WO2005071241A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines elektrisch angetriebenen verdichters einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines elektrisch angetriebenen verdichters einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2005071241A1
WO2005071241A1 PCT/EP2004/053053 EP2004053053W WO2005071241A1 WO 2005071241 A1 WO2005071241 A1 WO 2005071241A1 EP 2004053053 W EP2004053053 W EP 2004053053W WO 2005071241 A1 WO2005071241 A1 WO 2005071241A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compressor
internal combustion
combustion engine
cha
variables
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/053053
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael STÜRTZ
Markus Teiner
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2005071241A1 publication Critical patent/WO2005071241A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling an electrically driven compressor of an internal combustion engine.
  • upstream compressors are used to increase the torque of internal combustion engines.
  • a compressor brings about a pre-compression of the supplied fresh air and thus an increase in the cylinder charge, which results in an advantageous increase in performance of the internal combustion engine.
  • an exhaust gas turbocharger In the design of exhaust gas turbochargers, a compressor is driven by the exhaust gas flow. However, in order to be able to deliver fresh air at all, a sufficient exhaust gas flow must also be available for exhaust gas turbochargers. Especially in the area of low engine speeds, an exhaust gas turbocharger basically has an effect that is far too low due to the low exhaust gas flow.
  • This object is achieved according to the invention by a method in which the sizes of a required compressor output and a required compressor speed are determined on the basis of a model as a function of a desired degree of charging and a required air mass flow.
  • the modeling chosen is based on an approach that is responsible for the ratio of the quantities involved to one another and is based on the physics of the system.
  • a device for implementing such a method also provides a solution to this problem, the device having a computing unit with a model which is connected to means for determining operating variables of the electrically driven compressor from input variables.
  • an ambient pressure and an ambient or intake air temperature are also used as input variables of the model. This maps current climatic conditions to an extent that is sufficient for the operation of a reliably controlled internal combustion engine.
  • only the physics of the compressor and the electric motor driving it itself are used as the basis for a faster and more precise control of the overall system comprising the internal combustion engine, engine control, electric compressor, electric motor and control electronics compared to the known prior art Control strategy for charging the internal combustion engine ⁇ chosen.
  • the corresponding model is then derived from this basis, in particular in the form of closed mathematical equations.
  • predefined quality criteria for the model for example, fast response, boost pressure build-up, etc., depending on the application and / or selection of a specialist in development, can be provided as influencing variables.
  • the concrete modeling of the compressor speed and the compressor output will be discussed in detail below with reference to the drawing. The same applies to the regulation of the electric motor as the drive for the compressor.
  • a combination of an inventive controlled or regulated electrical ⁇ rule loader is reacted with an exhaust gas turbocharger.
  • specifications from an exhaust gas treatment system for example from a ⁇ probe and / or nitrogen oxide sensors of an exhaust gas tract, are also taken into account in the form of control variables and / or default values.
  • FIG. 1 an overview of a device for charging an internal combustion engine with an electrical see loader and a bypass channel with flap;
  • FIG. 2 a flowchart to illustrate a model according to the invention
  • Figure 3 is a diagram showing the method for calculating a target operating point as block A of Figure 2;
  • FIG. 4 a flowchart to illustrate the modeling of a compressor as block B of FIG. 2;
  • FIG. 5 a system overview to illustrate an exemplary embodiment.
  • fresh air is added via a fresh air filter 2 and precompressed via an electric compressor or e-charger or e-charger 3.
  • a bypass 4 lying parallel to the electric charger 3 is closed in the illustrated case by a controllable opening flap.
  • the fresh air flow symbolized by an arrow P subsequently passes an opened throttle 5 and is fed to an internal combustion engine 7 via intake pipes or distributor pipes 6.
  • the exhaust gases are discharged via an exhaust tract 8 with means for exhaust gas use and / or pollutant sensing, which are not shown, whereby they pass through a catalytic converter 9.
  • the electric compressor 3 serves to significantly improve the torque of the internal combustion engine 7 by means of a Increased charging of the cylinders with fresh gas, so that the internal combustion engine 7 can provide sufficient torque to a drive train, which is only indicated in FIG. 1, even in a range of low speeds.
  • a method for controlling the electric charger 3 is used, which is based on modeling the physical charger taking into account a desired degree of charging of the internal combustion engine 7 and a charger power required for this.
  • a suitable method is used to determine a compressor speed that is currently required for each operating point and a required compressor output as a function of a desired degree of charging and air mass flow.
  • the application of the method described in detail below essentially only activates the electric charger 3 if an engine power that is currently available is not sufficient for a driving state and / or a request.
  • deactivation only occurs when the available power of the internal combustion engine 7 is sufficient to correspond to a current driver request.
