(57)【要約】      （修正有）【課題】空気供給システムおよび排ガスシステムに残留するガスと外気とを良好に交換することで、空気供給システムおよび排ガスシステム内に設けられているセンサおよび調節器の信頼性を保持し、全体として有害な腐食を防止する。【解決手段】内燃機関２を備えるエンジンシステム１で電動コンプレッサ８によって過給機を作動する方法において、内燃機関が停止されている場合に所定のシステム状態を確認するステップ、エンジンシステムの空気供給システム４と排ガスシステム５との間に貫流経路１０を形成するステップ、および確認されたシステム状態に応じて、電動コンプレッサを始動するステップを備える。【選択図】図１
2017082761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）を備えるエンジンシステム（１）で電動コンプレッサ（８，８′，６２）により過給機を作動する方法において、次のステップ： 
内燃機関（２）が停止されている場合に所定のシステム状態を確認するステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４；Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４）；
エンジンシステム（１）の空気供給システム（４）と排ガスシステム（１）との間に貫流経路を形成するステップ（Ｓ５；Ｓ１５）；および
確認したシステム状態に応じて、電動コンプレッサ（８，８′，６２）を作動するステップ（Ｓ６；Ｓ１６）を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
次の少なくともいずれか１つの条件：
少なくとも１つのエンジン温度が所定の温度閾値を超えていること
空気供給システム（４）および／または排ガスシステム（５）におけるガスの湿度が所定の湿度閾値を超えていること、および
空気供給システム（４）および／または排ガスシステム（５）においてガスが所定の温度差閾値を超えて冷却されていること
が満たされた場合に、所定のシステム状態を確認する方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
空気供給システム（４）および／または排ガスシステム（５）においてガスが所定の温度差閾値を超えて冷却されている場合には、特に、少なくとも空気供給システム（４）および排ガスシステム（５）を貫流するために十分な継続時間に相当するに所定の継続時間にわたって電動コンプレッサ（８，８′，６２）を作動する方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
確認した前記システム状態もしくは確認した別のシステム状態に応じて、電動コンプレッサ（８，８′，６２）を停止する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
複数回にわたって、特に周期的に、電動コンプレッサ（８，８′，６２）の作動および停止を実施する方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法において、
絞り弁（９）の開放および排ガス再循環弁（１１）の開放によって貫流経路を形成する方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
空気供給システム（４）の絞り弁（９）、内燃機関（２）のいずれか１つのシリンダ（３）の吸気弁および排気弁の開放によって貫流経路を形成する方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法において、
電動コンプレッサ（８，８′，６２）を作動する電気エネルギー蓄積器の充電状態に応じて、電動コンプレッサ（８，８′，６２）の作動を許可もしくは阻止する方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法を実施するように構成された装置、特に制御ユニット。
【請求項１０】
エンジンシステム（１）において、
空気供給システム（４）を介して外気を供給され、排ガスシステム（５）を介して燃焼排ガスを排出される内燃機関（２）、
電動コンプレッサ（８，８′，６２）；および
請求項９に記載の装置を含むエンジンシステム（１）。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジンシステム（１）において、
電動コンプレッサ（８）が、排ガスにより駆動される過給機（６）に加えて設けられているか、または排ガスにより駆動される過給機（６）のコンプレッサ（６２）の電動補助装置（８′）によって形成されているエンジンシステム（１）
