DE102023205911A1

DE102023205911A1 - Method and device for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102023205911A1
Application number: DE102023205911.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Dehoust; Alexander Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-06-23
Filing date: 2023-06-23
Publication date: 2024-12-24
Also published as: CN119177892A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers (110) für eine Verbrennungskraftmaschine (102). Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einstellens eines Soll-Ladedrucks (125) des Turboladers (110) abhängig von einer Beziehung einer aufgrund eines Sollmoments (105) der Verbrennungskraftmaschine (102) angeforderten Verdichterdrehzahl für den Turbolader (110) relativ zu mindestens einem kritischen Resonanzdrehzahlbereich. Der Resonanzdrehzahlbereich umfasst eine Resonanzdrehzahl des Turboladers (110), bei der eine Schwingungsanregung des Turboladers (110) mit dessen Resonanzfrequenz erfolgt. Der Resonanzdrehzahlbereich ist durch eine untere kritische Schwellendrehzahl und eine obere kritische Schwellendrehzahl begrenzt.

The invention relates to a method for operating a turbocharger (110), in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine (102). The method comprises a step of setting a target boost pressure (125) of the turbocharger (110) depending on a relationship of a compressor speed for the turbocharger (110) requested on the basis of a target torque (105) of the internal combustion engine (102) relative to at least one critical resonance speed range. The resonance speed range comprises a resonance speed of the turbocharger (110) at which vibration excitation of the turbocharger (110) occurs at its resonance frequency. The resonance speed range is limited by a lower critical threshold speed and an upper critical threshold speed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine und von einer Vorrichtung zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a method for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine and on a device for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine according to the preamble of the independent claims. The present invention also relates to a computer program.

Bezüglich des Betriebs von insbesondere wälzgelagerten Turboladern unter Berücksichtigung von deren Eigenfrequenzen bestehen beispielsweise herkömmliche Lösungsansätze, die auf konstruktiven Veränderungen oder auf einem Verschieben der Resonanzfrequenz in sichere Bereiche basieren.Regarding the operation of turbochargers, particularly those with rolling bearings, taking into account their natural frequencies, there are conventional solutions that are based on design changes or on shifting the resonance frequency into safe ranges.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, weiterhin eine Vorrichtung, welche dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, the approach presented here presents a method for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine, as well as a device that uses this method and finally a corresponding computer program according to the main claims. The measures listed in the dependent claims enable advantageous further developments and improvements of the device specified in the independent claim.

Gemäß Ausführungsformen können insbesondere kritische Resonanzdrehzahlbereiche beim Betrieb, insbesondere wälzgelagerter, Abgasturbolader vermieden werden. Es kann insbesondere eine Sollwertberechnung für eine Ladedruckregelung optimiert werden, um bestimmte Drehzahlbereiche eines Abgasturboladers gezielt zu umgehen. Hierbei kann beispielsweise die Eigenfrequenz einer Abgasturbolader-Einheit bei der Sollwertberechnung berücksichtigt werden. Insbesondere bei einem Einsatz, insbesondere wälzgelagerter, Turbolader bei niedrigen Temperaturen kann somit verhindert werden, dass kritische Betriebsbedingungen mit hohen Schwingungsamplituden im Resonanzbereich auftreten. Somit kann ein sicherer Betrieb eines Abgasturboladers an einem Verbrennungsmotor ermöglicht werden, wobei der Turbolader im Zuge der Auslegung bzw. eines sogenannten Matchings oberhalb und unterhalb seiner Eigenfrequenzdrehzahl betrieben werden soll, jedoch nicht stationär innerhalb des Eigenfrequenzbereichs betrieben werden soll.According to embodiments, critical resonance speed ranges can be avoided when operating exhaust gas turbochargers, in particular those with roller bearings. In particular, a setpoint calculation for boost pressure control can be optimized in order to specifically avoid certain speed ranges of an exhaust gas turbocharger. For example, the natural frequency of an exhaust gas turbocharger unit can be taken into account in the setpoint calculation. In particular when using turbochargers, in particular those with roller bearings, at low temperatures, it is thus possible to prevent critical operating conditions with high vibration amplitudes in the resonance range from occurring. This makes it possible to safely operate an exhaust gas turbocharger on an internal combustion engine, whereby the turbocharger should be operated above and below its natural frequency speed during the design or so-called matching, but should not be operated stationary within the natural frequency range.

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine vorgestellt, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Einstellen eines Soll-Ladedrucks des Turboladers abhängig von einer Beziehung einer aufgrund eines Sollmoments der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Verdichterdrehzahl für den Turbolader relativ zu mindestens einem kritischen Resonanzdrehzahlbereich, der eine Resonanzdrehzahl des Turboladers umfasst, bei der eine Schwingungsanregung des Turboladers mit dessen Resonanzfrequenz erfolgt, wobei der Resonanzdrehzahlbereich durch eine untere kritische Schwellendrehzahl und eine obere kritische Schwellendrehzahl begrenzt ist. Das heißt, mit anderen Worten, der kritische Resonanzdrehzahlbereich umfasst eine Resonanzdrehzahl, bei welcher eine Schwingungsanregung des Turboladers mit dessen Resonanzfrequenz erfolgt.A method for operating a turbocharger, in particular a roller bearing turbocharger, for an internal combustion engine is presented, the method comprising the following step:
Setting a target boost pressure of the turbocharger depending on a relationship of a compressor speed for the turbocharger requested on the basis of a target torque of the internal combustion engine relative to at least one critical resonance speed range, which includes a resonance speed of the turbocharger at which vibration excitation of the turbocharger occurs at its resonance frequency, wherein the resonance speed range is limited by a lower critical threshold speed and an upper critical threshold speed. In other words, the critical resonance speed range includes a resonance speed at which vibration excitation of the turbocharger occurs at its resonance frequency.

