의 작용을 포함한다. 그러나, 전기식 보조 과급기(EL)의 필요에 따른 제어를 위해 압축을 위한 배기가스 터보 과급기의 기여에 대한 정보, 예컨대 배기가스 터보 과급기의 공기 압축기에 대한 실제 압력 비만이 필요한데, 이는 외부 압력 또는 유동 방향에서 2개의 과급기 중 하나의 유입부에서의 압력 및/또는 배기가스 온도에 따라 결정된다. 따라서, 이하에 설명되는 바와 같이 전기식 보조 과급기(EL)로부터 설정된 압력 비가 결정된다. 그 후, 이러한 목표 압력 비에 따라, 예컨대 보조 과급기(EL)의 전자식 회전 속도 조절부를 통해 또는 제어부에 의해 설정된 전기식 보조 과급기(EL)의 회전 속도가 계산된다. 이에 의해, 불필요한 차량 전기 시스템 부하가 없고, 보조 과급기의 불필요하거나 또는 과도한 간섭의 위험이 없고, 사용된 센서 장치에 대해 초과 비용이 없는 전기식 보조 과급기의 정밀하고 필요에 따른 작동이 보장된다. 전기 모터의 회전 속도 조절부 또는 제어부 대신에 다른 바람직한 실시예에서는 전기식 보조 과급기 전방에 다른 압력 센서를 사용하는 경우 전기식 보조 과급기의 압축 압력 비를 자체 조절하며, 설정된 압력 비는 목표값이고 다른 압력 센서 및 과급압 센서로부터 결정된 압력 비는 제어 회로의 실제값이다.
도1에 제어 유닛(28)의 일부로서 개략적으로 나타난 실행 프로그램은 설정 압력 비의 결정을 위한 방법의 제1 실시예를 도시한다. 이를 위해, 제1 특성 영역(30)에서, 대응 측정 장치(32)로부터 검출된 엔진 회전 속도(nmot) 및 예컨대 서두에 언급된 해결책에 따라 34에서 운전자 요구 및 다른 작동 변수에 따라 결정된 목표 공기량 유동에 따라, 배기가스 터보 과급기의 고정적인 최대 처리 가능한 압축 압력 비가 이러한 작동 상태에서 결정된다. 여기서, 특성 영역은 각각의 모터 타입에 대해, 예컨대 검사대에서 적용된다. 그 후, 배기가스 터보 과급기의 압축 압력 비(VPATLstat)가 필터(36), 바람직하게는 적어도 2차 저역 필터로 공급되는데, 이는 배기가스 터보 과급기의 시간적인 거동을 모사하고 이에 따라 배기가스 터보 과급기의 고정적인 최대 처리 가능한 압축 압력 비로부터 배기가스 터보 과급기의 실제 최대 처리 가능한 압축 압력 비(VPATL)를 결정한다. 여기서, 필터(36)의 시간 상수 또는 시간 상수들은 특성 곡선(38)으로부터 엔진 회전 속도에 따라 판독되며, 상승된 엔진 회전 속도에 의해 작은 시간 상수 및 이에 따른 적은 필터 효과가 생성된다.
공기량 유동에 대한 목표값 대신에, 다른 실시예에서는 압력 비의 형성을 위한 공기량 유동에 대한 측정된 값이 또한 배기가스 터보 과급기를 통해 사용된다. 그 경우, 이는 실제 도달된 결과이며, 위에서와 같이 도달 가능한 압력 비는 아니다. 또한, 공기량 값 대신에 대응하는 흡기관 압력값 또는 충전값(실린더 충전)이 적절하다.
전체 과급압 비, 즉 배기가스 과급기의 압축 압력 비와 전기식 보조 과급기(EL)의 압축 압력 비의 곱이, 외부 압력값에 대한 과급압 값의 몫과 동일하다는 것이 중요하다. 이에 따라, 전기식 보조 과급기(EL)의 압축 압력 비는 40에서 이러한 경계 조건으로부터 유도된 관계에 따라, 즉, 전기식 보조 과급기(EL)의 압축 압력 비(VPEL)는, 외부 압력 및 배기가스 터보 과급기의 압축비의 곱에 대한 목표 압력의 몫에 따라 결정된다. 외부 압력 대신에 유동 방향에서 2개의 과급기 중 제1 과급기의 유입부에서의 압력이 사용될 수도 있다.
