DE102006033169B3 - Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe in einem Brennkraftmotor - Google Patents

Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe in einem Brennkraftmotor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe in einem Brennkraftmotor mit folgenden Verfahrensschritten: Antreiben der Verdrängerpumpe, Fördern des Fluides zu den Verbrauchsstellen in der Brennkraftmaschine, Ermitteln wenigstens eines Kennwerts aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine, Weiterleiten dieses Kennwerts als Istwertsignal in ein Steuergerät, Vergleichen des Istwertsignals mit einem vorgegebenen Sollwert, Aufbereiten eines Stellsignals aus der Abweichung zwischen dem Istwertsignal und dem Sollwert, Zuführen des Stellsignals an ein Stellglied, Verändern des Volumenstroms der Verbrennerpumpe mittels des Stellglieds in Abhängigkeit des Stellsignals, Wiederholen der Verfahrensschritte, bis das Istwertsignal gleich dem Sollwert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe in einer Brennkraftmaschine.
  • Derartige Verdrängerpumpen werden bei Brennkraftmaschinen vornehmlich als Schmierstoffpumpen für die Ölschmierung verwendet. Es ist bekannt, dass die Verstellung derartiger Verdrängerpumpen entweder mechanisch, hydraulisch, mechanisch-hydraulisch oder elektro-hydraulisch erfolgt. Unter der Verstellung einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe versteht man das Verkleinern oder Vergrößern ihres Verdrängungsraumes. Dazu wird bei einer volumenstromvariablen Flügelzellenpumpe der Achsversatz des drehenden Rotors zur Pumpenmitte derart verändert, dass die sich zwischen den Flügeln befindenden einzelnen Verdrängerräume vergrößert oder verkleinert werden. Das Verändern des Achsversatzes nennt man Verstellung. Die Verstellung einer Pumpe wird dann durchgeführt, wenn entweder der Anlagendruck variiert werden soll oder die Fördermenge angepasst werden muss.
  • Aus der EP 1 387 960 A1 ist eine volumenstromvariable Verdrängerpumpe bekannt. Für die Verstellung der Pumpe wird ein Kennwert der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies führt zu sehr guten Ergebnissen bei Schmierstoffpumpen. Werden jedoch Ladeluftpumpen verwendet, so werden hinsichtlich der Verbrennung keine optimalen Ergebnisse erzielt, da sich bei ändernden Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Lufttemperatur, usw.) nicht unbedingt die abgefragten Kennwerte der Brennkraftmaschine ändern müssen. Daher wird das geförderte Volumen der Pumpe trotz sich ändernder Umgebungsbedingungen oftmals nicht verändert.
  • Eine Verdrängerpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US 5,515,829 bekannt. Außerdem ist aus dem Lehrbuch "MATTHIES, Hans Jürgen z.a.: Einführung in die Ölhydraulik. 4. neu bearb. u. erw. Aufl., Wiesbaden, B.G. Teubner, 2003, S. 201–213, ISBN: 3-519-36318-6 ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine volumenstromvariable Verdrängerpumpe optimal an sich ändernde Bedürfnisse einer Brennkraftmaschine angepasst werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein markanter Kennwert aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ermittelt und in Abhängigkeit der Abweichung dieses Kennwerts von einem Istwertsignal die Verdrängerpumpe so lange verstellt, bis der Kennwert dem Sollwert angeglichen ist.
  • Als Kennwert wird ein Signal für den Restsuerstoofgehalt einer im Abgasstrom sich befindenden Lambda-Sonde verwendet. Daneben können der Saugdruck (pS), der Lieferdruck (pL), die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und/oder der Verdrängerpumpe, die Temperatur (T) des Fluides und/oder die Fördermenge (Q) des Fluides ermittelt werden. Dies bedeutet, dass auch die Möglichkeit besteht, dass mehrere unterschiedliche Kennwerte ermittelt werden und abhängig von diesen mehreren Kennwerten die Verdrängerpumpe angesteuert wird. Dabei können die mehreren Kennwerte gleichzeitig oder nacheinander abgefragt werden. Auf jeden Fall wird aber der Kennwert aus Abgasstrom zur Ansteuerung verwendet.