Der Turbolader kann auch als ein Abgasturbolader bezeichnet werden. Die Verbrennungskraftmaschine kann für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, ein Nutzfahrzeug oder dergleichen handeln. Der Soll-Ladedruck kann ein Sollwert eines Ladedrucks sein, der durch den Turbolader für die Verbrennungskraftmaschine bewirkt werden soll. Die Beziehung kann eine mathematische Beziehung sein, insbesondere ein Betrag oder Wert und zusätzlich oder alternativ ein Verlauf der angeforderten Verdichterdrehzahl relativ zu dem mindestens einen kritischen Resonanzdrehzahlbereich. Die Resonanzfrequenz kann auch als Eigenfrequenz bezeichnet werden. Durch Ausführen des Schrittes des Einstellens kann eine Ladedruckregelung als ein Regelkreis, insbesondere ein geschlossener Regelkreis, mit mindestens partiellem Hystereseverhalten durchgeführt werden.The turbocharger can also be referred to as an exhaust gas turbocharger. The internal combustion engine can be provided for a motor vehicle. The motor vehicle can be a passenger car, a commercial vehicle or the like. The target boost pressure can be a target value of a boost pressure that is to be brought about by the turbocharger for the internal combustion engine. The relationship can be a mathematical relationship, in particular an amount or value and additionally or alternatively a curve of the requested compressor speed relative to the at least one critical resonance speed range. The resonance frequency can also be referred to as the natural frequency. By carrying out the adjustment step, boost pressure control can be carried out as a control loop, in particular a closed control loop, with at least partial hysteresis behavior.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einstellens der Soll-Ladedruck auf einen Wert eingestellt werden, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gestiegen ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass zur Vermeidung von kritischen Resonanzdrehzahlbereichen beim Betrieb eines, insbesondere wälzgelagerten, Abgasturboladers bei Annäherung an eine untere kritische Drehzahlschwelle der Soll-Ladedruck soweit erhöht werden kann, dass der kritische Resonanzdrehzahlbereich schnell nach oben durchfahren wird.According to one embodiment, in the setting step, the target boost pressure can be set to a value that requires operation of the turbocharger at the upper critical threshold speed when the requested compressor speed has risen to the lower critical threshold speed. Such an embodiment offers the advantage that, in order to avoid critical resonance speed ranges when operating an exhaust gas turbocharger, in particular one with roller bearings, when approaching a lower critical speed threshold, the target boost pressure can be increased to such an extent that the critical resonance speed range is quickly passed through upwards.

Auch kann im Schritt des Einstellens der Soll-Ladedruck auf einen Wert eingestellt werden, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die obere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist und bis die angeforderte Verdichterdrehzahl die untere kritische Schwellendrehzahl erreicht, und auf einen Wert eingestellt werden, der einen Betrieb des Turboladers mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist. Das heißt, mit anderen Worten, der Soll-Ladedruck wird so lange auf einen Wert eingestellt, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, bis die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass zur Vermeidung von kritischen Resonanzdrehzahlbereichen beim Betrieb eines, insbesondere wälzgelagerten, Abgasturboladers bei Annäherung an eine obere kritische Drehzahlschwelle der Soll-Ladedruck zunächst so lange konstant gehalten wird, bis der kritische Resonanzdrehzahlbereich schnell nach unten durchfahren werden kann.Also, in the setting step, the target boost pressure may be set to a value that causes the turbocharger to operate at the upper critical threshold speed when the requested compressor speed has dropped to the upper critical threshold speed and until the requested compressor speed reaches the lower critical threshold speed, and set to a value which requires operation of the turbocharger at the lower critical threshold speed when the requested compressor speed has dropped to the lower critical threshold speed. In other words, the target boost pressure is set to a value which requires operation of the turbocharger at the upper critical threshold speed until the requested compressor speed has dropped to the lower critical threshold speed. Such an embodiment offers the advantage that, in order to avoid critical resonance speed ranges when operating an exhaust gas turbocharger, in particular one with roller bearings, when approaching an upper critical speed threshold, the target boost pressure is initially kept constant until the critical resonance speed range can be quickly passed through downwards.

Ferner kann das Verfahren einem Schritt des Einlesens des Sollmoments der Verbrennungskraftmaschine und zusätzlich oder alternativ eines Istwerts mindestens einer Regelgröße für den Turbolader aufweisen, um den Soll-Ladedruck des Turboladers ferner unter Berücksichtigung des eingelesenen Istwerts der mindestens einen Regelgröße einzustellen. Die mindestens eine eingelesene Regelgröße kann ein Ist-Ladedruck, eine Ist-Drehzahl bzw. Ist-Verdichterdrehzahl und/oder dergleichen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine aktuelle Datengrundlage für den Betrieb des Turboladers zuverlässig verfügbar sein kann.Furthermore, the method can have a step of reading in the target torque of the internal combustion engine and additionally or alternatively an actual value of at least one control variable for the turbocharger in order to set the target boost pressure of the turbocharger taking into account the read-in actual value of the at least one control variable. The at least one read-in control variable can be an actual boost pressure, an actual speed or actual compressor speed and/or the like. Such an embodiment offers the advantage that a current data basis for the operation of the turbocharger can be reliably available.