바람직하게는 외부 압력이 측정 장치(42)를 통해 결정되는 반면, 44에 따라예컨대 서두에 언급된 해결책의 범위 내에서 운전자 요구에 따라 결정된 목표 과급압이 과급압 값으로서 사용된다.
따라서, 40에서 형성된 전기식 보조 과급기의 압축 압력 비(VPEL)는 압축 압력 비를 위한 목표값을 나타낸다. 이는 전기식 보조 과급기(EL)의 공기 압축기 특성 영역인 다른 특성 영역(46)에 공급된다. 마찬가지로 예컨대 검사대 측정을 통해 결정된 특성 영역에서, 전기식 보조 과급기(EL)의 목표 압력 비에 따라 전기식 보조 과급기의 목표 회전 속도(NELSOLL)가 결정된다. 이는 위에서와 같이 계산된 전기식 보조 과급기(EL)의 목표 압축 압력 비 및 운전자 요구에 따른 공기량 목표 유동(mlsoll)에 따라 행해진다. 이들 변수에 따라 목표 회전 속도가 결정되고 회전 속도 조절부(48)에 공급된다. 그 후, 이는 (예컨대 유동의 측정을 통해 모터에 의해 결정된) 실제 회전 속도 및 목표 회전 속도를 기초로 하여 소정의 목표 회전 속도로 회전하는 모터(22)를 위한 제어 신호를 형성한다.
추가로, 특히 바람직하게는 소정의 차량 전기 시스템 전압이 미달되지 않도록 모터(22)의 목표 회전 속도(NELSOLL) 또는 실제 회전 속도가 제한된다. 이는, 측정된 차량 전기 시스템 전압이 소정의 한계값에 미달한다면, 목표 회전 속도 또는 실제 회전 속도가 더욱 상승하는 것이 대응하는 값의 제한을 통해 방지된다는 것을 의미한다.
전기식 과급기(EL)의 모터에 대한 과열 방지로서 전기식 과급기의 작동 시간의 최대값이 추가로 제한된다. 이러한 최대 시간이 흐른 후에 차단 시점의 도달시 전기식 보조 과급기는 다시 차단된다. 여기서, 차단은 바람직한 실시예에서 소정의 기울기를 갖는 램프형의 속도 조절로서 행해진다. 즉, 소정의 기울기를 갖고 목표 회전 속도가 0이 될 때까지 감소된다. 여기서, 전술된 최대 시간은 실시예에서 작동 변수에 따라, 특히 전기식 보조 과급기의 외부 온도 및/또는 모터 온도 및/또는 배터리의 충전 밸런스 및/또는 차량 전기 시스템 전압에 따른다. 여기서, 온도가 높을수록, 충전 밸런스가 나쁠수록 또는 차량 전기 시스템 전압이 낮을수록 최대값은 더 작다.
다른 실시예는 도2에 도시된 흐름도이다. 또한, 이러한 흐름도는 제어 유닛(28)의 마이크로 컴퓨터의 프로그램을 설명하며, 각각의 블록은 프로그램, 프로그램 부분 또는 프로그램 단계를, 연결 라인은 정보의 흐름을 나타낸다. 이미 도1에 언급된 요소는 도2에서 동일한 도면 부호로 표시되고 동일한 기능을 갖는다.
