Die
Veröffentlichung
der WO 98/54449 offenbart ein Turboladersystem für einen Verbrennungsmotor,
bei dem ein motorangetriebener Kompressor zusätzlich zu dem Turbolader verwendet
wird. Der motorangetriebene Kompressor wird über eine Motorregelungseinheit
in Abhängigkeit
von Signalen geregelt, die von Sensoren aufgenommen werden, welche
an dem Verbrennungsmotor agieren, um Signale hinsichtlich der Motordrehzahl,
der Drosselstellung sowie eine angeforderte Motorbeschleunigung
und Motorlast bereitzustellen. Diese Veröffentlichung offenbart ebenso
die Verwendung eines elektrischen Motors, um die Funktion des Turboladerkompressors zu
verbessern.
Die
Veröffentlichung
der WO 02/10580 offenbart einen elektrisch geregelten Vorverdichter
zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere zur Verwendung
in einem Auto. Der Kompressor wird über einen Vorverdichtermotor
angetrieben, der durch die Autobatterie mit Energie beaufschlagt
und über
eine Motorregelungseinheit geregelt wird, die eine Motordrehmomentanforderung
anhand verschiedener Eingangssignale berechnet, welche indikativ
für Betriebsparameter
des Motors und des Kraftfahrzeugs sind, beispielsweise die Motordrehzahl
und die Stellung des Gaspedals. Basierend auf diesen Parametern
stellt die Motorregelungseinheit eine Anzahl von Ausgangssignalen
bereit, um u.a. den Vorverdichter zu regeln. Die Motorregelungseinheit
regelt ebenso die Kraftstoffmenge, die an den Motor abgegeben wird.
Dieser
Kompressor aus dem Stand der Technik wird durch die Motorregelungseinheit
geregelt, die zur Regelung der gesamten Funktion des Motors verwendet
wird. Normalerweise sensiert die Motorregelungseinheit, dass der
Luftdruck erhöht
werden sollte und ordnet eine entsprechende Zunahme der Motordrehzahl
des elektrischen Motors an, der den Kompressor antreibt. Dadurch
ergeben sich gewisse Schwierigkeiten, da der durch eine gewisse
Zunahme der Motordrehzahl resultierende Druck mit dem Wert der Motordrehzahl,
dem Umgebungsluftdruck etc. variiert. Auf diese Weise ergibt sich
eine eher ungenaue Regelung des Kompressors und sie muss in jedem
Fall auf Versuchswerten gestützt
werden, was wiederum bedeutet, dass dann, wenn eine erhöhte Kompression
erforderlich ist, eine Zunahme der Motordrehzahl angeordnet wird,
das Ergebnis sodann ausgewertet wird und die Motordrehzahl möglicherweise
erneut anhand des Ergebnisses eingestellt werden muss.
Die
Kompressoren aus dem Stand der Technik benötigen ebenso ihr eigenes Regelungssystem für jeden
Autotyp.
Um
eine hinreichende Kühlung
des Kompressors sicherzustellen, wird dieser in die Nähe des Lufteinlasses
angeordnet, d.h. relativ weit vom Motor entfernt. Andererseits würden die
in dem Kompressor entstehenden hohen Temperaturen zusammen mit dem
hohen Druck die Funktion des Kompressors einschränken.
Aufgabe der Erfindung
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genauere Regelung
der Kompressorfunktion zu ermöglichen.
Zusammenfassung
der Erfindung
Diese
wird erfindungsgemäß durch
eine Regelungseinheit erzielt zum Regeln eines mit einem Verbrennungsmotor
verbundenen Vorverdichtersystems zum Bereitstellen eines höheren Luftdrucks
in dem Lufteinlass zum Motor, wobei der Motor durch ein Motorregelungsmodul
geregelt wird und die Regelungseinheit derart angeordnet ist, dass
sie ein Regelungssignal von dem Motorregelungsmodul erhält, welches
einen erwünschten
Lufteinlassdruck zum Motor anzeigt, und ein Drucksignal von dem
Vorverdichtersystem erhält,
das einen momentanen Luftdruck, der in dem Vorverdichtersystem erzeugt
wurde, darstellt, und dass sie die Funktion des Vorverdichtersystems
in Abhängigkeit
des Regelungssignals und des mindestens einen Luftdrucksignals regelt.