Zudem kann das Verfahren einen Schritt des Erzeugens eines Steuersignals zum Ansteuern eines Verdichters des Turboladers, unter Verwendung des im Schritt des Einstellens eingestellten Soll-Ladedrucks aufweisen. Anders ausgedrückt kann unter Verwendung des im Schritt des Einstellens eingestellten Soll-Ladedrucks im Schritt des Erzeugens ein Steuersignal zum Ansteuern des Verdichters des Turboladers erzeugt werden. Der Verdichter kann unter Verwendung des Steuersignals mit einer Drehzahl bzw. Verdichterdrehzahl betrieben werden, die durch den eingestellten Soll-Ladedruck bedingt ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Turbolader durch eine derartige Ansteuerung des Verdichters unter Vermeidung des kritischen Resonanzdrehzahlbereichs sicher und zuverlässig betrieben werden kann.In addition, the method can have a step of generating a control signal for controlling a compressor of the turbocharger using the target boost pressure set in the setting step. In other words, a control signal for controlling the compressor of the turbocharger can be generated in the generating step using the target boost pressure set in the setting step. The compressor can be operated using the control signal at a speed or compressor speed that is determined by the set target boost pressure. Such an embodiment offers the advantage that the turbocharger can be operated safely and reliably by controlling the compressor in this way, while avoiding the critical resonance speed range.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einstellens ein Verdichterkennfeld, das einen Zusammenhang zwischen einem Solldruckverhältnis, einem Sollmassenstrom und der Verdichterdrehzahl des Turboladers herstellt, verwendet werden, um den Soll-Ladedruck zu ermitteln. Hierbei können der Sollmassenstrom und der Solldruckverhältnis auf dem Sollmoment der Verbrennungskraftmaschine basieren, insbesondere basierend auf dem Sollmoment der Verbrennungskraftmaschine ermittelt bzw. aus dem Sollmoment der Verbrennungskraftmaschine hergeleitet werden. Das Druckverhältnis kann einen einlassseitigen Solldruck bzw. Solldruck an einem Einlassventil der Verbrennungskraftmaschine umfassen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Soll-Ladedruck auf einfache und exakte Weise ermittelt werden kann, um im Schritt des Einstellens zur Verfügung zu stehen.According to one embodiment, a compressor map that establishes a relationship between a target pressure ratio, a target mass flow and the compressor speed of the turbocharger can be used in the adjustment step to determine the target boost pressure. The target mass flow and the target pressure ratio can be based on the target torque of the internal combustion engine, in particular determined based on the target torque of the internal combustion engine or derived from the target torque of the internal combustion engine. The pressure ratio can include a target pressure on the intake side or target pressure at an intake valve of the internal combustion engine. Such an embodiment offers the advantage that the target boost pressure can be determined in a simple and precise manner in order to be available in the adjustment step.

Dabei kann das Verdichterkennfeld invertiert werden, um mit der Verdichterdrehzahl und dem Sollmassenstrom das Solldruckverhältnis darzustellen. Hierbei kann das invertierte Verdichterkennfeld mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl, der oberen kritischen Schwellendrehzahl und dem Sollmassenstrom adressiert werden, um den Soll-Ladedruck zu ermitteln. Das heißt, mit anderen Worten, der Soll-Ladedruck wird unter Verwendung des invertierten Verdichterkennfelds basierend auf der kritischen Schwellendrehzahl, der oberen kritischen Schwellendrehzahl und dem Sollmassenstrom ermittelt. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der einfach und exakt ermittelte Soll-Ladedruck eingestellt werden kann, um den kritischen Resonanzdrehzahlbereich weitestgehend zu vermeiden.The compressor map can be inverted in order to represent the target pressure ratio with the compressor speed and the target mass flow. The inverted compressor map can be addressed with the lower critical threshold speed, the upper critical threshold speed and the target mass flow in order to determine the target boost pressure. In other words, the target boost pressure is determined using the inverted compressor map based on the critical threshold speed, the upper critical threshold speed and the target mass flow. Such an embodiment offers the advantage that the target boost pressure, which is determined simply and precisely, can be set in order to avoid the critical resonance speed range as far as possible.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät oder einer Vorrichtung implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit or device.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. This embodiment of the invention in the form of a device can also quickly and efficiently solve the problem underlying the invention.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the device can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the actuator and/or at least one communication interface for reading in or outputting data that is embedded in a communication protocol. The computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the storage unit can be a flash memory or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to transmit data wirelessly and/or to read in or output data via a line, whereby a communication interface that can read in or output data via a line can, for example, read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it to a corresponding data transmission line.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as an electrical device that processes sensor signals and outputs control and/or data signals depending on them. The device can have an interface that can be designed as hardware and/or software. In a hardware design, the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible for the interfaces to be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components. In a software design, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also advantageous is a computer program product or computer program with program code that can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out, implement and/or control the steps of the method according to one of the embodiments described above, in particular when the program product or program is executed on a computer or device.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine in für ein Fahrzeug;
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine;
3 eine schematische Darstellung eines invertierten Verdichterkennfeldes zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine; und
4 ein schematisches Ladedruck-Zeit-Diagramm zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine.

Examples of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 a schematic representation of an embodiment of a device for operating a turbocharger, in particular a roller-bearing turbocharger, for an internal combustion engine in a vehicle;
2 a flow chart of an embodiment of a method for operating a turbocharger, in particular a roller-bearing turbocharger, for an internal combustion engine;
3 a schematic representation of an inverted compressor characteristic map for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine; and
4 a schematic boost pressure-time diagram for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine.

Bevor nachfolgend günstige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird zunächst kurz auf Hintergründe und Grundlagen von Ausführungsbeispielen eingegangen.Before advantageous embodiments of the present invention are described below, the background and principles of embodiments will first be briefly discussed.