도1 및 도2의 방법 사이의 기본적인 차이점은 배기가스 터보 과급기의 압축 압력 비의 결정시 도2의 실시에서는 변수가 외부 압력(pu) 및 배기가스 온도(TABG)에 따라 사용된다는 점이다. 우선, 도2의 방법에서 예컨대 센서 또는 계산 모델에 의해 검출된 배기가스 온도(TABG) 및 엔진 회전 속도(nmot)에 따라 특성 영역(102)에서 압축 압력 비(VPATLSTATT)의 고정적인 도달 가능한 값이 형성된다. 또한, 특성 영역(102)은 예컨대 검사대 측정을 통해 결정된다. 그 후, 고정값은 곱셈 지점(100)에서, 특성 영역(101)에서 모터 온도 및 목표 공기량 유동(MLSOLL)에 따라 형성된 보정값으로 보정된다. 이러한 보정에 대한 근거는 배기가스 터보 과급기 및 전기식 보조 과급기의 접속부에 존재하는데, 이들의 작용은 서로 영향을 준다. 배기가스 터보 과급기의 압축비의 보정된 고정값은 다른 곱셈 단계(104)에서다른 보정값에 따라 보정된다. 다른 보정값은 특성 곡선(106)을 통해 외부 압력(pu)에 따라 형성된다. 또한, 특성 곡선(106)은 적용 범위 내에서 결정된다. 이러한 방식으로 보정된 배기가스 터보 과급기의 고정 압축 압력 비값은 도1에 설명된 바와 같이 필터(36)를 통해 실제값으로, 그리고 환산을 통해 단계(40)에서 전기식 보조 과급기(EL)의 압축 압력 비를 위한 목표값으로 환산된다. 그 후, 압축 압력 비는 특성 영역(46)을 통해 도1에 대응하여 설정된 목표 회전 속도로 전환된다.
다른 실시예는 도3에 도시된 흐름도이다. 또한, 이러한 흐름도는 제어 유닛(28)의 마이크로 컴퓨터의 프로그램을 설명하며, 각각의 블록은 프로그램, 프로그램 부분 또는 프로그램 단계를, 연결 라인은 정보의 흐름을 나타낸다.
도3에서 200은 전기식 보조 과급기(16)의 실제 회전 속도(nezv) 및 공기량 실제값(ml) 또는 엔진을 위한 공기 유동에 대한 실제값에 따라, 전기식 과급기 또는 전기식 보조 과급기(16)의 실제 압축 압력 비(vpezv)의 결정을 위한 특성 영역을 나타낸다. 곱셈 요소(205)에서 실제 압축 압력 비(vpezv)는, 설명된 바와 같이 부하, 모터 회전 속도 및 온도, 높이 또는 외부 압력(pu), 노킹 상태 등과 같은 복수개의 다른 파라미터에 따라 결정된 과급압 목표값(plsoll)과 곱해진다. 그 다음, 나눗셈 요소(210)에서 곱(vpezv * plsoll)은 과급압 실제값(pvdkds)으로 나누어진다. 여기서, 과급압 실제값(pvdkds)은 유동 방향에서 전기식 과급기(16) 및 배기가스 터보 과급기(14)의 후방 또는 스로틀 밸브의 전방에서 압력 센서에 의해 측정되나, 모델링될 수도 있다. 그 후, 이는 나눗셈 요소(210)의 출력부에서 전기식 과급기(16)의 압축 압력 비를 위한 목표값(VPEL)이 된다. 이에 따라, 이하를 적용한다.
VPEL = vpezv * plsoll/pvdkds (1)
여기서, 상기 관계식(1)은 실시예를 위해 도1에서 설명된 이하의 관계식으로부터 유도된다.
VPEL = plsoll/(pu * VPATL) (2)
배기가스 터보 과급기(14)의 입구 압력이 외부 압력(pu)에 매우 근사하다면, 배기가스 터보 과급기의 설정된 출구 압력은 외부 압력(pu)과 배기가스 터보 과급기(14)의 실제 처리 가능한 최대 압축 압력 비(VPATL)의 곱(pu * VPATL)이다. 이는 전기식 과급기(16)에서 실제 처리 가능한 최대 입구 압력이다. 외부 압력(pu) 대신에 공기 필터(12)의 출구에서 모델링된 또는 측정된 압력이 사용될 수도 있다. 전기식 과급기(16)의 실제 압축 압력 비(vpezv)에 의해 전기식 과급기(16)의 출구에서 과급압 실제값(pvdkds)이
pvdkds = pu * VPATL * vpezv (3)
으로 된다.