Die
Aufgabe wird ebenso durch ein Vorverdichtersystem gelöst, das
mindestens einen Vorverdichter zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor
zum Erhöhen
eines Lufteinlassdruckes in dem Lufteinlass zum Motor aufweist,
wobei der Motor durch ein Motorregelungsmodul geregelt wird, und das
dadurch gekennzeichnet ist, dass das Vorverdichtersystem durch eine
Regelungseinheit regelbar ist, die derart angeordnet ist, dass sie
von dem Motorregelungsmodul ein Regelungssignal erhält, das einen
gewünschten
Druck in dem Lufteinlass zum Motor anzeigt, und dass das Vorverdichtersystem derart
angeordnet ist, dass es an die Regelungseinheit mindestens ein Drucksignal
weiterleitet, das einen momentanen Luftdruck in dem Vorverdichtersystem
anzeigt.
Die
Aufgabe wird ebenso gelöst
durch ein Verfahren zum Regeln eines Vorverdichtersystems zur Verwendung
mit einem Verbrennungsmotor, um einen höheren Luftdruck in dem Lufteinlass
zum Motor vorzusehen, wobei der Motor durch ein Motorregelungsmodul
geregelt wird, und wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte
gekennzeichnet ist:
Empfangen eines Regelungssignals von dem
Motorregelungsmodul in einer Regelungseinheit, das einen erwünschten
Luftdruck in dem Lufteinlass des Verbrennungsmotors anzeigt;
Empfangen
von mindestens einem Luftdrucksignal von dem Vorverdichtersystem
in der Regelungseinheit, das einen momentanen Luftdruck in dem Vorverdichtersystem
darstellt, und
Regeln des Vorverdichtersystems in Abhängigkeit des
Regelungssignals und des Luftdrucksignals.
Die
Aufgabe wird ebenso gelöst
durch ein Kraftfahrzeug, das eine solche Regelungseinheit und ein
Vorverdichtersystem aufweist.
Die
erfindungsgemäße Anordnung
ermöglicht
die Regelung des Kompressors in bezug auf den Luftdruck, anstelle
der Motordrehzahl des elektrischen Motors, der den Kompressor antreibt.
Im Vergleich zum Stand der Technik wird dadurch eine genauere und
schnellere Regelung ermöglicht.
Gleichzeitig
ermöglicht
die Verteilung der Regelungsfunktionen an Regelungseinheiten, die den
geregelten Einheiten näher
liegen, und die Verbindung mit dem Motorregelungsmodul die Installation
des Kompressors, ohne dass große
Modifikationen an dem Motorregelungsmodul notwendig sind. Auf diese
Weise sieht die Erfindung eine flexible Kompressoreinheit vor, die
in jedem Autotyp installiert werden kann, ohne dass eine signifikante
Modifikation des Regelungssystems, welches bereits in dem Auto vorhanden
ist, notwendig ist.
Die
Erfindung reduziert ebenso die Kommunikation zwischen dem Motorregelungsmodul
und den Einheiten, die dem Kompressor zugeordnet sind, wodurch die
EMC verringert wird.
Lösungen aus
dem Stand der Technik zur Verringerung der Emissionen des Motors
erhöhen stattdessen
im Allgemeinen den Kraftstoffverbrauch. Die Erfindung sieht eine
kosteneffiziente Lösung
dieses Problems dahingehend vor, dass sie die Verringerung der Partikelemission
ohne Zunahme des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht. Die Rückmeldung von
dem e-Kompressor zur Regelungseinheit ermöglicht ebenso die Überwachung
der Funktion des e-Kompressors, so dass jegliche Funktionsstörung nicht
unbemerkt bleibt. Im Hinblick auf ein effizientes Anspringen des
Katalysators, das heißt
ein schnellstmögliches
Starten des Katalysators, kann der elektrisch geregelte Kompressor
dazu verwendet werden, zusätzlichen
Sauerstoff dem Abgaskrümmer
zuzuführen.
Der Überschuss
an zugeführtem
Sauerstoff und Kraftstoff verbrennt anschließend, um den Katalysator nach
dem Start des Verbrennungsmotors aufzuwärmen. Die Verwendung des e-Kompressors zum
Zuführen
dieser Luft beseitigt den Bedarf für eine dafür bestimmte Luftpumpe.
