Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer VerbrennungskraftmaschineMethod and device for controlling an electrically driven compressor of an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Verdichters einer Verbrennungskraftmaschine.The present invention relates to a method and a device for controlling an electrically driven compressor of an internal combustion engine.
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.According to the prior art, 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.
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.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.
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.To cover even the low speed range of an internal combustion engine, the use of an electrically driven charger has therefore been proposed. Known solutions for controlling an electrically driven charger or an e-compressor work with characteristic fields. Various variables from the engine control flow into these characteristic curve fields, the characteristic curve fields having to be created and / or applied in complex tests since they are based essentially on empirical approaches. Since it is hardly possible in principle to determine a characteristic field on the basis of tests for each individual operating point, operating points are generally determined on the basis of approximation methods. This can ensure optimal operation of an electric charger with an internal combustion engine, however, can only be achieved in a very rough approximation.
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.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a corresponding device which are less in terms of their development effort and more reliable in relation to the setting of efficiency-optimal operating points of electrical compressors.
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 .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.
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 an embodiment of the invention, as an extension of the input parameter set, 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.
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.In a preferred embodiment of the invention, 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. In a further development, as 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.
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 the context of this description, the present invention is illustrated essentially against the background of use in the motor vehicle industry. Applications outside of this sector are, however, expressly not ruled out, since an inventive method and a corresponding device can be used for all internal combustion engines.
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.In embodiments of the invention, a combination of an inventive controlled or regulated electrical ¬ rule loader is reacted with an exhaust gas turbocharger. Furthermore, in one embodiment, specifications from an exhaust gas treatment system, for example from a λ 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.
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:Further advantages of a method according to the invention and a device for implementing a method according to the invention are described in more detail below with reference to the illustration of exemplary embodiments with reference to the drawing. In schematic representation they show:
Figur 1 : eine Übersicht über eine Vorrichtung zur Aufladung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem elektri-
sehen Lader und eines Bypass-Kanals mit Verschluss- Klappe;FIG. 1: an overview of a device for charging an internal combustion engine with an electrical see loader and a bypass channel with flap;
Figur 2: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines erfin- dungsgemäßen Modells;FIG. 2: a flowchart to illustrate a model according to the invention;
Figur 3: ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Errechnung eines Soll-Betriebspunktes als Block A von Figur 2;Figure 3 is a diagram showing the method for calculating a target operating point as block A of Figure 2;
Figur 4: ein Flussdiagramm zur Darstellung der Modellierung eines Verdichters als Block B von Figur 2;FIG. 4: a flowchart to illustrate the modeling of a compressor as block B of FIG. 2;
Figur 5: eine Systemübersicht zur Darstellung eines Ausfüh- rungsbeispiels .FIG. 5: a system overview to illustrate an exemplary embodiment.
In den einzelnen Darstellungen der Zeichnung erhalten gleiche Bestandteile, Komponenten, Größen und Verfahrensschritte durchgängig die gleichen Bezeichnungen.In the individual representations of the drawing, the same components, components, sizes and process steps are given the same designations throughout.
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.In a device 1 according to FIG. 1, 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. After the combustion of the fresh gas mixture in the internal combustion engine, 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.
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.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. According to the invention, 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. In contrast to methods according to the prior art, 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. As a result, 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. In the opposite case, deactivation only occurs when the available power of the internal combustion engine 7 is sufficient to correspond to a current driver request.
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.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.
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:With reference to the figures in 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:
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 . EinigeThe 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. Some
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.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.
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.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.
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 DruckquotientenThe 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. Using the density, 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 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: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:
1 PL =mL -ΔhL 1 P L = m L -Δh L
Verdichterleistung Luftmassenstrom durch Verdichter Enthalpiedifferenz ηL Verdichterwirkungsgrad c pL spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck K Adiabatenexponent Compressor output air mass flow through compressor enthalpy difference η L compressor efficiency c pL specific heat capacity at constant pressure K adiabatic exponent
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.The term 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.
Der Term im Kennfeld IP_FAC_POW_CHA_2 abge
legt .The term entered in the map IP_FAC_POW_CHA_2 sets.
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.With this simplification, 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.
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.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. On the basis of the interfaces defined according to the invention, 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.
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.There are two fundamentally different approaches when modeling a system: forward modeling and backward modeling or inverse modeling. In the case of forward modeling, actual states to be expected are modeled on the basis of control values. In the case of an inverse model, a desired default value is specified at the output and an input value or input vector is determined on the basis of the model. When using an inverse model, it is possible to check the feasibility of the desired default values at the output by comparing a recalculated input value. 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.
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.In the inverse e-compressor model, 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. If, after the control device 11 has been determined, the rotational speed of the internal combustion engine 7 is so high that the electric compressor 3 can no longer increase the pressure, the bypass flap in the bypass path 4 of the electric compressor 3 becomes opened by means of the control device 12 for the bypass flap and the electric motor of the compressor 3 switched off. Bit LV_BYP_ENA, which is shown in FIG. 5, is used for this.
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.
In the case which is not shown graphically and which also has a forward-looking e-compressor model, 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.