Der Betriebspunkt eines Verbrennungsmotors bzw. einer Verbrennungskraftmaschine ist durch die zur Verfügung stehende Dichte, d. h. Druck- und Temperaturniveau, der Frischluft im Ansaugvolumen vor einem Einlassventil des Motors bestimmt. Bei Turbomotoren bzw. Motoren mit Turbolader wird über die Erhöhung der Luftdichte gegenüber der Umgebungsluft eine Steigerung des spezifischen Motormoments erreicht. Zur Regelung des abgegebenen Moments des Verbrennungsmotors wird daher eine Ladedruckregelung auf der Frischluftseite eingesetzt. Der geschlossene Regelkreis basiert auf einem Soll-Ladedruck abgeleitet aus dem Sollmoment und einem gemessenen Ist-Ladedruck, in der Regel vor der Drosselklappe. Der einzustellende Ladedruck ergibt sich über den Betriebspunkt bzw. das Sollmoment des Verbrennungsmotors. Das Soll-Druckverhältnis und der SollMassenstrom an der Verdichterstufe definieren den Betriebspunkt bzw. die Drehzahl des Verdichters im Verdichterkennfeld. Im bestimmungsgemäßen Bereich des Verdichters kann mit steigender Drehzahl ein steigender Ladedruck angenommen werden.The operating point of an internal combustion engine or combustion machine is determined by the available density, i.e. pressure and temperature level, of the fresh air in the intake volume in front of an inlet valve of the engine. In turbo engines or engines with turbochargers, an increase in the specific engine torque is achieved by increasing the air density compared to the ambient air. A boost pressure control on the fresh air side is therefore used to regulate the torque delivered by the internal combustion engine. The closed control loop is based on a target boost pressure derived from the target torque and a measured actual boost pressure, usually in front of the throttle valve. The boost pressure to be set is determined from the operating point or target torque of the internal combustion engine. The target pressure ratio and the target mass flow at the compressor stage define the operating point or the speed of the compressor in the compressor map. In the intended range of the compressor, an increasing boost pressure can be assumed with increasing speed.

Die Eigenfrequenz, oder auch Resonanzfrequenz, der Turbine bzw. Verdichtereinheit des Turboladers hängt von der mechanischen Auslegung ab. The natural frequency, or resonance frequency, of the turbine or compressor unit of the turbocharger depends on the mechanical design.

Der entsprechend sichere Betrieb über weite Drehzahlbereiche kann herkömmlicherweise durch ausreichende Dämpfungseigenschaften in der Rumpfgruppe bzw. dem Lager des Turboladers erreicht werden. In klassischen, schmiergelagerten Systemen kann deshalb im Wesentlichen jeder beliebige Drehzahlbereich dauerhaft betrieben werden. Bei, insbesondere wälzgelagerten, Turboladern sind solche Dämpfungseigenschaften unter Umständen soweit reduziert, dass bestimme Drehzahlen nicht dauerhaft betrieben werden sollten. Ein Durchfahren des kritischen Drehzahlbereichs ist jedoch möglich. Die Eigenfrequenzdrehzahl eines Turboladers bzw. einer Turbolader-Einheit ist üblicherweise vom Hersteller bekannt. Der kritische Bereich der Eigenfrequenzen kann sich durch äußere Einflüsse verändern, z. B. kann diese von der Öltemperatur abhängen. Je nach mechanischer Auslegung können mehrere Resonanzbereiche im bestimmungsgemäßen Betriebsbereich des Abgasturboladers auftreten.The correspondingly safe operation over a wide speed range can usually be achieved by sufficient damping properties in the core group or the bearing of the turbocharger. In classic, lubrication-bearing systems, essentially any speed range can therefore be operated permanently. In turbochargers, particularly those with roller bearings, such damping properties may be reduced to such an extent that certain speeds should not be operated permanently. However, it is possible to pass through the critical speed range. The natural frequency speed of a turbocharger or turbocharger unit is usually known by the manufacturer. The critical range of the natural frequencies can change due to external influences, e.g. it can depend on the oil temperature. Depending on the mechanical design, several resonance ranges can occur in the intended range. operating range of the exhaust gas turbocharger.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of advantageous embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 120 zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers 110 für eine Verbrennungskraftmaschine 102 für ein Fahrzeug 100. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen oder dergleichen. Die Vorrichtung 120 ist ausgebildet, um den Turbolader 110 zu betreiben. Die Vorrichtung 120 kann beispielsweise als eine eigenständige Einheit oder als ein Teil eines Steuergeräts des Turboladers 110, der Verbrennungskraftmaschine 102 und/oder des Fahrzeugs 100 ausgeführt sein. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device 120 for operating a turbocharger 110, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine 102 for a vehicle 100. The vehicle 100 is a motor vehicle, such as a passenger car or the like. The device 120 is designed to operate the turbocharger 110. The device 120 can be designed, for example, as an independent unit or as part of a control unit of the turbocharger 110, the internal combustion engine 102 and/or the vehicle 100.

Die Vorrichtung 120 umfasst eine Einstellungseinrichtung 124. Die Einstellungseinrichtung 124 ist ausgebildet, um einen Soll-Ladedruck 125 des Turboladers 110 abhängig von einer Beziehung einer aufgrund eines Sollmoments 105 der Verbrennungskraftmaschine 102 angeforderten Verdichterdrehzahl für den Turbolader 110 relativ zu mindestens einem kritischen Resonanzdrehzahlbereich einzustellen. Der Resonanzdrehzahlbereich umfasst eine Resonanzdrehzahl des Turboladers 110, bei der eine Schwingungsanregung des Turboladers 110 mit dessen Resonanzfrequenz erfolgt. Der Resonanzdrehzahlbereich ist durch eine untere kritische Schwellendrehzahl und eine obere kritische Schwellendrehzahl begrenzt.The device 120 comprises an adjustment device 124. The adjustment device 124 is designed to adjust a target boost pressure 125 of the turbocharger 110 depending on a relationship of a compressor speed requested for the turbocharger 110 based on a target torque 105 of the internal combustion engine 102 relative to at least one critical resonance speed range. The resonance speed range comprises a resonance speed of the turbocharger 110 at which a vibration excitation of the turbocharger 110 occurs at its resonance frequency. The resonance speed range is limited by a lower critical threshold speed and an upper critical threshold speed.