  • Außerdem kann der Sollwert in Form von Sollwertbereichen zur Verfügung gestellt werden, so dass erst eine Abweichung einer bestimmten Größenordnung zu einer Verstellung der Verdrängerpumpe führt. Dies kann so eingestellt werden, dass z.B. eine Abweichung von 5 % vom Sollwert zu einer Verstellung der Verdrängerpumpe führt, wohingegen Abweichungen unterhalb dieses Grenzwertes unbeachtlich bleiben.
  • Eine andere Variante sieht vor, dass eine Veränderung des Volumenstroms nur dann vorgenommen wird, wenn das Stellsignal sich um einen bestimmten Wert ändert. Dies können ebenfalls 5 % oder 10 % sein.
  • Vorteilhaft kann als Steuergerät der bereits vorhandene Motorsteuerrechner verwendet werden, in dem bereits eine Vielzahl an Kenndaten verarbeitet werden. Der Motorsteuerrechner muss dann lediglich mit den Daten der Verdrängerpumpe sowie den Berechnungsregeln für den Sollwert-/Istwertvergleich und für die Signalerzeugung ergänzt werden. Somit bedarf es weder zusätzlicher Sensoren noch zusätzlicher Leitungen, so dass der Bauteilaufwand relativ gering ist.
  • Bevorzugt wird als Stellglied ein elektromotorischer oder hydraulischer Antrieb verwendet. Dabei kann der hydraulische Antrieb für beide Stellrichtungen mit einem Fluid beaufschlagt werden. Als Fluid kann bevorzugt das Schmieröl der Brennkraftmaschine verwendet werden. Beim Betätigen des Stellgliedes wird das Fördervolumen der Verdrängerpumpe linear, progressiv oder degressiv verändert. Dabei wird das Fördervolumen der Verdrängerpumpe vergrößert oder verringert. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass in beide Stellrichtungen schnelle Änderungen vorgenommen werden können.
  • Dabei kann die Verdrängerpumpe eine Ölpumpe oder eine Gaspumpe, insbesondere ein Lader, bevorzugt ein hydrostatischer oder hydrodynamischer Lader sein.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Verdrängerpumpe, insbesondere ein Lader, bezeichnet, die bzw. der von einer Brennkraftmaschine 2 angetrieben wird. Die Verdrängerpumpe 1 saugt z.B. Öl aus einem Ölsumpf an und fördert dieses zu einer Vielzahl von Schmierstoffstellen in der Brennkraftmaschine 2, von denen lediglich eine dargestellt ist. Das Öl läuft von den Schmierstoffstellen wieder zurück in den Ölsumpf. Im Falle eines Laders, saugt dieser Luft aus der Umgebung 3 an und fördert diese über den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 in die Brennräume 4. Von dort gelangt das Abgas in ein Abgassystem 8 und von dort in die Umgebung 3. Im Abgassystem 8 befindet sich eine Lambda-Sonde 9, die Kennwerte liefert, die in einem Motorsteuergerät zur Optimierung der Gasmischung verarbeitet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zusätzlich die Kennwerte von im Motorsystem vorhandenen Messstellen 5 zur Ermittlung von Lieferdruck pL, die Fördermenge Q, die Temperatur T, den Saugdruck pS und die Drehzahl n als Istwertsignale für die Verarbeitung in einem Steuergerät 6. Dabei werden die bereits vorhandenen Sensoren sowie verlegten Leitungen verwendet. Außerdem wird das bereits vorhandene Motorsteuergerät verwendet und gegebenenfalls ergänzt. Im Steuergerät 6 sind für den Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine 2 Solldaten für die Lambda-Sonde 9 und die Messstellen 5 für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 abgelegt. Die über die Lambda-Sonde 9 und an den Messstellen 5 ermittelten Istwertsignale werden im Steuergerät 6 mit den dort abgelegten Solldaten verglichen. Aus den Abweichungen zwischen den Istwerten und den Sollwerten wird im Steuergerät 6 ein Stellsignal erzeugt, welches über einen Signalgeber 7 an ein Stellglied 10 weitergeleitet wird. Durch das Stellglied 10 wird anhand des Stellsignals ein Vergrößern oder Verkleinern des Verdrängerraumes der Verdrängerpumpe 1 so lange bewirkt, bis die Istwertsignale der Lambda-Sonde 9 und gegebenenfalls an den Messstellen 5 mit den Sollwertsignalen im Steuergerät 6 übereinstimmen. Hierfür werden geeignete Regelsysteme