Das
Vorverdichtersystem kann einen von einem elektrischen Motor angetriebenen,
elektrisch geregelten Kompressor, einen Turbolader oder beides aufweisen.
Falls ein Turbolader stromaufwärts
des elektrisch geregelten Kompressors vorgesehen wird, wird ein
Ladeluftkühler
vorzugsweise zwischen dem Turbolader und dem elektrisch geregelten
Kompressor angeordnet. Alternativ kann der Ladeluftkühler stromabwärts des
e-Kompressors angeordnet sein. Es ist ebenso möglich, wenngleich auch schlechter realisierbar,
auf einen Ladeluftkühler
zu verzichten.
Das
Drucksignal weist vorzugsweise mindestens ein Druckdifferenzsignal
auf, das eine Druckdifferenz in dem Vorverdichtersystem anzeigt,
beispielsweise die Druckdifferenz, die in dem elektrisch geregelten
Kompressor erzeugt wird.
Alternativ
oder zusätzlich
zu diesem kann das Drucksignal mindestens ein absolutes Drucksignal
aufweisen, das den absoluten Druck in einem Teil des Vorverdichtersystems
anzeigt, zum Beispiel den Auslassdruck von dem Turbolader. Dies
ist besonders nützlich,
wenn das Vorverdichtersystem sowohl einen Turbolader als auch einen
elektrisch geregelten Kompressor aufweist. Die Kenntnis des Auslassdruckes
von dem Turbolader und der Druckdifferenz in dem elektrisch geregelten
Kompressor ermöglicht so,
dass die Regelungseinheit das Vorverdichtersystem regelt, welches
einen Turbolader und einen elektrisch geregelten Kompressor als
eine Einheit aufweist, und so die Leistungsfähigkeit optimiert wird.
Bei
einer Ausführungsform
weist die Regelungseinheit ferner ein Mittel zum Empfangen von mindestens
einem Temperatursignal von dem Vorverdichtersystem auf, das die
Temperatur in einem Teil des Vorverdichtersystems anzeigt. Die Überwachung
der Temperatur kann dahingehend nützlich sein, um die volle Funktionstüchtigkeit
des Vorverdichtersystems sicherzustellen. Insbesondere ermöglicht die Überwachung
der Temperatur in dem Lufteinlass des Turboladers zusammen mit dem
Auslassdruck des Turboladers eine Bestimmung der Drehgeschwindigkeit
der Turbine durch die Regelungseinheit.
Die
Regelungseinheit kann ebenso derart angeordnet sein, dass sie von
einer Batterieregelungseinheit Batteriezustandsinformationen über den Zustand
einer Batterie, die zur Energiebeaufschiagung des Vorverdichtersystems
verwendet wird, erhält
und die Funktion des Vorverdichtersystems in Abhängigkeit der Batteriezustandsinformation
regelt. Auf diese Weise wird ein verteiltes Regelungssystem zum
Regeln mehrerer Teile des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das verteilte
Regelsystem kann ebenso durch Regelungseinheiten für andere
Teile des Motorssystems, beispielsweise der Lichtmaschine, ergänzt werden.
Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
des elektrisch geregelten Kompressors weist ferner ein Führungsmittel
auf, um austretende Luft, die von dem elektrisch geregelten Kompressor
in Richtung des elektrischen Motors verläuft, von dem elektrischen Motor
weg zu führen.
Auf diese Weise wird heiße
austretende Luft, die entlang der Antriebswelle zwischen dem elektrisch
geregelten Kompressor und dem elektrischen Motor aufgrund des Druckdifferentials
verläuft,
von dem elektrischen Motor weggeführt. Diese heiße austretende
Luft, falls sie durch das Kugellager und in den Motor verläuft, würde das
Fett in dem Kugellager zum Schmelzen bringen und dieses beschädigen. Die
Wärme könnte ebenso
die magnetischen Eigenschaften des elektrischen Motors zerstören.
Bei
einer Ausführungsform
weist das Führungsmittel
mindestens zwei Dichtringe auf, um die Durchführung zwischen dem elektrisch
geregelten Kompressor und dem elektrischen Motor und eine Durchführung abzudichten,
die es ermöglicht,
dass die austretende Luft zwischen den beiden Dichtringen von dem
elektrischen Motor wegverlaufen kann.