Genauer gesagt ist die Einstellungseinrichtung 124 ausgebildet, um den Soll-Ladedruck 125 auf einen Wert einzustellen, der einen Betrieb des Turboladers 110 mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gestiegen ist. Ferner ist die Einstellungseinrichtung 144 ausgebildet, um den Soll-Ladedruck 125 auf einen Wert einzustellen, der einen Betrieb des Turboladers 110 mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die obere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist und bis die angeforderte Verdichterdrehzahl die untere kritische Schwellendrehzahl erreicht, und auf einen Wert einzustellen, der einen Betrieb des Turboladers 110 mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist.More specifically, the setting device 124 is designed to set the desired boost pressure 125 to a value that causes the turbocharger 110 to operate at the upper critical threshold speed when the requested compressor speed has increased to the lower critical threshold speed. Furthermore, the setting device 144 is designed to set the desired boost pressure 125 to a value that causes the turbocharger 110 to operate at the upper critical threshold speed when the requested compressor speed has dropped to the upper critical threshold speed and until the requested compressor speed reaches the lower critical threshold speed, and to a value that causes the turbocharger 110 to operate at the lower critical threshold speed when the requested compressor speed has dropped to the lower critical threshold speed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 120 auch eine Einleseeinrichtung 122. Die Einleseeinrichtung 122 ist ausgebildet, um das Sollmoment 105 der Verbrennungskraftmaschine 102 und/oder einen Istwert 115 mindestens einer Regelgröße für den Turbolader 110 einzulesen. Hierbei ist die Einleseeinrichtung 122 ausgebildet, um das Sollmoment 105 und/oder den Istwert 115 über eine Eingangsschnittstelle 121 von der Verbrennungskraftmaschine 102 und/oder dem Turbolader 110, genauer gesagt von mindestens einer der Verbrennungskraftmaschine 102 und/oder dem Turbolader 110 zugeordneten Erfassungseinrichtung, einem Steuergerät und/oder dergleichen einzulesen. Die Einleseeinrichtung 102 20 ist auch ausgebildet, um das Sollmoment 105 und/oder den Istwert 115 an die Einstellungseinrichtung 124 weiterzugeben.According to one embodiment, the device 120 also comprises a reading device 122. The reading device 122 is designed to read in the target torque 105 of the internal combustion engine 102 and/or an actual value 115 of at least one controlled variable for the turbocharger 110. In this case, the reading device 122 is designed to read in the target torque 105 and/or the actual value 115 via an input interface 121 from the internal combustion engine 102 and/or the turbocharger 110, more precisely from at least one detection device, a control unit and/or the like assigned to the internal combustion engine 102 and/or the turbocharger 110. The reading device 102 20 is also designed to pass on the target torque 105 and/or the actual value 115 to the setting device 124.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 120 ferner eine Erzeugungseinrichtung 126. Die Erzeugungseinrichtung 126 ist ausgebildet, um unter Verwendung des mittels der Einstellungseinrichtung 124 eingestellten Soll-Ladedrucks 125 ein Steuersignal 127 zum Ansteuern eines Verdichters des Turboladers 110 zu erzeugen. Die Erzeugungseinrichtung 126 ist ausgebildet, um den eingestellten Soll-Ladedruck 124 von der Einstellungseinrichtung 124 zu empfangen. Ferner ist die Erzeugungseinrichtung 126 oder die Vorrichtung 120 ausgebildet, um das Steuersignal 127 über eine Ausgangsschnittstelle 129 an den Turbolader 110 auszugeben. Unter Verwendung des Steuersignals 127 kann der Turbolader 110 vorteilhaft betrieben werden, wobei der kritische Resonanzdrehzahlbereich weitestgehend vermieden werden kann.According to one embodiment, the device 120 further comprises a generating device 126. The generating device 126 is designed to generate a control signal 127 for controlling a compressor of the turbocharger 110 using the target boost pressure 125 set by means of the setting device 124. The generating device 126 is designed to receive the set target boost pressure 124 from the setting device 124. Furthermore, the generating device 126 or the device 120 is designed to output the control signal 127 to the turbocharger 110 via an output interface 129. Using the control signal 127, the turbocharger 110 can be advantageously operated, wherein the critical resonance speed range can be avoided as far as possible.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 220 zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine. Das Verfahren 220 zum Betreiben ist unter Verwendung der Vorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung ausführbar. Dabei ist das Verfahren 220 zum Betreiben ausführbar, um den Turbolader aus 1 oder einen ähnlichen Turbolader zu betreiben. 2 shows a flow chart of an embodiment of a method 220 for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine. The method 220 for operating is carried out using the device from 1 or a similar device. The method 220 for operating is executable to remove the turbocharger from 1 or a similar turbocharger.