관계식(3)을 VPATL에 대해 풀어서 관계식(2)에 대입하면 관계식(1)이 된다.
이에 따라, 도3에 따른 실시예에 따라 전기식 과급기(16)의 필요에 따른 제어를 위해, 압축을 위한 배기가스 터보 과급기(14)의 기여에 대한 정보만이 필요하지는 않은데, 이는 실제 압축 압력 비(vpezv) 및 과급압 실제값(pvdkds)이 설명된 방식으로 처리하기 위한 측정 변수인 것을 전제로 한다.
이로부터 도1에 따른 실시예에 비해 적은 계산 비용, 적은 적용 비용, 전기식 과급기(16)의 빠른 반응 거동, 및 개선된 승차 쾌적감이 생기는데, 이는 전기식 과급기(16)의 설정되는 압축 압력 비의 결정을 위해, 설명된 바와 같이 전자 제어 유닛(28)에서 대응 측정값의 입력을 통해 보고된 전기식 과급기(16)의 실제 회전 속도(nezv)가 사용되기 때문이며, 회전 속도 조절부(48)는 초과 비용 없이 전기식 과급기(16)의 실제 회전 속도(nezv)를 제공한다.
나눗셈 요소(210) 후방에 제공된 전기식 과급기(16)의 설정 압축 압력 비(VPEL)는 도1에 따른 실시예에서와 같이 압축 압력 비를 위한 목표값을 나타낸다. 이는 도1에 설명된 바와 같이 전기식 보조 과급기(16)의 공기 압축기 특성 영역인 다른 특성 영역(46)에 공급된다. 마찬가지로 예컨대 검사대 측정을 통해 결정된 특성 영역에서, 전기식 과급기(16)의 목표 압력 비에 따라 전기식 과급기(16)의 목표 회전 속도(NELSOLL)가 결정된다. 이는 위에서와 같이 계산된 전기식 과급기(16)의 설정 압축 압력 비(VPEL) 및 운전자 요구에 따른 공기량 목표 유동(mlsoll)에 따라 행해진다. 이들 변수에 따라 목표 회전 속도값으로서 목표 회전 속도(NELSOLL)가 결정되고 회전 속도 조절부(48)에 공급된다. 그 후, 이는 예컨대 유동의 측정을 통해 전기식 과급기(16)의 모터(22)에 의해 결정될 수 있는 실제 회전 속도 및 목표 회전 속도(NELSOLL)를 기초로 하여, 소정의 목표 회전 속도(NELSOLL)로 회전하는 전기식 과급기(16)의 모터(22)를 위한 제어 신호를 형성한다.
전기식 과급기(16)의 실제 압축 압력 비(vpezv)의 결정을 위한 특성영역(200)은 전기식 과급기(16)의 모터(22)의 입력 및 출력 변수 회전 속도 및 전기식 과급기(16)의 압축 압력 비에 대한 공기 압축기 특성 영역(46)의 역함수이다.
선택적으로, 전술된 3개의 실시예 각각에 대해 도3에 도시된 바와 같은 스위치(215)가 통상적으로 제공될 수 있는데, 이를 통해 각각의 절환 위치에 따라 목표 회전 속도값으로서 목표 회전 속도(NELSOLL) 또는 정적 회전 속도(NEZVLLS)가 회전 속도 조절부(48)로 공급되도록 선택될 수 있다.
또한, 정적 회전 속도(NEZVLLS)는 클러치를 밟을 때 비로소 활성화될 수 있다.
차량의 차량 전기 시스템 부하를 작게 유지하고 전기식 과급기(16)를 필요할 때만 추가로 절환하기 위해, 예컨대 내연 기관으로서 형성될 수 있는 엔진의 엔진 회전 속도(nmot)가 소정의 제1 엔진 회전 속도(225)를 초과한다면 전기식 과급기(16)가 차단될 수 있다.