Das
Führungsmittel
weist vorzugsweise einen Schlauch auf zum Führen der austretenden Luft zu
dem Lufteinlass des Vorverdichtersystems. Dadurch wird ein Fehler bei
der Messung des gesamten Massenstroms vermieden, der den Wirkungsgrad
der Verbrennung verringern kann.
Die
Ausführungsform
des elektrische geregelten Kompressors, die das Führungsmittel
aufweist, könnte
ebenso separat ohne die Regelungseinheit verwendet werden. In diesem
Fall würde
sie nicht notwendigerweise die Funktionen zur Übermittlung des Druckes und/oder
der Temperatur aufweisen.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
Die
vorliegende Erfindung wird im Anschluss im Detail unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, von denen:
1 schematisch einen Motor
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, der einen damit verbundenen elektrisch geregelten
Kompressor aufweist;
2 schematisch einen Motor
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, der sowohl einen Turbolader und einen damit
verbundenen elektrisch geregelten Kompressor aufweist;
3 einen Kompressor darstellt,
der im Vergleich zu den Kompressoren aus dem Stand der Technik weiter
stromabwärts
in dem Lufteinlass angeordnet werden kann.
Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
1 stellt schematisch die
Funktion eines elektrisch geregelten Kompressors gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Einem Verbrennungsmotor 1 wird Luft oder
ein Luft-Kraftstoff-Gemisch über einen Einlass 3 zugeführt, wie
es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine Motorregelungseinheit 5 regelt die
Funktion des Motors 1. Zu diesem Zweck erhält die Motorregelungseinheit
verschiedene Eingangssignale, welche die Betriebsparameter des Motors
und des Kraftfahrzeugs anzeigen, beispielsweise die Motordrehzahl
und die Position des Gaspedals. Ein elektrisch geregelter Vorverdichter 7,
hier als e-Kompressor bezeichnet, ist mit dem Motor 1 verbunden. Es
gibt einen Lufteinlass zu dem e-Kompressor über einen Luftfilter, wie es
aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der e-Kompressor 7 wird
durch einen elektrischen Motor 9 angetrieben, der durch
eine Batterie 11 mit Energie beaufschlagt wird. Die Batterie
wird vorzugsweise, aber nicht notwendig, über eine von dem Motor 1 angetriebene Lichtmaschine 13 aufgeladen.
Die Batterie kann die gleiche Batterie sein, die zum Starten, Beleuchten
und Zünden
des Kraftfahrzeuges verwendet wird. Sie ist aber vorzugsweise eine
separate Batterie, die so ausgestaltet ist, dass sie die Erfordernisse
des e-Kompressors erfüllt,
welcher einen sehr großen
Strom verglichen mit den anderen Funktionen des Kraftfahrzeugs benötigt. Vorzugsweise
sollte die für
den e-Kompressor
verwendete Batterie eine Spannung von mindestens 24V bereitstellen.
Erfindungsgemäß ist eine
Motorregelungseinheit 15 vorgesehen. Die Motorregelungseinheit 15 weist
einen Mikroprozessor zur Regelung des elektrischen Motors 9 auf,
der ebenso Regelungssignale von dem Motorregelungsmodul 5 erhält. Soll
der Druck der Einlassluft zu dem Motor 1 erhöht werden, ordnet
das Motorregelungsmodul 5 an, dass die Motorregelungseinheit
dies erledigen soll. Die Motorregelungseinheit 15 erhält ein Rückkopplungssignal von
dem e-Kompressor 7, das die Druckdifferenz in dem e-Kompressor
anzeigt. Alternativ können
Drucksensoren den Einlassdruck zu bzw. den Auslassdruck von dem
e-Kompressor oder lediglich den Auslassdruck anzeigen. Auf diese
Weise kann die Motorregelungseinheit 15 den e-Kompressor in direkter Abhängigkeit
von dem sensierten Druck zu einem beliebigen Zeitpunkt regeln. Die
Motorregelungseinheit 15 weiß ebenso, wenn ein von dem
Motorregelungsmodul 5 angeforderter Druck von dem e-Kompressor abgegeben
werden kann. Das Motorregelungsmodul 5 erhält ebenso
Rückkopplungssignale
von der Motorregeiungseinheit 15, beispielsweise in bezug
auf die Motordrehzahl des elektrischen Motors 9. Auf diese
Weise kann das Motorregelungsmodul 5 die gesamte Funktion
des Kompressors 7 und des Motors 9 sowie der Motorregelungseinheit 15 überwachen.