【請求項１２】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法の全てのステップを実施するように構成されたコンピュータプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコンピュータプログラムが記憶されている機械読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動コンプレッサにより過給される内燃機関に関する。特に本発明は過給機付き内燃機関において電動コンプレッサを作動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスにより駆動される過給機を備える内燃機関のダウンサイジングが進む中で、トルク要求時における過給機の始動遅延、いわゆる「ターボラグ」の影響が増大している。そこで排ガスにより駆動される過給機の代わりに電動コンプレッサを使用するか、または排ガスにより駆動される過給機に電動式の補助駆動装置を設けるという対策が可能である。電動コンプレッサの反応時間は一般に短く、純粋に排ガスにより駆動される過給機の場合よりも明らかに迅速に過給圧形成を行うことができる。電動コンプレッサの使用により、出力を重視した過給機の設計が可能となり、比出力の大幅な向上を達成することができる。
【０００３】
電動コンプレッサの後方で圧縮されるべき容積ができるだけ小さくするために、電動コンプレッサは給気経路において給気冷却器の下流側に組み込まれていてもよい。
【０００４】
排ガスにより駆動される過給機において電動式の補助駆動装置が組み込まれた過給機、いわゆる「クロスチャージャー」においては、電動コンプレッサは、排ガスタービンとコンプレッサとの間の機械結合部に設けられた電動式の補助駆動装置として実現されている場合があり、機械エネルギーに変換される排ガスエンタルピーに対して付加的または代替的に、コンプレッサを駆動するための電気エネルギーを供給することができる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、独立請求項に記載のように、圧縮出力が少なくとも部分的に電動式に供給される過給機を作動する方法ならびに装置およびエンジンシステムが得られる。
【０００６】
さらなる構成が従属請求項に記載されている。
【０００７】
第１態様によれば、内燃機関を備えるエンジンシステム内において電動コンプレッサによる過給機を作動する方法は、次のステップ： 
内燃機関が停止されている場合に所定のシステム状態を確認するステップ；
エンジンシステムの空気供給システムと排ガスシステムとの間に貫流経路を形成するステップ；および
確認したシステム状態に応じて、電動コンプレッサを作動するステップを備える。
【０００８】
純粋に電動式の付加的なコンプレッサの場合であっても、排ガスにより駆動される過給機が電動補助装置を備えている場合（クロスチャージャー）であっても、準備された排ガスエンタルピーとは無関係に内燃機関の給気圧部分および吸気管部分に外気を供給することが可能である。
【０００９】
内燃機関が停止されており、エンジン温度が高い場合および／または内燃機関の冷却回路における冷却媒体圧力が高い場合には、内燃機関の温度を急速に低下させるために、一般にエンジン冷却ファンが始動される。しかしながら、内燃機関の停止前の作動継続時間および内燃機関負荷に応じて、内燃機関の停止後にシリンダヘッドに熱核が移動する。この事象は、場合によってはエンジン冷却ファンの従来の一般的な惰行よりも著しく長い時間を要することもある。
【００１０】
車両エンジンにおいては、さらに再加熱により燃料システムおよび／または噴射システムにおいて燃料排気が生じることもあり、これにより内燃機関の再始動が困難になる。
【００１１】
さらに内燃機関の停止後に、周辺温度に比べて暖かい吸気もしくは燃焼排ガスが空気供給システムおよび／または排ガスシステムに残留することがある。このような場合に行われる冷却により、内燃機関の停止後に空気供給システムおよび排ガスシステムにおいて吸気もしくは燃焼排ガスからの凝縮物が沈殿する場合がある。これにより、例えば空気供給システムでは、例えばセンサ要素における付着物質の堆積が生じ、排ガスシステムにおいては酸を含有した堆積物の形成をもたらす。これらの堆積物は損害を引き起こす場合もある。特に、続いて行われるエンジン始動時に突然に生じたガス流によって空気供給システムおよび排ガスシステムにおいて凝縮物が剥離され、下流側の構成要素に損傷をもたらす場合もある（水撃）。
【００１２】
上記方法の思想は、過給機付きの内燃機関を備え、圧縮出力の少なくとも一部を電動コンプレッサによって供給することができるエンジンシステムにおいて、過熱および／または湿気による被膜の発生および／または凝縮物または堆積物の沈殿によりエンジンシステムが危険にさらされるシステム状態が生じた場合に、内燃機関の停止後に電動コンプレッサを始動することにある。このようにして、純粋に電動式のコンプレッサ、排ガスにより駆動される過給機に加えて設けられた純粋に電動式のコンプレッサ、および電動式の補助装置（クロスチャージャー）を備え、排ガスにより駆動される過給機において、空気供給システムで過圧を発生させることによって、またはクロスチャージャーの排ガスシステムで低圧を発生させることによって、空気供給システムおよび排ガスシステムにおいて外気とのガス交換を行うことができる。