  • a major advantage of this approach is therefore that the electric charger 3 is only operated with a minimum required power. Compared to conventional control of an e-charger, this leads to a significantly improved overall system efficiency.
  • the duty cycle and operating point of the charger 3 can be optimized in accordance with various quality criteria, such as, for example, an efficiency, a dynamic behavior or a maximum predetermined duration.
  • FIGS. 2 to 4 a modeling of compressor speed and compressor output is now shown. 2 gives an overview, and FIGS. 3 and 4 show those shown in FIG. 2 Function blocks A, B for determining an operating point of the loader 3 and an interpolation in loader characteristic curve fields are shown in more detail:
  • the parameters of the compressor at the nominal operating point are calculated from the boundary conditions of ambient pressure AMP, intake and ambient air temperature TIA_ABSV_CHA_UP as well as the desired air mass MAF_KGH_SP and the required boost pressure PUT_SP. These are volume flow VOL_FLOW_CHA_UP_SP, pressure quotient PQ_CHA_SP and air mass flow MAF_CHA_SP.
  • Values such as Volume flow VOL_FLOW_CHA_UP and supercharger speed N_CHA_COR_SP are standardized in the model with a te peratu-dependent factor FAC_TIA.
  • the pressure upstream of the compressor PRS_CHA_UP_SP is calculated from the ambient pressure AMP and the pressure losses in the air filter IP_PRS_LOSS_AIC which are dependent on the air mass flow.
  • the target pressure after compressor PRS_CHA_DOWN_SP is calculated from the boost pressure PUT_SP and the pressure losses in the charge air cooler IP_PRS_LOSS_ICO, which depend on the air mass flow.
  • the pressure quotient PQ_CHA_SP results from the pressures after and before the compressor.
  • the density of the air in front of the compressor RHO_CHA_UP can be calculated from the pressure in front of the compressor, the intake air temperature TIA_ABSV_CHA_UP and the general gas constant RA.
  • a volume flow VOL_FLOW_CHA_UP can be calculated from the mass flow.
  • the volume flow is standardized with the factor FAC_TIA and from the standardized volume flow VOL_FLOW_CHA_UP_RED_SP and the pressure quotient
  • PQ__CHA_SP calculates the normalized supercharger speed N_CHA_COR_SP. For the details of this calculation, reference is expressly made to the disclosure of published patent application DE 100 46 322 AI.
  • the normalized supercharger speed N_CHA_COR_SP is normalized back via the factor FAC_TIA in order to obtain the physical speed N CHA SP that is being sought.
  • the compressor performance POW_CHA_SP or P L can be calculated using the main turbocharger equations:
  • c L • - is combined to IP_FAC_POW_CHA_l, due to its course depending on the volume flow and charging speed, it makes sense to store the map as a function of the charger speed and the standardized volume flow related to the charger speed.
  • the desired compressor capacity can be calculated as the product of the intake air temperature TIA_ABSV_CHA__UP (Tl), air mass flow MAF_CHA_SP and the two defined factors.
  • the abbreviations are tion components CHA and ECHA were both used synonymously in the drawing to designate the electric charger.
  • the required compressor power P L By calculating the required compressor power P L , this can be used as a pilot control in the regulation of the electric motor associated with the electric compressor 3. This results in a faster and more stable control, which also improves the dynamic behavior of the overall system.
  • the control of the electric motor itself is based in a known manner on the specification of a target speed and a required power, from which the torque required in each case results.
  • any electric motors from different manufacturers, each with its own control electronics can be used as a so-called black box, since their properties can be specified in a clearly defined manner.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in the form of a system overview in which the advantages of reverse modeling are used in order to create a basis for improved control for the electric motor of the compressor 3.
  • the device 1 comprises an inverse E-compressor model 10, a control device 11 for the electric motor of the electric compressor 3 and a control device 12 for driving and monitoring the control of the bypass valve in the bypass 4.
  • the flap in the bypass 4 is opened in the event that the e-charger 3 can no longer make a contribution to an increase in pressure. This is the case from a certain higher speed of the internal combustion engine 7. In this operating state, the electric motor that drives the compressor 3 is then switched off.
  • a currently required compressor output POW_CHA_SP and a corresponding speed N_CHA_SP of compressor stage 3 are determined on the basis of the desired air mass flow MAF_KGH_SP, the intake air temperature TIA_ABSV_CHA_UP, the boost pressure setpoint PUT_SP and the ambient pressure AMP as input values. These values are now used in the regulation of the electric motor in order to regulate the requested compressor speed. So far, the schematically illustrated method corresponds to that of FIGS. 1 to 4.
  • a compressor output can now be determined on the basis of its maximum operating parameters and the current ambient conditions before the shutdown measure just introduced is initiated. A comparison of the maximum realizable with the actually required values of the compressor 3 can then be shifted towards an engine control. From here, the shutdown measures described above can also be initiated.