Gemäß der Erfindung
ist vorzugsweise ebenso eine Batterieregelungseinheit 17 vorgesehen.
Die Batterieregelungseinheit 17 regelt das Aufladen und
Entladen der Batterie 11 und wird ebenso von dem Motorregelungsmodul 5 geregelt.
Das Motorregelungsmodul kann ebenso dazu verwendet werden, mehrere
Batterien und Kondensatorgruppen mit unterschiedlicher Kapazität und Spannung
zu regeln. Die Batterieregelungseinheit 17 regelt vorzugsweise
das Aufladen und Entladen der Batterien und der Kondensatorgruppen.
Der Energieverbrauch wird zwischen den verschiedenen Batterien verändert, um sämtliche
plattformkritischen Funktionen am Leben zu erhalten und eine hohe
Lebensdauer der Batterien zu gewährleisten.
Die verschiedenen Batterien können
anschließend
dazu verwendet werden, sämtliche plattformkritischen
Funktionen am Leben zu erhalten und eine lange Lebensdauer der Batterien
zu gewährleisten.
Alternativ
könnte
der elektrische Motor 9 direkt von der Lichtmaschine 13 mit
Energie beaufschlagt werden. Um den erwünschten Wirkungsgrad zu erreichen,
sollte die Versorgungsspannung an dem elektrischen Motor 9 vorzugsweise
24 Volt betragen, während
die Lichtmaschine 12 Volt bereitstellt. Dies kann durch
Hinzufügen
einer weiteren Wicklung in der Lichtmaschine behoben werden, die dann
so ausgebildet ist, dass sie eine 24 Volt Spannung bereitstellt.
2, in der gleiche Bauteile
mit den gleichen Bezugszeichen wie in der 1 bezeichnet sind, zeigt einen Verbrennungsmotor 1 ähnlich demjenigen
der 1. Wie in 1 wird der Motor 1 von einem
Motorregelungsmodul 5 geregelt, und ein von einem elektrischen
Motor 9 angetriebener Vorverdichter 7 wird durch
eine Motorregeleinheit 15 geregelt, die ähnlich derjenigen
in 1 ist. Eine Batterie 11,
die von einer Batterieregelungseinheit 17 geregelt wird,
beaufschiagt den e-Kompressor 7 mit Energie, oder der e-Kompressor
kann von der Lichtmaschine, wie in Verbindung mit der 1 erörtert wurde, mit Energie beaufschlagt
werden.
In 2 ist ebenso ein Turbolader 19 vorhanden,
der eine Turbine 21 und einen Kompressor 23 aufweist.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist wird die Turbine 21 durch
die Abgase von dem Motorauslass angetrieben. Der Auslass mit komprimierter
Luft von dem Kompressor 23 wird dem e-Kompressor 7 über einen
Ladeluftkühler 25 zugeführt. Es gibt
einen Lufteinlass zu dem Kompressor 23 über einen Luftfilter 26,
wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. In 2 regelt die Regelungseinheit 15 sowohl
den e-Kompressor 7 als auch den Turbolader 19.
Es
wäre möglich, lediglich
den e-Kompressor zu regeln. Der Drucksensor oder die Sensoren bei
dieser Ausführungsform
können
die gleichen Signale vorsehen, wie sie in Verbindung mit der 1 erörtert wurden.
Die
Regelungseinheit 15 kann ebenso dazu verwendet werden,
lediglich einen Turbolader zu regeln, falls kein e-Kompressor vorhanden
ist. Falls das Vorverdichtersystem sowohl einen Turbolader als auch
einen e-Kompressor aufweist, kann die gleiche Regelungseinheit verwendet
werden, um sowohl den Turbolader als auch den e-Kompressor, oder lediglich einen der
beiden, zu regeln. Alternativ könnten separate
Regelungseinheiten für
den Turbolader und den e-Kompressor verwendet werden. Die den größten Vorteil
bietende Lösung
würde,
wie in 2 gezeigt ist,
darin bestehen, dass eine Regelungseinheit das gesamte Vorverdichtersystem
regelt, einschließlich
des Turboladers als auch des e-Kompressors, falls beide vorhanden
sind.