【００１３】
これにより、内燃機関の停止後に空気供給システムおよび排ガスシステムに残留するガスと外気とを良好に交換することが可能である。このようにして、空気供給システムおよび排ガスシステムの構成要素の熱を冷たい外気と交換し、素早く放出することができる。さらに、水撃および／または空気供給システムの構成要素に付着した凝縮物および／または空気供給システムもしくは排ガスシステムにおける排ガス成分を含む凝縮物による酸形成を低減または阻止することができる。これにより構成要素の保護が改善され、空気供給システムおよび排ガスシステム内に設けられているセンサおよび調節器の信頼性が保持され、全体として有害な腐食が防止される。
【００１４】
構造に基づいて、圧縮出力を電動式に供給する可能性により、内燃機関の作動との分離が可能であり、内燃機関が作動している場合にも停止している場合にも、排ガスエンタルピーにより発生した圧縮出力に付加的に、または圧縮出力とは無関係に、適切な圧縮出力を供給することができる。
【００１５】
さらに、次の少なくともいずれか１つの条件が満たされた場合に所定のシステム状態を確認することができる：
少なくとも１つのエンジン温度が所定の温度閾値を超えていること
空気供給システムおよび／または排ガスシステムにおけるガスの湿度が所定の湿度閾値を超えていること；および
空気供給システムおよび／または排ガスシステムのガスが所定の温度差閾値を超えて冷却されていること。
【００１６】
特に、空気供給システムおよび／または排ガスシステムにおいてガスが所定の温度差閾値を超えて冷却されている場合には、所定の継続時間にわたって電動コンプレッサを作動することができ、特に所定の継続時間は、空気供給システムおよび排ガスシステムを貫流するために十分な継続時間に相当する。
【００１７】
さらに、確認したシステム状態もしくは確認した別のシステム状態に応じて電動コンプレッサを停止することもできる。
【００１８】
電動コンプレッサの作動および停止は、複数回にわたって、特に周期的に実施するように構成されていてもよい。
【００１９】
一実施形態によれば、絞り弁の開放および排ガス再循環弁の開放によって貫流経路を形成してもよい。
【００２０】
空気供給システムの絞り弁、内燃機関のいずれか１つのシリンダの吸気弁および排気弁の開放によって貫流経路が形成されるように構成されていてもよい。
【００２１】
さらに、電動コンプレッサを作動する電気エネルギー蓄積器の充電状態に応じて、電動コンプレッサの作動を許可もしくは阻止することができる。
【００２２】
別の態様によれば、上記方法を実施するように構成された装置、特に制御ユニットが設けられている。
【００２３】
別の態様によれば、
空気供給システムを介して外気を供給され、排ガスシステムを介して燃焼排ガスを排出される内燃機関、
電動コンプレッサ；および
上記装置
を含むエンジンシステムが設けられている。
【００２４】
さらに、電動コンプレッサは、排ガスにより駆動される過給機に付加的に設けられていてもよいし、または排ガスにより駆動される過給機のコンプレッサの電動補助装置によって形成されていてもよい。
【００２５】
次に添付の図面に基づいて実施形態を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】排ガスにより駆動される過給機および純粋に電動式の付加的なコンプレッサを備えるエンジンシステムを示す概略図である。
【図２】排ガスにより駆動される過給機および電動式のコンプレッサを備える別のエンジンシステムを示す概略図である。
【図３】電気的に支援された過給機を作動する方法を示す概略的なフロー図である。
【図４】電気的に支援された過給機を作動する別の方法を示す概略的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、所定数のシリンダ３を備える内燃機関２のエンジンシステム１を示す。本実施例では、一般性を失うことなく、４つのシリンダ３が設けられている。内燃機関２は、ディーゼルエンジンまたはオットーエンジンとして形成されていてもよい。
【００２８】
内燃機関２には、既知のように空気供給システム４によって外気が供給され、排ガスシステム５によってシリンダ３から燃焼排ガスが排出される。空気供給システム４は、吸気弁（図示しない）を介して既知のように内燃機関２のシリンダ３に接続している。燃焼排ガスは、対応した排気弁（図示しない）を介して既知のように排ガスシステム５に吐出される。
【００２９】