Das Verfahren 220 zum Betreiben umfasst einen Schritt 224 des Einstellens eines Soll-Ladedrucks des Turboladers abhängig von einer Beziehung einer aufgrund eines Sollmoments der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Verdichterdrehzahl für den Turbolader relativ zu mindestens einem kritischen Resonanzdrehzahlbereich. Der Resonanzdrehzahlbereich umfasst eine Resonanzdrehzahl des Turboladers, bei der eine Schwingungsanregung des Turboladers mit dessen Resonanzfrequenz erfolgt. Der Resonanzdrehzahlbereich ist durch eine untere kritische Schwellendrehzahl und eine obere kritische Schwellendrehzahl begrenzt.The method 220 for operating includes a step 224 of setting a target boost pressure of the turbocharger depending on a relationship of a compressor speed for the turbocharger requested on the basis of a target torque of the internal combustion engine relative to at least one critical resonance speed range. The resonance speed range includes a resonance speed of the turbocharger at which vibration excitation of the turbocharger occurs at its resonance frequency. The resonance speed range is limited by a lower critical threshold speed and an upper critical threshold speed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 224 des Einstellens der Soll-Ladedruck auf einen Wert eingestellt, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gestiegen ist. Auch wird im Schritt 224 des Einstellens der Soll-Ladedruck auf einen Wert eingestellt, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die obere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist und bis die angeforderte Verdichterdrehzahl die untere kritische Schwellendrehzahl erreicht, und auf einen Wert eingestellt, der einen Betrieb des Turboladers mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl gesunken ist.According to one embodiment, in adjusting step 224, the desired boost pressure is set to a value that conditions the turbocharger to operate at the upper critical threshold speed when the requested compressor speed has increased to the lower critical threshold speed. Also in adjusting step 224, the desired boost pressure is set to a value that conditions the turbocharger to operate at the upper critical threshold speed when the requested compressor speed has decreased to the upper critical threshold speed and until the requested compressor speed reaches the lower critical threshold speed, and set to a value that conditions the turbocharger to operate at the lower critical threshold speed when the requested compressor speed has decreased to the lower critical threshold speed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 224 des Einstellens ein Verdichterkennfeld, das einen Zusammenhang zwischen einem Solldruckverhältnis, einem Sollmassenstrom und der Verdichterdrehzahl des Turboladers herstellt, verwendet, um den Soll-Ladedruck zu ermitteln. Dabei werden der Sollmassenstrom und der Solldruckverhältnis basierend auf dem Sollmoment der Verbrennungskraftmaschine ermittelt bzw. aus dem Sollmoment der Verbrennungskraftmaschine hergeleitet. Optional zusätzlich wird hierbei das Verdichterkennfeld invertiert, um mit der Verdichterdrehzahl und dem Sollmassenstrom das Solldruckverhältnis darzustellen. Das invertierte Verdichterkennfeld wird mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl, der oberen kritischen Schwellendrehzahl und dem Sollmassenstrom adressiert, um den Soll-Ladedruck zu ermitteln.According to one embodiment, in step 224 of setting, a compressor map that establishes a relationship between a target pressure ratio, a target mass flow and the compressor speed of the turbocharger is used to determine the target boost pressure. The target mass flow and the target pressure ratio are determined based on the target torque of the internal combustion engine or are derived from the target torque of the internal combustion engine. Optionally, the compressor map is also inverted in order to represent the target pressure ratio with the compressor speed and the target mass flow. The inverted compressor map is addressed with the lower critical threshold speed, the upper critical threshold speed and the target mass flow in order to determine the target boost pressure.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 220 zum Betreiben auch einen Schritt 222 des Einlesens des Sollmoments der Verbrennungskraftmaschine und/oder eines Istwerts mindestens einer Regelgröße für den Turbolader. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Verfahren 220 zum Betreiben ferner einen Schritt 226 des Erzeugens eines Steuersignals zum Ansteuern eines Verdichters des Turboladers, unter Verwendung des im Schritt 224 des Einstellens eingestellten Soll-Ladedrucks.According to one embodiment, the method 220 for operating also includes a step 222 of reading in the target torque of the internal combustion engine and/or an actual value of at least one controlled variable for the turbocharger. Additionally or alternatively, the method 220 for operating further includes a step 226 of generating a control signal for controlling a compressor of the turbocharger, using the target boost pressure set in the setting step 224.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines invertierten Verdichterkennfeldes 300 zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine. Das invertierte Verdichterkennfeld 300 ist durch die Vorrichtung aus 1 oder eine ähnliche Vorrichtung und/oder das Verfahren aus 2 oder ein ähnliches Verfahren zum Betreiben eines solchen Turboladers, insbesondere zum Einstellen des Soll-Ladedrucks, verwendbar. Das invertierte Verdichterkennfeld 300 ist als ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt, wobei an der Abszissenachse ein Durchsatz bzw. Massenstrom 302 aufgetragen ist und an der Ordinatenachse ein Druckverhältnis 304 aufgetragen ist. In dem Verdichterkennfeld 300 sind eine Pumpgrenze 306 und mehrere Drehzahllinien einer Verdichterdrehzahl 308 eingezeichnet. Ferner ist in dem invertierten Verdichterkennfeld 300 ein Resonanzbereich bzw. der kritische Resonanzdrehzahlbereich 310 eingezeichnet, der durch die untere kritische Schwellendrehzahl 312 und die obere kritische Schwellendrehzahl 314 begrenzt ist. 3 shows a schematic representation of an inverted compressor characteristic map 300 for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine. The inverted compressor characteristic map 300 is provided by the device from 1 or a similar device and/or the method of 2 or a similar method for operating such a turbocharger, in particular for setting the target boost pressure. The inverted compressor characteristic map 300 is shown as a Cartesian coordinate system, with a throughput or mass flow 302 plotted on the abscissa axis and a pressure ratio 304 plotted on the ordinate axis. A surge limit 306 and several speed lines of a compressor speed 308 are plotted in the compressor characteristic map 300. Furthermore, a resonance range or the critical resonance speed range 310 is plotted in the inverted compressor characteristic map 300, which is limited by the lower critical threshold speed 312 and the upper critical threshold speed 314.