In
dem letzteren Fall sollte die Regelungseinheit vorzugsweise Drucksignale
sowohl von dem Turbolader als auch von dem e-Kompressor erhalten, um
so Informationen darüber
zu besitzen, was von jedem Vorverdichter zu jedem beliebigen Zeitpunkt
erzielt werden kann. Vorzugsweise sollte der Auslassdruck von dem
Turbolader und die Druckdifferenz in dem e-Kompressor an die Regelungseinheit
weitergeleitet werden.
Jeder
der Vorverdichter 7, 19 könnte ebenso die Temperatur
der in dem Vorverdichter befindlichen Luft an die Regelungseinheit 15 weiterleiten.
Die Information über
die Temperatur der Luft in dem Lufteinlass zu dem Turbolader 19 ist
besonders dahingehend nützlich,
da sie in Verbindung mit dem Auslassdruck von dem Turbolader es
der Regelungseinheit ermöglicht,
die Drehgeschwindigkeit der Turbine zu bestimmen.
Als
eine Alternative zu dem in 2 gezeigten
Aufbau kann der Ladekühler
stromabwärts
des e-Kompressors angeordnet werden, so dass die von dem Kompressor 23 ausgegebene
komprimierter Luft direkt dem e-Kompressor 7 zugeführt wird.
Eine Abgasrückführung kann
von dem Auslass des Motors zum Krümmereinlass auf eine aus dem
Stand der Technik bekannte Weise vorgesehen werden.
Bei
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen findet die Kommunikation
zwischen dem Motorregelungsmodul 5 und der Motorregelungseinheit 15 sowie
zwischen dem Motorregelungsmodul 5 und der Batterieregelungseinheit 17 vorzugsweise
auf einem Datenbus statt, der herkömmlich für die Kommunikation in Automotoren
verwendet wird, beispielsweise ein CAN-Bus. Dieser sieht eine standardisierte
Schnittstelle zwischen den Regelungseinheiten 15, 17 und
dem Motorregelungsmodul 5 vor. Deshalb ist das Vorverdichtersystem
der Erfindung unabhängig
vom Autotyp. Das Vorverdichtersystem kann den Vorverdichter 7,
den elektrischen Motor 9 und die Motorregelungseinheit 15, wie
in 1 gezeigt, aufweisen.
Das Vorverdichtersystem kann ebenso den Turbolader 19 und
die Motorregelungseinheit 15 aufweisen. In dem Fall, in
dem sowohl ein Turbolader als auch ein e-Kompressor vorhanden ist,
können
diese ebenso von zwei unterschiedlichen Regelungseinheiten geregelt
werden, oder es kann lediglich eine von diesen geregelt werden.
Es ist allerdings vorteilhaft, wenn eine Regelungseinheit das gesamte
Vorverdichtersystem regelt.
Das
Gleiche gilt für
die Batterieregelungseinheit 17, die jede der Batterien
und der Kondensatoren, die von dieser geregelt werden, genauestens überwachen.
Andere verteilte Regelungseinheiten können ebenso vorgesehen sein,
von denen jede für Regelungsfunktionen
in der Nähe
eines Bauteils des Autos verantwortlich ist, beispielsweise zum
Regeln der Funktion der Lichtmaschine.
Falls
zum Beispiel ein elektrischer Motor dazu verwendet wird, die Funktion
des Turboladers zu verbessern, so wie es in der Veröffentlichung
der WO 98/54449 beschrieben ist, könnte die Regelungseinheit 15 oder
eine separate Regelungseinheit dazu verwendet werden, die Funktion
des elektrischen Motors zu regeln.
Die
Arbeitsweise ist wie folgt, falls das von der Regelungseinheit geregelte
Vorverdichtersystem lediglich einen elektrisch geregelten Kompressor
aufweist:
Das Motorregelungsmodul 5 registriert den
Druck in dem Einlasskrümmer 3 des
Verbrennungsmotors 1. Das Motorregelungsmodul 5 erhält ebenso
Informationen darüber,
wie weit das Gaspedal des Autos niedergedrückt ist, sowie über die
Motordrehzahl und berechnet, basierend darauf, einen erwünschten Wert
für den
Einlassluftdruck in dem Einlasskrümmer. Diese beiden ersten Schritte
werden gemäß dem Stand
der Technik ausgeführt.