排ガスシステム５の排ガス用のタービン６１および空気供給システム４のコンプレッサ６２を備える過給機６が設けられていてもよい。タービン６１は、コンプレッサ６２に機械的に結合されており、タービン６１において機械的なエネルギーに変換される排ガスエンタルピーが、周囲から取り込んだ外気をコンプレッサ６２において圧縮するために使用される。
【００３０】
コンプレッサ６２の下流側には給気冷却器７が設けられていてもよい。給気冷却器７の下流側には、空気供給システム４の給気部分４１において過給圧を加えられた給気を使用することができるように、純粋に電動式の付加的なコンプレッサ８が設けられていてもよい。給気部分４１の過給圧はコンプレッサ６２および純粋に電動式に作動される付加的なコンプレッサ８の圧縮出力により得られる。
【００３１】
給気部分４１は、下流側で絞り弁９によって制限される。絞り弁９と内燃機関２のシリンダ３の吸気弁（図示しない）との間には、空気供給システムの吸気管部分４２が設けられている。
【００３２】
内燃機関２のシリンダ３の排気弁（図示しない）とタービン６１との間に位置する排ガスシステム５の部分から排ガス再循環ライン１０は吸気管部分４２に通じている。排ガス再循環ライン１０には、再循環された排ガス質量流量の大きさを調節することができるように、排ガス再循環弁１１が配置されていてもよい。
【００３３】
例えばタービン６１のチャージャープレート（図示しない）の絞り弁９などの調節器を調節し、内燃機関２の現在の作動状態や、例えばドライバの要求トルクなどの設定に応じて、既知の方式で内燃機関２を作動する制御ユニット１５が設けられている。
【００３４】
図２は、代替的なエンジンシステム１′を示す。同一の構成要素もしくは同一の機能を備える構成要素には同じ符号を付す。エンジンシステム１とは異なり、エンジンシステム１′には、純粋に電動式の付加的なコンプレッサは設けられていない。その代わりに、電動コンプレッサは過給機６の補助駆動部８′を使用しており、補助駆動部８′は、タービン６１とコンプレッサ６２との間の機械的な結合部を介して付加的な機械エネルギーを供給することができ、したがってタービンによって供給された機械エネルギーとは無関係にコンプレッサ６２を作動することもできる。図２の実施形態では、電動コンプレッサは、補助駆動部８′とコンプレッサ６２とによって形成されている。
【００３５】
代替的な実施形態では、エンジンシステムは排ガスにより駆動される過給機を備えておらず、電動コンプレッサのみを備える。
【００３６】
図３は、フロー図に基づいていずれか１つの上記実施形態による電動コンプレッサを作動するための作動方法を示す。
【００３７】
ステップＳ１では、内燃機関２が停止されているか否かが検査される。これに該当する場合（選択肢：はい）には、方法はステップＳ２により継続され、そうでなければステップＳ１に戻る。
【００３８】
ステップＳ２では、内燃機関のエンジン温度が測定される。測定されるべきエンジン温度は、例えば冷却水温度および／またはトップランド温度などであってもよい。
【００３９】
さらに随意にステップＳ３では、内燃機関２の冷却システム内の圧力（図示しない）を決定することもできる。
【００４０】
ステップＳ４では、エンジン温度が所定の温度閾値を超えているか否か、および／または冷却システム内の圧力が所定の圧力閾値を超えているか否かが検査される。これに該当する場合（選択肢：はい）には、方法はステップＳ５により継続され、そうでない場合にはステップＳ１に戻る。
【００４１】
ステップＳ５では、電動コンプレッサを使用して空気供給システム４を介して排ガスシステム５に外気を貫流させるために貫流経路が開かれ、排ガスシステム５の内部の構成要素もしくは排ガスシステム４に熱結合された構成要素の冷却が達成される。
【００４２】
空気供給システム４と排ガスシステム５との間の流路が開放されることにより、貫流経路が形成される。貫流経路の開放は、例えば排ガス再循環弁１１の開放によって行うことができ、吸い込まれた外気は吸気管部分および排ガス再循環ライン１０を介して排ガスシステム５に案内される。
【００４３】
代替的または付加的に、少なくとも１つのシリンダ３では、吸気弁および排気弁が同時に開放位置に位置していてもよく、これにより、吸気管部分４２を介して内燃機関２の当該シリンダ３によって排ガスシステム５に外気を案内することができる。（例えばカムシャフト位相調節器などによって）弁が可変式に作動される場合に適宜な調節を行うことにより、吸気弁および排気弁を同時に開放位置に設定することができる。特に、内燃機関２が停止しており、エンジンの回転が止まっている場合に、いずれか１つのシリンダ３により貫流経路が開かれるように、このような調節を意図的に行うことができる。
【００４４】
付加的に低圧‐排ガス再循環ラインを備えるエンジンシステムでは、適宜な低圧‐排ガス再循環弁の開放によって、供給されるべき外気を貫流させてもよい。