또한, 전기식 과급기(16)의 지속적인 차단 및 작동을 방지하기 위해, 엔진의 엔진 회전 속도(nmot)가 소정의 제1 엔진 회전 속도(225)보다 작은 소정의 제2 엔진 회전 속도(230)에 미달한다면 전기식 과급기(16)는 차단된 후 다시 작동될 수 있다. 이러한 방식으로, 도3에 도면 부호 220으로 표시된 바와 같이 이력(hysteresis) 함수가 구현될 수 있다.
소정의 제1 엔진 회전 속도(225)를 초과하는 경우에 대해 엔진의 엔진 회전 속도(nmot)를 통해 비트(235)가 세팅된다. 소정의 제2 엔진 회전 속도(230)에 미달하는 경우 엔진의 엔진 회전 속도(nmot)를 통해 비트(235)가 리셋된다.비트(235)가 세팅되면 전기식 과급기(16)가 필요하지 않고 차단된다. 그 후, 스위치(215)는 전기식 과급기(16)를 위한 목표 회전 속도값으로서 정적 회전 속도(NEZVLLS)를 회전 속도 조절부(48)에 공급하는 절환 위치로 된다. 비트(235)가 리셋되면 전기식 과급기(16)가 필요하고 연결된다. 그 후, 스위치(215)는 목표 회전 속도값으로서 목표 회전 속도(NELSOLL)를 회전 속도 조절부(48)에 공급하는 절환 위치로 된다.
또한, 선택적으로, 일반적으로 그리고 설명된 3개의 실시예의 각각에 대해서도, 전기식 과급기(16)의 목표 회전 속도값은 예컨대 저역 필터로서 형성되어야 하는 2차 필터(240)에 의해 필터링될 수 있다. 이는 스위치(215)의 사용과는 무관하다. 저역 필터(240)가 스위치(215) 하류에 배치되고, 이에 따라 목표 회전 속도값으로서 정적 회전 속도(NEZVLLS) 또는 목표 회전 속도(NELSOLL)가 저역 필터(240)에 공급되는 것이 도3에 예시적으로 도시된다.
저역 필터(240)를 통해 회전 속도 조절부(48)는 진동에 대해 안전해진다. 여기서, 저역 필터(240)의 시간 상수 또는 시간 상수들은 목표 회전 속도(NELSOLL)에 따라 선택될 수 있는데, 그 경우에는 회전 속도 조절부(48)의 목표 회전 속도(NELSOLL)가 공급되어야 한다. 예컨대, 이하에서 저역 필터(240)의 유일 시간 상수로부터 시작되어야 한다. 시간 상수는 특성 곡선(245)에 의해 목표 회전 속도(NELSOLL)에 따라 선택될 수 있다. 여기서, 특성 곡선 그래프는 예컨대 작은 목표 회전 속도(NELSOLL)에 작은 시간 상수가, 큰 목표 회전 속도(NELSOLL)에 큰 시간 상수가 할당되는 방식으로 사전 설정될 수 있다. 이는, 저역 필터(240) 하류에 배치되는 회전 속도 조절부(48)에 의해, 작은 목표 회전 속도(NELSOLL)는 빠르게, 큰 목표 회전 속도(NELSOLL)는 느리게 설정될 수 있도록 한다. 이는 큰 목표 회전 속도(NELSOLL)에서 전기식 과급기가 갑작스럽게 상승 구동되지 않으며 승차 쾌적감이 커지게 한다.
선택적으로 또는 추가적으로 저역 필터(240)의 시간 상수 또는 시간 상수들은 파라미터에 따라 또는 특성 영역 제어식으로, 예컨대 전기식 과급기(16)의 공기량 실제값(ml) 및/또는 엔진 회전 속도(nezv)에 따라 설정될 수 있다.