verwendet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich zur Lambda-Sonde 9 die in der Zeichnung dargestellten Messstellen 5 verwendet werden können, dass jedoch auch weniger Messstellen 5 oder weitere zusätzliche Messstellen 5 verwendet werden können. Das Steuergerät 6 kann als Einzelgerät vorhanden sein oder es ist, wie bereits erwähnt, im Motorsteuergerät integriert. In diesem Fall müssen lediglich zusätzlich Daten für die Verdrängerpumpe 1 sowie die Berechnungsregeln für den Sollwert-/Istwertvergleich und die Signalsteuererzeugung abgespeichert werden. Der Signalgeber 7 kann ebenfalls als Einzelgerät ausgebildet sein oder er ist in das Steuergerät 6 oder in das Stellglied 10 integriert.
  • Das Stellglied 10 ist als diskretes Bauteil ausgebildet oder ist bereits in der Verdrängerpumpe 1 integriert. Das Stellglied 10 enthält ein Magnetventil 11 und einen Hydraulikantrieb 12 mit einem in beide Stellrichtungen antreibbaren Kolben. Der Hydraulikantrieb 12 wird über eine separate Pumpe 13 oder über den Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine 1 mit Druckmedium versorgt.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) in einer Brennkraftmaschine (2) mit folgenden Verfahrensschritten: – Antreiben der volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1), – Fördern des Fluides zu Verbrauchsstellen in der Brennkraftmaschine (2), – Ermitteln wenigstens eines Kennwerts aus einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine (2), – Weiterleiten dieses Kennwerts als Istwertsignal in ein Steuergerät (6), – Vergleichen des Istwertsignals mit einem vorgegebenen Sollwert, – Aufbereiten eines Stellsignals aus der Abweichung zwischen dem Istwertsignal und dem Sollwert, – Zuführen des Stellsignals an ein Stellglied (10), – Verändern eines Volumenstroms der volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) mittels des Stellglieds (10) in Abhängigkeit des Stellsignals, – Wiederholen der Verfahrensschritte, bis das Istwertsignal gleich dem Sollwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert ein Signal für den Restsauerstoffgehalt einer sich im Abgasstrom der Brennkraftmaschine befindenden Lambda-Sonde (9) verwendet wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert in Form von Sollwertbereichen zur Verfügung gestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) nur dann geändert wird, wenn das Stellsignal einen Schwellwert überschreitet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuergerät (6) ein bereits vorhandener Motorsteuerrechner oder ein separater Rechner verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Steuergeräts (6) der Motorsteuerrechner mit Daten der volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) sowie Berechnungsregeln für den Sollwert-/Istwertvergleich und die Stellsignalerzeugung ergänzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied (10) ein elektromotorischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb (12) verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (12) für beide Stellrichtungen mit einem Fluid in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases beaufschlagt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid das Schmieröl der Brennkraftmaschine (2) verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betätigen des Stellgliedes (10) der Volumenstrom der volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) linear, progressiv oder degressiv verändert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall einer Steuerungskette oder eines einzelnen Bauteils die volumenstromvariable Verdrängerpumpe (1) auf maximalen Volumenstrom verstellt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als volumenstromvariable Verdrängerpumpe eine Ölpumpe oder eine Gaspumpe, insbesondere ein Lader, verwendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Gaspumpe ein hydrostatischer oder hydrodynamischer Lader verwendet wird.
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