【００４５】
ステップＳ６では、空気供給システム４および排ガスシステム５に外気を貫流させるために、電動コンプレッサ８が作動される。
【００４６】
電動コンプレッサ８は、エンジン温度が上記所定の温度閾値もしくは別の所定の温度閾値未満ではなく、および／または冷却システムの圧力が上記所定の圧力閾値もしくは別の所定の圧力閾値未満ではない場合には作動し続けることができる。これについての質問は、ステップＳ７で行われる。エンジン温度が所定の温度閾値もしくは別の所定の温度閾値未満となった場合および／または冷却システムの圧力が上記所定の圧力閾値もしくは別の所定の圧力閾値未満となった場合にはじめて電動コンプレッサが停止され、ステップＳ１により方法が継続される。
【００４７】
この方法は周期的に実施してもよいし、もしくは所定の時間間隔をおいて繰り返してもよい。
【００４８】
さらにバッテリ充電状態を検査することにより、バッテリ充電状態が所定値未満となった場合に電動式のコンプレッサ補助装置の作動を遮断することもできる。
【００４９】
図４は、フロー図に基づいていずれか１つの上記実施形態により、電動コンプレッサを作動するための別の作動方法を示す。
【００５０】
ステップＳ１１では、内燃機関２が停止されたか否かが検査される。これに該当する場合（選択肢：はい）には、方法はステップＳ１２により継続され、そうでなければステップＳ１に戻る。
【００５１】
ステップＳ１２では、空気供給システム４および／または排ガスシステム５からの温度データが連続的または周期的に保存され、質問のステップＳ１３では、電動コンプレッサが停止された状態で、冷却の途中で１つもしくは複数の温度差がそれぞれ所定の温度差閾値を超えたか否かが連続的に検査される。
【００５２】
ステップＳ１３では、少なくとも１つの温度差が所定の温度差閾値を超えた場合（選択肢：はい）には、ステップＳ１４で上述のように少なくとも１つの空気貫流経路が開放される。
【００５３】
ステップＳ１５では、空気供給システム４および排ガスシステム５に外気を貫流させるために電動コンプレッサ８′が作動される。このように、外気は空気供給システム４および排ガスシステム５を貫流させられ、凝縮物、堆積物、および凝縮ガスを押しのけ、外気中に排出する。さらに、このようにして吸い込まれたより冷たい外気は、空気供給システム４もしくは排ガスシステム５において加熱されることにより、さらに湿気を吸収することができる。
【００５４】
この方法は周期的に実施してもよいし、もしくは所定の時間間隔をおいて繰り返してもよい。
【００５５】
さらにバッテリ充電状態を検査することにより、バッテリ充電状態が所定値未満となった場合に電動式のコンプレッサ補助装置の作動を遮断することもできる。
【００５６】
電動コンプレッサ８′が作動され、所定継続時間が経過した後にコンプレッサ８′を再び停止することもできる。所定継続時間は、空気供給システム４および排ガスシステム５の内部のガスと外気との完全な交換が行われたことが確認されるように調整されている。
【００５７】
方法は、空気供給システム４もしくは排ガスシステム５に残留する空気の温度が所定の残留温度閾値よりも小さくなるまで繰り返してもよい。
【００５８】
代替的または付加的に、電動コンプレッサの作動によって空気供給システム４および／または排ガスシステム５の内部のガスの湿度が検出、測定または決定されるエンジンシステムにおいては、所定の湿度閾値が達成もしくは超過された場合に貫流経路を通って外気を案内することができる。上記所定の湿度閾値もしくは別の所定の湿度閾値未満となった場合には、電動コンプレッサを再び停止することができる。
【００５９】
エンジンシステム１，１′の停止後に電動コンプレッサを作動するための上記方法のいずれかを実施してもよいし、または上記方法を互いに組み合わせて実施してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  エンジンシステム
２  内燃機関
３  シリンダ
４  空気供給システム
５  排ガスシステム
６  過給機
７  給気冷却器
８  コンプレッサ
８′  補助駆動部
９  絞り弁
１０  排ガス再循環ライン
１１  排ガス再循環弁
１５  制御ユニット
４１  吸気管部分
４２  給気部分
６１  タービン
６２  コンプレッサ
Ｓ１  ステップ
Ｓ２  ステップ
Ｓ３  ステップ
Ｓ４  ステップ
Ｓ５  ステップ
Ｓ６  ステップ
Ｓ７  ステップ
Ｓ１１  ステップ
Ｓ１２  ステップ
Ｓ１３  ステップ
Ｓ１４  ステップ
Ｓ１５  ステップ
【図１】
2017082761.tif 000003
【図２】
2017082761.tif 000004
【図３】
2017082761.tif 000005
【図４】
2017082761.tif 000006
【外国語明細書】
2017082761000001.pdf