또한, 선택적으로, 일반적으로 그리고 설명된 3개의 실시예 각각에 대해서도, 시간(t)에 대한 가속 페달 위치의 기울기 형성을 위한 장치(250)가 제공될 수 있다. 장치(250)를 통해 형성된 기울기는 비교기(255)에 공급된다. 비교기(255)는 기울기를 소정값(GRWPEDEZV)과 비교한다. 기울기가 소정값(GRWPEDEZV)보다 크다면, 목표 회전 속도값으로서 전기식 과급기(16)를 위한 최대 회전 속도(NEZVHIS)가 설정되고 직접 또는 도3에서와 같이 저역 필터(240)를 통해 회전 속도 조절부(48)로 공급된다.
또한, 도3에 도시된 바와 같이 가속 페달 위치의 기울기에 따른 목표 회전 속도값 형성은 전술된 이력 함수와 결부시킬 수 있다. 여기서, 일측에서 비교기(255)의 출력값이, 그리고 타측에서 비트(235)가 AND-게이트(260)로 공급된다. 여기서, 가속 페달 위치의 기울기가 소정값(GRWPEDEZV)보다 크면, 비교기(255)의 출력값이 세팅된다.
가속 페달 위치의 기울기가 소정값(GRWPEDEZV)보다 크고 엔진의 엔진 회전속도(nmot)가 소정의 제1 엔진 회전 속도보다 작으면, 최대 회전 속도(NEZVHIS)가 목표 회전 속도값으로서 저역 필터(240)에 공급된다. 이러한 방식으로 매우 빠른 토크 요구시에 그리고 차단되거나 또는 느린 회전 속도로 작동하는 전기식 과급기(16)에서, 전기식 과급기(16)는 빠른 계산 래스터에서 구동을 위해 미리 제어되어, 상당한 동적 이득이 달성된다.
여기서, 과급압 목표값(plsoll)의 계산은 엔진 제어의 토크 구성을 통해 이루어지고 그에 대응하는 실행 시간이 필요하다. 또한, 계산 방법은 예컨대 과급압 목표값(plsoll)이 지연 형성되는 역전 제동(load-reversal damping)과 같은 함수를 포함하는데, 그 때문에 이는 가속 페달의 작동으로부터 발생하는 페달 신호에 대해 가속 페달 위치의 기울기 형태로 나타난다.
선택적으로 또는 추가적으로 과급압 목표값(plsoll) 및 공기량 목표 유동(mlsoll)이 예측 계산에 의해 결정될 수 있다. 이러한 예측을 통해 전기식 과급기(16)의 회전 속도가 마찬가지로 파일럿제어식으로 또는 빠르게 형성된다. 예측 계산시 예컨대 최후의 그리고 그 바로 전의 과급압-목표값 또는 공기량-목표 유동 사이의 차이가 결정될 수 있고 이러한 차이를 기초로 하여 이후의 과급압-목표값 또는 공기량-목표 유동에 대해 외삽법이 수행되고 이에 따라 예측이 구현된다.
상기 실시예를 참조로 설명된 본 발명은 불필요한 차량 전기 시스템 부하가 없고, 필수적인 센서 장치에 대해 초과 비용이 없는 전기식 과급기(16)의 정밀하며 필요에 따른 제어 또는 조절을 보장한다.
예컨대 전기식 과급기(16)의 전방 및 후방의 압력 센서 각각에 의한 측정을통해 유동 방향에서 전기식 과급기(16) 전방의 압력(pvor) 및 전기식 과급기(16) 후방의 압력(pnach)이 보고되었다면, 몫(pnach/pvor)을 형성함으로써 전기식 과급기(16)의 실제 압축 압력 비(vpezv = pnach/pvor)가 결정될 수 있다. 이러한 경우 도3에 따른 실시예에 따라 전기식 과급기(16)의 실제 압축 압력 비의 결정을 위해 특성 영역(200)이 필요 없을 수 있다.
도1에 따르면, 전기식 과급기(16)는 배기가스 터보 과급기(14) 하류에 연결된다. 그러나, 2개의 과급기(14, 16)의 순서는 본 발명에 따른 전기식 과급기(16)의 압축 압력 비의 조절을 고려하여 임의로 할 수 있다. 그러나, 도1에 도시된 것과는 반대로 전기식 과급기(16)가 유동 방향에서 배기가스 터보 과급기(14) 전방에 배열된다면, 이는 전기식 과급기(16)에 대한 열역학적 관점에서 유리하다.