  • the example shown is shown for the sake of simplicity without boost pressure control in the compressor 3.
  • a boost pressure control can, however, be arranged in a superimposed manner in the arrangement shown in a manner known to the person skilled in the art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer Verbrennungskraftmaschine. Um ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaf­fen, die im Hinblick auf ihren Entwicklungsaufwand geringer und im Bezug auf die Einstellung von jeweils Wirkungsgrad­optimalen Arbeitspunkten elektrischer Verdichter zuverlässi­ger sind, wird vorgeschlagen, dass die Größen einer geforderten Verdichterleistung (PL, POW_CHA_SP) und einer benötigten Verdichterdrehzahl (N_CHA_SP) auf der Grundlage eines Modells als Funktion eines jeweils gewünschten Aufladungsgrades bzw. Ladedrucks (PUT_SP) und eines erforderlichen Luft-Massenstromes (MAF_KGH_SP) be­stimmt werden, wobei die gewählte Modellierung auf einem für das Verhältnis der beteiligten Größen zueinander ursächlichen und auf der Physik des Systems basierenden Ansatz beruht.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer Verbrennungskraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer Verbrennungskraftmaschine.
Nach dem Stand der Technik werden zur Erhöhung des Drehmoments von Verbrennungskraftmaschinen vorgeschaltete Verdichter eingesetzt. Durch einen Verdichter wird eine Vorkomprimierung der zugeführten Frischluft und damit eine Erhöhung der Zylinderfüllung bewirkt, die sich in einer vorteilhaften Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine auswirkt.
In der Bauform von Abgasturboladern wird ein Verdichter durch den Abgasstrom angetrieben. Um aber überhaupt Frischluft fördern zu können, muss für Abgasturbolader auch ein ausreichender Abgasstrom zur Verfügung stehen. Gerade im Bereich nied- riger Drehzahlen zeigt ein Abgasturbolader damit vom Prinzip her auf Grund des geringen Abgasstromes eine wesentlich zu geringe Wirkung.
Zur Abdeckung auch des Niedrig-Drehzahlbereiches einer Verbrennungskraftmaschine ist daher die Verwendung eines e- lektrisch angetriebenen Laders vorgeschlagen worden. Bekannte Lösungen zur Ansteuerung eines elektrisch angetriebenen Laders bzw. eines E-Verdichters arbeiten mit Kennlinienfeldern. In diese Kennlinienfelder fließen diverse Größen aus der Mo- torsteuerung ein, wobei die Kennlinienfelder in aufwändigen Versuchen erstellt und/oder appliziert werden müssen, da sie im Wesentlichen auf empirischen Ansätzen beruhen. Da es prinzipiell kaum möglich ist, ein Kennlinienfeld auf der Basis von Versuchen für jeden einzelnen Betriebspunkt zu ermitteln, werden Betriebspunkte in der Regel auf der Basis von Näherungsverfahren ermittelt. Hiermit kann ein optimaler Betrieb eines elektrischen Laders mit einer Verbrennungskraftmaschine jedoch nur in sehr grober Näherung erreicht werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver- fahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die im Hinblick auf ihren Entwicklungsaufwand geringer und im Bezug auf die Einstellung von jeweils Wirkungsgrad-optimalen Arbeitspunkten elektrischer Verdichter zuverlässiger sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Größen einer geforderten Verdichterleistung und einer benötigten Verdichterdrehzahl auf der Basis eines Modells als Funktion eines jeweils gewünschten Aufladungsgra- des und eines erforderlichen Luft-Massenstromes bestimmt wer- den. Dabei beruht die gewählte Modellierung auf einem für das Verhältnis der beteiligten Größen zueinander ursächlichen und auf der Physik des Systems basierenden Ansatz. Auch stellt eine Vorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Verfahrens eine Lösung dieser Aufgabe dar, wobei in der Vorrichtung eine Recheneinheit mit einem Modell vorgesehen ist, das mit Mitteln zum Bestimmen von Betriebsgrößen des elektrisch angetriebenen Verdichters aus Eingangsgrößen verbunden ist .