Um das gewünschte Moment eines Verbrennungsmotors bzw. einer Verbrennungskraftmaschine einzustellen, werden aus dem Sollmoment ein SollMassenstrom und ein Soll-Druck am Einlassventil abgeleitet. Aus einem Verdichterkennfeld kann der Zusammenhang zwischen Druckverhältnis 304 und Massenstrom 302 und Verdichterdrehzahl 308 dargestellt werden. Durch Invertierung des Verdichterkennfeldes, d.h. in dem invertierten Verdichterkennfeld 300, kann mit Verdichterdrehzahl 308 und Massenstrom 302 das Druckverhältnis 304 dargestellt werden. Das invertierte Verdichterkennfeld 300 kann mit der kritischen Drehzahl, d.h. der unteren kritischen Schwellendrehzahl 312 und der oberen kritischen Schwellendrehzahl 314, und dem aktuellen Sollmassenstrom des Verbrennungsmotors bzw. der Verbrennungskraftmaschine adressiert werden.In order to set the desired torque of an internal combustion engine, a target mass flow and a target pressure at the intake valve are derived from the target torque. The relationship between pressure ratio 304 and mass flow 302 and compressor speed 308 can be shown from a compressor map. By inverting the compressor map, i.e. in the inverted compressor map 300, the pressure ratio 304 can be shown with compressor speed 308 and mass flow 302. The inverted compressor map 300 can be addressed with the critical speed, i.e. the lower critical threshold speed 312 and the upper critical threshold speed 314, and the current target mass flow of the internal combustion engine.

4 zeigt ein schematisches Ladedruck-Zeit-Diagramm 400 zum Betreiben eines, insbesondere wälzgelagerten, Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine. Das Ladedruck-Zeit-Diagramm 400 steht im Zusammenhang mit der Vorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung und/oder dem Verfahren aus 2 oder einem ähnlichen Verfahren zum Betreiben eines solchen Turboladers, insbesondere zum Einstellen des Soll-Ladedrucks. Das Ladedruck-Zeit-Diagramm 400 ist als ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt, wobei an der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen ist und an der Ordinatenachse der Ladedruck P aufgetragen ist. In dem Ladedruck-Zeit-Diagramm 400 sind der Soll-Ladedruck 125 für einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine und der der kritische Resonanzdrehzahlbereich 310 mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl 312 und der oberen kritischen Schwellendrehzahl 314 eingezeichnet. Ferner sind in dem Ladedruck-Zeit-Diagramm 400 Einstellbereiche 424 zur Korrektur des Soll-Ladedrucks 125 mittels der Einstellungseinrichtung der Vorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung und/oder durch Ausführen des Schrittes des Einstellens im Rahmen des Verfahrens aus 2 oder eines ähnlichen Verfahrens eingezeichnet. 4 shows a schematic boost pressure-time diagram 400 for operating a turbocharger, in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine. The boost pressure-time diagram 400 is related to the device from 1 or a similar device and/or the method of 2 or a similar method for operating such a turbocharger, in particular for setting the target boost pressure. The boost pressure-time diagram 400 is shown as a Cartesian coordinate system, with the time t being plotted on the abscissa axis and the boost pressure P being plotted on the ordinate axis. The boost pressure-time diagram 400 shows the target boost pressure 125 for an operating point of the internal combustion engine and the critical resonance speed range 310 with the lower critical threshold speed 312 and the upper critical threshold speed 314. Furthermore, the boost pressure-time diagram 400 shows setting ranges 424 for correcting the target boost pressure 125 by means of the setting device of the device from 1 or a similar device and/or by carrying out the step of setting in the method of 2 or a similar procedure.

In den Einstellbereichen 424 ergibt sich eine stufenförmige und/oder sprunghafte Einstellung des Soll-Ladedrucks 125. Dies ergibt sich daraus, dass mittels der Einstellungseinrichtung bzw. durch Ausführen des Schrittes des Einstellens der Soll-Ladedruck 125 auf einen Wert eingestellt wird, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl 314 bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl 312 gestiegen ist. Dies ist in 4 in dem linken Einstellbereich 424 der Fall. Ferner wird mittels der Einstellungseinrichtung bzw. durch Ausführen des Schrittes des Einstellens der Soll-Ladedruck 125 auf einen Wert eingestellt, der einen Betrieb des Turboladers mit der oberen kritischen Schwellendrehzahl 314 bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die obere kritische Schwellendrehzahl 314 gesunken ist und bis die angeforderte Verdichterdrehzahl die untere kritische Schwellendrehzahl 312 erreicht, und auf einen Wert eingestellt wird, der einen Betrieb des Turboladers mit der unteren kritischen Schwellendrehzahl 312 bedingt, wenn die angeforderte Verdichterdrehzahl auf die untere kritische Schwellendrehzahl 312 gesunken ist.In the setting ranges 424, a step-like and/or abrupt setting of the target boost pressure 125 results. This results from the fact that by means of the setting device or by carrying out the setting step, the target boost pressure 125 is set to a value that causes the turbocharger to operate at the upper critical threshold speed 314 when the requested compressor speed has risen to the lower critical threshold speed 312. This is in 4 in the left adjustment range 424. Furthermore, by means of the adjustment device or by carrying out the adjustment step, the target boost pressure 125 is set to a value that causes the turbocharger to operate at the upper critical threshold speed 314 when the requested compressor speed has dropped to the upper critical threshold speed 314 and until the requested compressor speed reaches the lower critical threshold speed 312, and is set to a value that causes the turbocharger to operate at the lower critical threshold speed 312 when the requested compressor speed has dropped to the lower critical threshold speed 312.