Falls der Einlassluftdruck geringer als der erwünschte Wert ist, sendet das
Motorregelungsmodul 5 ein Signal an die Motorregeleinheit 15,
das den erwünschten
Druck anzeigt. Die Motorregelungseinheit 15 regelt den
elektrischen Motor 9, um eine bestimmte Leistung an den
e-Kompressor 7 abzugeben. Der e-Kompressor 7 registriert den
Luftdruck an seinem Einlass und seinem Auslass und leitet diese
Werte an die Motorregelungseinheit 15 weiter. Alternativ
wird lediglich die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass
des Kompressors weitergeleitet. In einer vereinfachten Version registriert
der e-Kompressor 7 lediglich den Auslassluftdruck und leitet
diesen an die Motorregelungseinheit 15 weiter. Die Motorregelungseinheit 15 kann
anschließend
die Leistung regeln, die von dem elektrischen Motor 9 in
Abhängigkeit
der Beziehung zwischen dem erwünschten
Luftdruck, wie er von dem Motorregelungsmodul 5 angezeigt
wurde, und dem eigentlichen Luftdruck, wie er von dem e-Kompressor 7 weitergeleitet
wurde, abgegeben wird. Dadurch wird der Druck in dem e-Kompressor 7 und
so der Lufteinlassdruck zu dem Verbrennungsmotor 1 in Abhängigkeit
des tatsächlichen
momentanen Druckes in dem e-Kompressor
von der Motorregelungseinheit 15 geregelt.
Falls
das Vorverdichtersystem lediglich einen Turbolader aufweist, regelt
die Regelungseinheit den Turbolader auf ähnliche Weise, wie oben beschrieben,
indem die Ladedruck-Reglereinheit des Turboladers geregelt wird.
Die herkömmlichste
Art von Ladedruckregelungen geschieht durch Veränderung des Ladedruckregelventils
oder der variablen Turbinengeometrie.
Falls
das Vorverdichtersystem sowohl einen Turbolader als auch einen e-Kompressor
aufweist, so ist der e-Kompressor vorzugsweise stromabwärts des
Turboladers angeschlossen, wie in 2 gezeigt ist.
In diesem Fall, falls die Regelungseinheit eine Anzeige von dem
Turbolader über
den absoluten Auslassdruck von dem Turbolader und über die
Druckdifferenz des e-Kompressors erhält, so ist sie im Besitz der
gesamten Information über
das Vorverdichtersystem und kann das Vorverdichtersystem im Hinblick auf
eine optimale Leistungsfähigkeit
regeln.
3 ist eine Querschnittsansicht
des Aufbaus des e-Kompressors, der es ermöglicht, den e-Kompressor stromabwärts des
Ladeluftkühlers
anzuordnen, wie in 2 gezeigt
ist. Es ist vorteilhaft, den e-Kompressor in dem Lufteinlassfluss
so nah wie möglich
an den Einlasskrümmer
anzuordnen, da dadurch eine direktere Regelung des Lufteinlassdruckes
zu dem Motor ermöglicht
wird. Die in der Turbine erzeugte Energie wird dadurch ebenso auf
effizientere Weise verwendet, und zwar verglichen mit einer Lösung, in
der sich der e-Kompressor stromaufwärts in dem Lufteinlassfluss
befindet, das heißt
in der Nähe
des Luftfilters, so wie es in der Veröffentlichung der WO 02/10580
offenbart ist.
Mit
herkömmlichen
e-Kompressoren, beispielsweise demjenigen, der in der Veröffentlichung der
WO 02/10580 offenbart ist, sollte die Temperatur und der Druck der
Luft relativ niedrig gehalten werden. Mit einem herkömmlichen
e-Kompressor tritt ein Teil der Luft, die durch den e-Kompressor
verläuft, aus
dem e-Kompressor entlang der Antriebswelle aus, die den e-Kompressor
mit der Motorantriebseinheit verbindet. Die Luft gelangt durch das
Lagerelement, und ein Teil der Luft erreicht den elektrischen Motor.
Dies sollte durch Begrenzen des Druckes eingeschränkt werden.
Falls die austretende Luft zu heiß ist, verflüssigt sich
das Fett des Lagerelements, was zu einer Beschädigung des Lagerelements führt. Die
Wärme kann
selbst die magnetischen Bauteile des elektrischen Motors zerstören, so
dass der Motor seine Funktion aufgibt. Deshalb muss ein e-Kompressor,
wie derjenige, der in der Veröffentlichung
der WO 02/10580 beschrieben ist, stromaufwärts des Turboladerkompressors
in der Nähe
des Lufteinlassfilters angeordnet werden, um so nicht zerstört zu werden.