Als Erweiterung des Eingangsparametersatzes werden in einer Weiterbildung der Erfindung auch ein Umgebungsdruck und eine Umgebungs- bzw. Ansauglufttemperatur als Eingangsgrößen des Modells verwendet. Damit werden aktuelle klimatische Gegebenheiten in einem Maß abgebildet, wie sie für den Betrieb einer zuverlässig geregelten Verbrennungskraftmaschine ausreichend sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für eine schnellere und gegenüber dem bekannten Stand der Technik genauere Regelung des Gesamtsystems aus Verbrennungskraftma- schine, Motorsteuerung, elektrischem Verdichter, Elektromotor und Regelungselektronik nur die Physik des Verdichters und des ihn antreibenden Elektromotors selber als Basis für eine Steuerungsstrategie für die Aufladung der Verbrennungskraft¬ maschine erwählt. Aus dieser Basis wird dann das entsprechende Modell abgeleitet, insbesondere in Form geschlossener ma¬ thematischer Gleichungen. Dabei können in einer Weiterbildung als vorgegebene Gütekriterien für das Modell beispielsweise Fast Response, Ladedruckaufbau, etc. je nach Anwendungsfall und/oder Auswahl eines Fachmanns bei der Entwicklung als Einflussgrößen vorgesehen werden. Auf die konkrete Modellierung der Verdichterdrehzahl sowie der Verdichterleistung wird nachfolgend noch unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail eingegangen werden. Gleiches gilt für die Regelung des Elektromotors als Antrieb für den Verdichter.
Die vorliegende Erfindung wird im Rahmen dieser Beschreibung im Wesentlichen vor dem Hintergrund eines Einsatzes in der Kraftfahrzeug-Industrie dargestellt. Anwendungsfälle außerhalb dieses Sektors werden jedoch ausdrücklich nicht ausgeschlossen, da ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für sämtliche Verbrennungskraftmaschi- nen einsetzbar sind.
In Ausführungsformen der Erfindung wird auch eine Kombination eines erfindungsgemäß angesteuerten bzw. geregelten elektri¬ schen Laders mit einem Abgasturbolader umgesetzt. Ferner wer- den in einer Ausführungsform auch Vorgaben aus einer Abgasbehandlungsanlage, beispielsweise von einer λ-Sonde und/oder Stickoxid-Sensoren eines Abgastraktes, in Form von Regelungsgrößen und/oder Vorgabewerten berücksichtigt.
Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend unter Bezug auf die Darstellung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen in sche atischer Darstellung:
Figur 1 : eine Übersicht über eine Vorrichtung zur Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem elektri- sehen Lader und eines Bypass-Kanals mit Verschluss- Klappe;
Figur 2: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines erfin- dungsgemäßen Modells;
Figur 3: ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Errechnung eines Soll-Betriebspunktes als Block A von Figur 2;
Figur 4: ein Flussdiagramm zur Darstellung der Modellierung eines Verdichters als Block B von Figur 2;
Figur 5: eine Systemübersicht zur Darstellung eines Ausfüh- rungsbeispiels .
In den einzelnen Darstellungen der Zeichnung erhalten gleiche Bestandteile, Komponenten, Größen und Verfahrensschritte durchgängig die gleichen Bezeichnungen.
In einer Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 wird Frischluft über einen Frischluftfilter 2 zugefügt und über einen elektrischen Verdichter bzw. E-Lader oder E-Charger 3 vorverdichtet. Ein zu dem elektrischen Lader 3 parallel liegender Bypass 4 ist im dargestellten Fall durch eine ansteuerbare Öffnungsklappe verschlossen. So passiert der durch einen Pfeil P symbolisierte Frischluftstrom nachfolgend eine geöffnete Drossel 5 und wird über Saugrohre bzw. Verteilerrohre 6 einer Verbrennungskraftmaschine 7 zugeführt. Nach der Verbrennung des Frischgasgemisches in der Verbrennungskraftmaschine werden die Abgase über einen Abgastrakt 8 mit nicht weiter dargestellten Mitteln zur Abgasnutzung und/oder Schadstoff- Sensierung abgeleitet, wobei sie einen Katalysator 9 durchlaufen.
Der elektrische Verdichter 3 dient einer deutlichen Verbesserung des Drehmoments des Verbrennungskraftmotors 7 durch eine verstärkte Aufladung der Zylinder mit Frischgas, so dass der Verbrennungskraftmotor 7 auch in einem Bereich niedriger Drehzahlen einem in Figur 1 nur angedeuteten Antriebsstrang ausreichend Drehmoment zur Verfügung stellen kann. Erfin- dungsgemäß wird ein Verfahren zur Ansteuerung des elektrischen Laders 3 verwendet, das auf einer Modellierung des physikalischen Laders unter Berücksichtigung eines gewünschten Aufladegrades der Verbrennungskraftmaschine 7 sowie einer hierzu erforderlichen Laderleistung basiert. Im Gegensatz zu Verfahren nach dem Stand der Technik wird hier also über ein geeignetes Verfahren eine je Arbeitspunkt aktuell jeweils erforderliche geforderte Verdichterdrehzahl sowie eine benötigte Verdichterleistung als Funktion eines gewünschten Aufladegrades und Luftmassenstromes modelliert ermittelt. Im Ergeb- nis kommt es durch die Anwendung des nachfolgend im Detail beschriebenen Verfahrens im Wesentlichen nur dann zu einer Aktivierung des elektrischen Laders 3, wenn eine momentan verfügbare Motorleistung für einen Fahrzustand und/oder einer Anforderung nicht ausreichend ist. Im umgekehrten Fall kommt es zu einer Deaktivierung nur dann, wenn die verfügbare Leistung der Verbrennungskraftmaschine 7 ausreicht, um einem aktuellen Fahrerwunsch zu entsprechen.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes liegt daher darin, dass der elektrische Lader 3 nur mit einer minimal erforderlichen Leistung betrieben wird. Das führt gegenüber einer konventionellen Ansteuerung eines E-Laders zu einem deutlich verbesserten Gesamtwirkungsgrad des Systems. Einschaltdauer und Betriebspunkt des Laders 3 können gemäß verschiedener Gü- tekriterien, wie zum Beispiel einem Wirkungsgrad, einem Dynamikverhalten oder einer maximal vorgegeben Zuschaltdauer, optimiert werden.
Unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Figuren 2 bis 4 wird nun eine Modellierung von Verdichterdrehzahl und Verdichterleistung dargestellt. Hierbei gibt Figur 2 einen Überblick, und in den Figuren 3 und 4 sind die in Figur 2 angegebenen Funktionsblöcke A, B zur Bestimmung eines Arbeitspunktes des Laders 3 und einer Interpolation in Lader-Kennlinienfeldern näher dargestellt:
Aus den Randbedingungen Umgebungsdruck AMP, Ansaug- bzw. Umgebungslufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP sowie der gewünschten Luftmasse MAF_KGH_SP und dem geforderten Ladedruck PUT_SP werden die Kenngrößen des Verdichters im Sollbetriebspunkt errechnet. Dies sind Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP_SP, Druck- quotient PQ_CHA_SP und Luftmassenstrom MAF_CHA_SP . Einige
Werte, wie z.B. Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP und Laderdrehzahl N_CHA_COR_SP, werden im Modell mit einem te peratu bhängigen Faktor FAC_TIA normiert.
Der Druck vor Verdichter PRS_CHA_UP_SP errechnet sich aus dem Umgebungsdruck AMP sowie den vom Luftmassenstrom abhängigen Druckverlusten im Luftfilter IP_PRS_LOSS_AIC . Der Solldruck nach Verdichter PRS_CHA_DOWN_SP errechnet sich aus dem Ladedruck PUT_SP sowie den vom Luftmassenstrom abhängigen Druck- Verlusten im Ladeluftkühler IP_PRS_LOSS_ICO. Der Druckquotient PQ_CHA_SP ergibt sich aus den Drücken nach und vor Verdichter.
Aus dem Druck vor dem Verdichter, der Ansauglufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP und der allgemeinen Gaskonstante RA kann man die Dichte der Luft vor dem Verdichter RHO_CHA_UP ausrechnen. Anhand der Dichte kann aus dem Massenstrom ein Volumenstrom VOL_FLOW_CHA_UP errechnet werden. Der Volumenstrom wird mit dem Faktor FAC_TIA normiert und aus dem normierten Volumen- ström VOL_FLOW_CHA_UP_RED_SP sowie dem Druckquotienten
PQ__CHA_SP die normierte Laderdrehzahl N_CHA_COR_SP berechnet. Für die Details dieser Berechnung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Offenlegungsschrift DE 100 46 322 AI verwiesen. Die normierte Laderdrehzahl N_CHA_COR_SP wird über den Faktor FAC_TIA zurücknormiert, um die gesuchte physikalische Drehzahl N CHA SP zu erhalten. Anhand der Turbolader-Hauptgleichungen lässt sich die Verdichterleistung POW_CHA_SP bzw. PL berechnen:
1 PL =mL -ΔhL
Figure imgf000009_0001
Verdichterleistung Luftmassenstrom durch Verdichter Enthalpiedifferenz ηL Verdichterwirkungsgrad c pL spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck K Adiabatenexponent
Figure imgf000009_0002
Der Term c L •— wird zu IP_FAC_POW_CHA_l zusammengefasst, aufgrund seines Verlaufes in Abhängigkeit vom Volumenstrom und Ladedrehzahl ist es sinnvoll, das Kennfeld in Abhängigkeit von der Laderdrehzahl und dem auf die Laderdrehzahl bezogenen normierten Volumenstrom abzulegen.
Der Term im Kennfeld IP_FAC_POW_CHA_2 abge
Figure imgf000009_0003
legt .
Mit dieser Verein achung lässt sich die gesuchte Verdichterleistung als Produkt von Ansauglufttemperatur TIA_ABSV_CHA__UP (Tl) , Luftmassenstrom MAF_CHA_SP sowie der beiden definierten Faktoren berechnen. Dabei sind in den Variablen die Abkür- zungsbestandteile CHA und ECHA beide in der Zeichnung synonym zur Bezeichnung des elektrischen Laders verwendet worden.