Erreicht der durch das Sollmoment einzustellende Ladedruck bzw. Soll-Ladedruck 125 den kritischen Bereich bzw. den kritischen Resonanzdrehzahlbereich 310, ergibt sich anders ausgedrückt insbesondere die nachfolgend dargelegte Vorgehensweise.If the boost pressure or target boost pressure 125 to be set by the target torque reaches the critical range or the critical resonance speed range 310, in other words, the procedure set out below results in particular.

Der Soll-Ladedruck 125 für einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine steigt und nähert sich von unten an die untere kritische Drehzahlschwelle bzw. Schwellendrehzahl 312 an: Der Soll-Ladedruck 125 wird bei Erreichen der unteren kritischen Drehzahlschwelle bzw. Schwellendrehzahl 312 soweit erhöht, dass ein Verdichter-Betriebspunkt auf der oberen kritischen Drehzahlschwelle bzw. Schwellendrehzahl 314 angefordert wird. Der kritische Drehzahlbereich bzw. Resonanzdrehzahlbereich 310 wird dann möglichst schnell nach oben durchfahren.The target boost pressure 125 for an operating point of the internal combustion engine increases and approaches the lower critical speed threshold or threshold speed 312 from below: When the lower critical speed threshold or threshold speed 312 is reached, the target boost pressure 125 is increased to such an extent that a compressor operating point at the upper critical speed threshold or threshold speed 314 is requested. The critical speed range or resonance speed range 310 is then passed through upwards as quickly as possible.

Der Soll-Ladedruck 125 für einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine sinkt und nähert sich von oben an die obere kritische Drehzahlschwelle bzw. Schwellendrehzahl 314 an: Der Soll-Ladedruck 125 wird umgerechnet auf der oberen kritischen Schwelle bzw. Schwellendrehzahl 314 gehalten, bis der unbegrenzte Soll-Ladedruck 125 unter die berechnete untere Drehzahlschwelle 312 fällt. Der Turbolader verbleibt damit auf der oberen kritischen Drehzahl bzw. Drehzahlschwelle 314, bis sich ein Betriebspunkt der Kombination Verbrennungsmotor und Turbolader unterhalb des kritischen Drehzahlbereichs bzw. Resonanzdrehzahlbereichs 310 ergibt.The target boost pressure 125 for an operating point of the internal combustion engine drops and approaches the upper critical speed threshold or threshold speed 314 from above: The target boost pressure 125 is converted and held at the upper critical threshold or threshold speed 314 until the unlimited target boost pressure 125 falls below the calculated lower speed threshold 312. The turbocharger thus remains at the upper critical speed or speed threshold 314 until an operating point of the combination of internal combustion engine and turbocharger below the critical speed range or resonance speed range 310 results.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an “and/or” connection between a first feature and a second feature, this is to be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to another embodiment has either only the first feature or only the second feature.

Claims

Method (220) for operating a turbocharger (110), in particular one with roller bearings, for an internal combustion engine (102), the method (220) comprising the following steps: Setting (224) a target boost pressure (125) of the turbocharger (110) depending on a relationship of a compressor speed (308) requested for the turbocharger (110) based on a target torque (105) of the internal combustion engine (102) relative to at least one critical resonance speed range (310), which includes a resonance speed of the turbocharger (110) at which a vibration excitation of the turbocharger (110) takes place at its resonance frequency, the resonance speed range (310) being limited by a lower critical threshold speed (312) and an upper critical threshold speed (314).

Procedure (220) according to claim 1 , wherein in the setting step (224) the desired boost pressure (125) is set to a value which causes the turbocharger (110) to operate at the upper critical threshold speed (314) when the requested compressor speed (308) has increased to the lower critical threshold speed (312).

Method (220) according to one of the preceding claims, wherein in the step (224) of adjusting, the desired boost pressure (125) is set to a value that causes operation of the turbocharger (110) at the upper critical threshold speed (314) when the requested compressor speed (308) has dropped to the upper critical threshold speed (314) and until the requested compressor speed (308) reaches the lower critical threshold speed (312), and is set to a value that causes operation of the turbocharger (110) at the lower critical threshold speed (312) when the requested compressor speed (308) has dropped to the lower critical threshold speed (312).

Method (220) according to one of the preceding claims, with a step (222) of reading in - the target torque (105) of the internal combustion engine (102) and/or - an actual value (115) of at least one controlled variable for the turbocharger (110) in order to set the target boost pressure (125) of the turbocharger (110) further taking into account the read-in actual value (115) of the at least one controlled variable.

Method (220) according to one of the preceding claims, comprising a step (226) of generating a control signal (127) for controlling a compressor of the turbocharger (110), using the target boost pressure (125) set in the setting step (224).

Method (220) according to one of the preceding claims, wherein in the step (224) of setting, a compressor map which establishes a relationship between a target pressure ratio (304), a target mass flow (302) and the compressor speed (308) of the turbocharger (110) is used to determine the target boost pressure (125), wherein the target mass flow (302) and the target pressure ratio (304) are based on the target torque (105) of the internal combustion engine (102).

Procedure (220) according to claim 6 , wherein the compressor characteristic map is inverted in order to represent the target pressure ratio (304) with the compressor speed (308) and the target mass flow (302), wherein the inverted compressor characteristic map (300) is addressed with the lower critical threshold speed (312), the upper critical threshold speed (314) and the target mass flow (302) in order to determine the target boost pressure (125).

Device (120) which is configured to carry out and/or control the steps (222, 224, 226) of the method (220) according to one of the preceding claims in corresponding units (122, 124, 126).

Computer program adapted to carry out the steps (222, 224, 226) of a method (220) according to one of the Claims 1 until 7 to execute and/or control.

Machine-readable storage medium on which the computer program is claim 9 is stored.