In der Nähe
des Lufteinlassfilters beträgt
der Druck nahezu eine Atmosphäre
und die Temperatur der Luft ist gleich der der Umgebung. Stromabwärts des
Turboladers kann der Luftdruck normalerweise ungefähr drei
Atmosphären
und die Temperatur kann 120°C
betragen.
Bei
dem in der 3 gezeigten
e-Kompressor sowie bei herkömmlichen
e-Kompressoren tritt ein
Teil der in dem e-Kompressor unter Druck gesetzten Luft entlang
der Antriebswelle zu dem Kugellager hin aus. Dies wird gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung durch einen e-Kompressor vermieden, der so ausgestaltet
ist, wie in 3 gezeigt
ist.
Der
in 3 gezeigte Kompressor
weist eine Kompressoreinheit 31 mit einem Lufteinlass 32 zum Aufnehmen
der eintretenden Luft auf. In der in 1 gezeigten
Situation wird die Luft lediglich durch den Luftfilter von dem Lufteinlass
aufgenommen, In der in 2 gezeigten
Situation wird die Luft von dem Ladeluftkühler 25 aufgenommen.
Die Flussrichtung der Luft durch den Kompressor ist durch durchgezogene Pfeile
angedeutet. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, weist der
Kompressor ebenso ein Kompressorrad 33 und einen Luftauslass 34 zum
Zuführen
komprimierter Luft zu dem Einlasskrümmer des Motors auf. Der Kompressor
wird durch einen elektrischen Motor 35 über eine Motorwelle 36 angetrieben. Zwischen
dem Kompressor 1 und dem Motor 35 ist um die Welle 36 eine
Kompressorabdichtplatte 37 zum Abdichten des Kompressors
benachbart der Kompressoreinheit 31 angeordnet, und eine
Motorfrontabdichtplatte 38 ist benachbart dem elektrischen Motor 35 angeordnet.
Ein Kugellager 39, oder ein andersartiges Lagerelement,
ist zwischen der Antriebswelle 36 und der Motorfrontabdichtplatte 38 auf
eine aus dem Stand der Technik bekannte Weise angeordnet.
Wie
durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist, strömt die Luft
von dem Kompressor 31 in den zwischen der Welle 36 und
der Kompressorabdichtplatte 37 gebildeten Kanal. Bei einer
herkömmlichen Kompressoreinheit
würde diese
Luft durch den Kanal strömen,
der zwischen der Welle 36 und der Motorfrontabdichtplatte 38 gebildet
ist. Um diesen Austritt zu vermeiden, ist die Welle mit einer sich
drehenden Dichtmanschette 40 versehen, die eine ersten
und eine zweite Nut besitzt, um einen um die Welle 36 vorgesehenen
ersten und einen zweiten Abdichtring 41, 42 aufzunehmen.
Zwischen diesen Abdichtringen 41, 42 ist eine
Luftaustrittsdurchführung 43 vorgesehen,
durch die die austretende Luft von dem Kompressor weggeführt werden
kann und auf diese Weise niemals das Kugellager 39 und
die elektrische Motoreinheit 35 erreicht. Die Abdichtringe
bei dieser Ausführungsform
entsprechen Labyrinthabdichtringen.
Wie
in 3 gezeigt ist, ist
der erste Abdichtring 41 vorzugsweise in der Kompressorabdichtplatte 37 vorgesehen,
und der zweite Abdichtring 42 ist in der Motorfrontab dichtplatte 38 vorgesehen,
und die Durchführung
ist zwischen der Kompressorabdichtplatte 37 und der Motorfrontabdichtplatte 38 gebildet.
Der
Auslass der Durchführung 43 ist über einen
Schlauch 44 unmittelbar nach dem Luftfilter 26 (oder
dem Bezugszeichen 8 in 1)
mit dem Lufteinlass verbunden, so dass keine Luft auf unkontrollierte
Weise freigegeben wird. Dies wird gemacht, um sicher zu stellen,
dass die korrekte registrierte Luftmenge dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Eine fehlerhafte Menge an Einlassluft führt dazu, dass die falsche
Kraftstoffmenge dem Motor zugeführt
wird.