Durch die Berechnung der erforderlichen Verdichterleistung PL kann diese als Vorsteuerung in die Regelung des zu dem elektrischen Verdichter 3 zugehörigen Elektromotors verwendet werden. Hierdurch wird eine schnellere und stabilere Regelung bewirkt, die auch das dynamische Verhalten des Gesamtsystems verbessert. Die Regelung des Elektromotors selber basiert hierbei in bekannter Weise auf der Vorgabe einer Solldrehzahl und einer benötigten Leistung, aus denen sich ein jeweils gefordertes Drehmoment ergibt . Auf Grund der erfindungsgemäß definierten Schnittstellen können beliebige Elektromotoren auch unterschiedlicher Hersteller mit jeweils eigener Regel- elektronik als sog. Black box eingesetzt werden, da ihre Eigenschaften klar definiert vorgegeben werden können.
Bei der Modellierung eines Systems sind zwei grundsätzlich voneinander verschiedene Ansätze zu unterscheiden: die Vor- wartsmodellierung und die Rückwärtsmodellierung bzw. inverse Modellierung. Im Fall einer Vorwärtsmodellierung werden auf der Grundlage von Ansteuerungswerten zu erwartende Ist- Zustände modelliert. Im Fall eines inversen Modells wird ein erwünschter Vorgabewert am Ausgang vorgegeben und auf der Ba- sis des Modells ein Eingabewert oder Eingabevektor bestimmt. Damit ist es beim Einsatz eines inversen Modells möglich, durch einen Vergleich eines rückgerechneten Eingabewertes eine Realisierbarkeit von jeweils erwünschten Vorgabewerten am Ausgang vorab zu überprüfen. In der Abbildung von Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel in Form einer Systemübersicht wiedergegeben, in dem die Vorteile einer Rückwärtsmodellierung genutzt werden, um damit eine Basis für eine verbesserte Ansteuerung für den Elektromotor des Verdichters 3 zu schaffen. Die Vorrichtung 1 umfasst ein inverses E-Verdichter-Modell 10, eine Regelungsvorrichtung 11 für den Elektromotor des e- lektrischen Verdichters 3 und einer Kontrollvorrichtung 12 zum Antrieben und Überwachen der Ansteuerung der Bypassklappe im Bypass 4. Die Klappe im Bypass 4 wird in dem Fall geöffnet, dass der E-Lader 3 keinen Beitrag mehr zu einer Druckerhöhung liefern kann. Das ist ab einer bestimmten höheren Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 7 der Fall. In diesem Betriebszustand wird dann der Elektromotor, der den Verdichter 3 antriebt, abgeschaltet.
Im inversen E-Verdichter-Modell wird anhand des gewünschten Luftmassenstromes MAF_KGH_SP, der Ansauglufttemperatur TIA_ABSV_CHA_UP, des Ladedrucksollwertes PUT_SP und dem Umgebungsdruck AMP als Eingangswerte eine momentan geforderte Verdichterleistung POW_CHA_SP und eine entsprechende Drehzahl N_CHA_SP der Verdichterstufe 3 bestimmt . Diese Werte werden nun weiter in der Regelung des Elektromotors verwendet, um die angeforderte Verdichterdrehzahl einzuregeln. Soweit entspricht das schematisch dargestellte Verfahren dem der Figuren 1 bis 4. Falls nach Feststellung der Regelungsvorrichtung 11 eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 7 so hoch ist, dass der elektrische Verdichter 3 keine Drucksteigerung mehr bewirken kann, so wird die Bypassklappe im Bypasspfad 4 des elektrischen Verdichters 3 unter Vermittlung der Kontrollvorrichtung 12 für die Bypassklappe geöffnet sowie der Elektromotor des Verdichters 3 abgeschaltet. Dazu wird das Bit LV_BYP_ENA genutzt, das in Figur 5 dargestellt ist.