Claims (22)

  1. 엔진에 흡입된 공기를 압축하기 위한 배기가스 터보 과급기와 함께 작용하며, 전기식 과급기를 제어하는 제어 신호가 형성되는, 전동식 과급기의 제어를 위한 방법에 있어서,
    상기 제어 신호는 전기식 과급기에 대한 설정된 압력 비에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 전기식 과급기의 예측 압축 압력 비는 배기가스 터보 과급기의 압축 압력 비에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 배기가스 터보 과급기의 압축 압력 비는 엔진 회전 속도 및 엔진을 위한 공기 유동에 대한 소정값에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 배기가스 터보 과급기의 압력 비는 필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 필터의 시간 상수 또는 시간 상수들은 작동 변수, 바람직하게는 엔진 회전 속도에 따르는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기식 과급기의 설정된 압축 압력 비는 배기가스 터보 과급기의 압축 압력 비, 외부 압력 또는 유동 방향에서 2개의 과급기 중 제1 과급기의 유입부에서의 압력, 및 과급압 목표값을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 배기가스 터보 과급기의 압축 압력 비의 결정시에 외부 압력 또는 유동 방향에서 2개의 과급기 중 하나의 유입부에서의 압력 및/또는 배기가스 온도가 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전기식 보조 과급기 전방의 압력이 측정되거나 또는 모델링되어, 전기식 보조 과급기의 압축 압력 비가 결정되고 전기식 과급기가 설정된 압축 압력 비 및 결정된 압축 압력 비에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 전기식 과급기의 설정된 압축 압력 비는 전기식 과급기의 실제 압축 압력 비에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 전기식 과급기의 설정된 압축 압력 비는 과급압 목표값과 과급압 실제값 사이의 비에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 전기식 과급기의 실제 압축 압력 비는 전기식 과급기의 실제 회전 속도 및 엔진을 위한 공기 유동에 대한 실제값에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 전기식 과급기는 소정의 제1 엔진 회전 속도의 초과시에 차단되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 소정의 제1 엔진 회전 속도보다 작은 소정의 제2 엔진 회전 속도에 미달되면 전기식 과급기는 차단된 후 다시 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 전기식 과급기의 설정된 압축 압력 비는 가속 페달 기울기에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 소정값의 초과시에 가속 페달 기울기를 통해 전기식 과급기에 대한 목표 회전 속도값으로서 최대 회전 속도가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 설정된 압축 압력 비 및 공기 유동에 대한 소정값에 따라, 회전 속도 조절부 또는 회전 속도 제어부에 의해 설정된 전기식 과급기에 대한 목표 회전 속도값이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 전기식 과급기의 차단 상태에서 목표 회전 속도값으로서 정적 회전 속도가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 전기식 과급기의 목표 회전 속도값은 2차 필터, 특히 저역 필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 2차 필터의 시간 상수 또는 시간 상수들은 전기식 과급기의 목표 회전 속도값에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 엔진에 공급된 공기를 압축하기 위한 배기가스 터보 과급기와 함께 작용하며, 전기식 과급기의 제어를 위한 제어 신호를 형성하는 제어 유닛을 구비한, 전동식 과급기의 제어를 위한 장치에 있어서,
    상기 제어 유닛은 전기식 과급기의 설정된 압축 압력 비에 따라 상기 제어 신호를 설정하는 제어 신호 형성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 프로그램이 컴퓨터에서 실행되면, 제1항 내지 제20항의 임의의 모든 단계를 수행하기 위해, 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램.
  22. 프로그램이 컴퓨터에서 실행되면, 제1항 내지 제20항에 따른 임의의 모든 방법을 수행하기 위해, 컴퓨터에서 판독 가능한 데이터 저장 매체에 저장되는 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품.
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