Im nicht weiter graphisch dargestellten Fall, das zusätzlich auch ein vorwärts gerichtetes E-Verdichter-Modell vorhanden ist, kann nun vor der Einleitung der gerade dargestellten Abschaltungsmaßnahme eine Verdichterleistung auf der Grundlage seiner maximalen Betriebsparameter und den aktuellen Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Ein Vergleich der maximal realisierbaren mit den eigentlich aktuell geforderten Werten des Verdichters 3 kann dann in eine Motorsteuerung hin verlagert werden. Von hier aus können dann auch die vorstehend be- schriebenen Abschaltungsmaßnahmen veranlasst werden. Das dargestellte Beispiel ist der Einfachheit halber ohne Ladedruckregelung im Verdichter 3 dargestellt. Eine Ladedruckregelung kann in der dargestellten Anordnung jedoch in einer dem Fachmann bekannten Weise noch überlagert angeordnet wer- den.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters (3) einer Verbrennungskraftmaschine (7) , durch den zugeführte Frischluft vorkomprimiert wird, dadurch geken zeichnet, dass die Größen einer geforderten Verdichterleistung (PL, POW_CHA_SP) und einer benötigten Verdichterdrehzahl (N_CHA_SP) auf der Grundlage eines Modells (11) als Funktion eines jeweils gewünschten Aufladungsgrades bzw. Ladedrucks (PUT_SP) und eines erforderlichen Luft-Massenstromes (MAF_KGH_SP) bestimmt werden, wobei die gewählte Modellierung auf einem für das Verhältnis der beteiligten Größen zueinander ursächlichen und auf der Physik des Systems basierenden Ansatz beruht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Eingangsgrößen ein Umgebungsdruck (AMP) und eine Umgebungs- bzw. Ansauglufttemperatur (TIA_ABSV_CHA_UP) als Eingangsgrößen des Modells (11) verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Regelung des Gesamtsys- tems im Wesentlichen nur die Physik des Verdichters und des ihn antreibenden Elektromotors selber als Basis für eine Steuerungsstrategie für die Aufladung der Verbrennungskraftmaschine (7) gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Gütekriterien je nach Anwendungsfall und/oder Auswahl eines Fachmanns Fast Response und/oder Ladedruckaufbau bei der Entwicklung als Einflussgrößen in dem Modell vorgesehen werden.
5. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Verbrennungskraftma- schine (7) mit einer Kombination eines geregelten elektrischen Laders (3) mit einem Abgasturbolader verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch Vorgaben aus einer Abgasbehandlungsanlage, beispielsweise von einer λ-Sonde und/oder Stick¬ oxid-Sensoren eines Abgastraktes, in Form von Regelungsgrößen und/oder Vorgabewerten berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verfahren noch eine Ladedruckregelung überlagert wird.
8. Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters (3) einer Verbrennungskraftmaschine (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, indem eine Recheneinheit mit einem Modell (11) vorgesehen ist, das mit Mitteln zum Bestimmen von Betriebsgrößen des elektrisch angetriebenen Verdichters (3) aus Eingangsgrößen verbunden ist .
PCT/EP2004/053053 2004-01-23 2004-11-23 Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines elektrisch angetriebenen verdichters einer verbrennungskraftmaschine WO2005071241A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004003607A DE102004003607B4 (de) 2004-01-23 2004-01-23 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer Verbrennungskraftmaschine
DE102004003607.1 2004-01-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005071241A1 true WO2005071241A1 (de) 2005-08-04

Family

ID=34800971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/053053 WO2005071241A1 (de) 2004-01-23 2004-11-23 Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines elektrisch angetriebenen verdichters einer verbrennungskraftmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004003607B4 (de)
WO (1) WO2005071241A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014083248A1 (fr) * 2012-11-30 2014-06-05 IFP Energies Nouvelles Procédé de commande d'un moteur thermique équipé d'une double suralimentation
WO2015001264A1 (fr) * 2013-07-05 2015-01-08 Valeo Systemes De Controle Moteur Ensemble pour un circuit d'air de moteur thermique
EP3366911A1 (de) * 2017-02-24 2018-08-29 Samuele Labanca Brennkraftmaschine mit superlader mit aktiver steuerung des kompressors
EP3828405A1 (de) * 2019-11-28 2021-06-02 Maximilian Geisberger Stromaggregat zur einspeisung von insbesondere aus gasförmigen brennstoffen gewonnener energie in ein elektrisches energieversorgungsnetz und verfahren zum regeln eines solchen stromaggregats

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5243637B1 (ja) * 2012-03-29 2013-07-24 三菱電機株式会社 内燃機関システム
DE102015216126A1 (de) 2015-08-24 2017-03-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102019205044A1 (de) 2019-04-09 2020-11-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Aufladungssystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5551235A (en) * 1993-12-30 1996-09-03 Robert Bosch Gmbh System for the closed-loop control of the supercharging of an internal-combustion engine
DE10043760A1 (de) * 2000-09-05 2002-05-23 Siemens Ag Begrenzer für ein Zusatzgerät einer Brennkraftmaschine sowie zugehöriges Verfahren
FR2819551A1 (fr) * 2001-01-16 2002-07-19 Sagem Procede de commande d'un moteur electrique d'assistance a un turbocompresseur de moteur thermique

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19740917B4 (de) * 1997-04-01 2008-11-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Gastemperatur in einem Verbrennungsmotor
DE10023022A1 (de) * 2000-05-11 2001-11-22 Borgwarner Inc Aufgeladene Brennkraftmaschine
DE10046322A1 (de) * 2000-09-19 2002-04-11 Siemens Ag Verfahren zum Ermitteln einer Kenngröße
DE10124543A1 (de) * 2001-05-19 2002-11-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch betriebenen Laders
DE10158262A1 (de) * 2001-11-28 2003-06-12 Volkswagen Ag Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung des Gasgemisches in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung und entsprechend ausgestaltetes Steuersystem für einen Verbrennungsmotor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5551235A (en) * 1993-12-30 1996-09-03 Robert Bosch Gmbh System for the closed-loop control of the supercharging of an internal-combustion engine
DE10043760A1 (de) * 2000-09-05 2002-05-23 Siemens Ag Begrenzer für ein Zusatzgerät einer Brennkraftmaschine sowie zugehöriges Verfahren
FR2819551A1 (fr) * 2001-01-16 2002-07-19 Sagem Procede de commande d'un moteur electrique d'assistance a un turbocompresseur de moteur thermique

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014083248A1 (fr) * 2012-11-30 2014-06-05 IFP Energies Nouvelles Procédé de commande d'un moteur thermique équipé d'une double suralimentation
FR2998924A1 (fr) * 2012-11-30 2014-06-06 IFP Energies Nouvelles Procede de commande d'un moteur thermique equipe d'une double suralimentation
US10054038B2 (en) 2012-11-30 2018-08-21 IFP Energies Nouvelles Method for controlling a dual-supercharged combustion engine
WO2015001264A1 (fr) * 2013-07-05 2015-01-08 Valeo Systemes De Controle Moteur Ensemble pour un circuit d'air de moteur thermique
FR3008133A1 (fr) * 2013-07-05 2015-01-09 Valeo Sys Controle Moteur Sas Ensemble pour un circuit d'air de moteur thermique
CN105452629A (zh) * 2013-07-05 2016-03-30 法雷奥电机控制系统公司 用于热机的空气回路的组件
EP3366911A1 (de) * 2017-02-24 2018-08-29 Samuele Labanca Brennkraftmaschine mit superlader mit aktiver steuerung des kompressors
EP3828405A1 (de) * 2019-11-28 2021-06-02 Maximilian Geisberger Stromaggregat zur einspeisung von insbesondere aus gasförmigen brennstoffen gewonnener energie in ein elektrisches energieversorgungsnetz und verfahren zum regeln eines solchen stromaggregats

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004003607B4 (de) 2009-01-29
DE102004003607A1 (de) 2005-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008017164B3 (de) Vorrichtung zum Steuern einer Abgasturboaufladung eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
EP1440231B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines elektrisch betriebenen laders
DE602004000194T2 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit elektrisch unterstütztem Turbolader
EP1586756B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
WO2010066452A1 (de) Verfahren zur steuerung der leistungsübertragung in einem antriebsstrang und antriebsstrang
EP1375858B1 (de) Verfahren zur Regelung einer Verbrennungsmaschine mit einer gasdynamischen Druckwellenmaschine
DE102010043897B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
WO2013159899A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer brennkraftmaschine mit aufladung und abgasrückführung
DE102015216261A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Stellgröße für einen Ladersteller einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung
DE102022110807A1 (de) Motorsystem mit elektrifizierten luftsystemkomponenten zum managen von stickoxidemissionen bei einem arbeitsfahrzeug
EP3594480B1 (de) Verfahren zur steuerung eines aufladungssystems
DE102004003378B4 (de) Regelungs- und Steuerungsvorrichtung und Regelungs- und Steuerungsverfahren für einen mehrstufigen Turbolader
WO2005071241A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines elektrisch angetriebenen verdichters einer verbrennungskraftmaschine
DE102006062213B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Aufladeeinrichtung eines Verbrennungsmotors im Aufladebetrieb
DE102019215310A1 (de) Verfahren zur Steuerung eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers
EP3656994B1 (de) Verfahren zur steuerung eines aufladungssystems
DE102014210026A1 (de) Verfahren und Steuerung zum Steuern eines Aufladungssystems für eine Verbrennungskraftmaschine
EP1672203B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Motorsteuerung bei einem Kraftfahrzeug
DE10234719B3 (de) Verfahren zur Füllungsregelung einer Brennkraftmaschine
DE102009014533A1 (de) Steuerungseinrichtung und Verfahren zum Steuern eines Turboladers bzw. einer mit dem Turbolader verbundenen Brennkraftmaschine
WO2019233714A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine sowie entsprechende brennkraftmaschine
DE102018213641A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Ladedruckregelung
DE102017213068A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Ladedrucks für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor
EP1375859B1 (de) Verfahren zur Regelung einer Verbrennungsmaschine mit einer Gasdynamischen Druckwellenmaschine
DE102018220661A1 (de) Verfahren zum Regeln des Öffnungszustandes einer Abgasklappe

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase