DE102008018603A1

DE102008018603A1 - Steuerung einer Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102008018603A1
Application number: DE200810018603
Authority: DE
Inventors: Ronald Pott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Förderleistung (7) einer Kraftstoffpumpe (9) zur Versorgung eines Verbrennungsmotors (3) eines Kraftfahrzeuges (5) mit einem Kraftstoff (11).
Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- Ermitteln einer Soll-Förderleistung (15) der Kraftstoffpumpe (9) mittels einem Zustand des Verbrennungsmotors (3) kennzeichnenden Parameters (17),
- Umrechnen der Soll-Förderleistung (7) in eine Soll-Drehzahl (19) der Kraftstoffpumpe (9) mittels eines Drehzahlförderleistungskennfelds (21) der Kraftstoffpumpe (9),
- Einstellen einer Ist-Drehzahl der Kraftstoffpumpe (9) in Abhängigkeit von der errechneten Soll-Drehzahl (19).
Die Parameter (17) beinhalten eine Fahrerwunschmenge (85) oder Gaspedalstellung.
Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein zur Steuerung oder Regelung einer Förderleistung einer Kraftstoffpumpe zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff sowie eine Anordnung bei dem Kraftfahrzeug zur Versorgung des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges mit dem Kraftstoff.
Steuerungen von Kraftstoffpumpen sind bekannt. Diese können auf einem niedrigen Druckniveau betrieben werden und einer Versorgung eines dem Verbrennungsmotor zugeordneten Hochdruckkreises, der eine Hochdruckpumpe aufweist, dienen. Die Hochdruckpumpe kann eine gemeinsame Leitung (Common-Rail) zur Versorgung des nachgeschalteten Verbrennungsmotors mit dem Kraftstoff mit einem Systemdruck beaufschlagen. Der Systemdruck kann geregelt werden. Aus der DE 10 2004 062 613 A1 ist ein gesteuertes Niederdruck-System bekannt. Weitere Systeme sind aus den Druckschriften DE 199 51 410 A1 sowie DE 10 2005 043 684 A1 bekannt. Aus der DE 10 2005 055 953 A1 ist ferner eine Regeleinrichtung zur Regelung der Förderdauer eines Einspritzventils bekannt, wobei als Führungsgröße der Förderdauer eine erste Sollgröße der Förderdauer anhand eines Modells der Pumpe ermittelt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte, insbesondere weniger energieaufwändige, Versorgung eines Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Förderleistung einer Kraftstoffpumpe zur Versorgung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mit einem Kraftstoff gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Ermitteln einer Soll-Förderleistung der Kraftstoffpumpe mittels einen Zustand des Verbrennungsmotors kennzeichnenden Parametern, Umrechnen der Soll-Förderleistung in eine Soll-Drehzahl der Kraftstoffpumpe, vorzugsweise mittels eines Drehzahlförderleistungskennfeldes der Kraftstoffpumpe, Einstellen einer Ist-Drehzahl der Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von der errechneten Soll-Drehzahl. Die Parameter weisen eine Fahrerwunschmenge an Kraftstoff oder Gaspedalstellung auf. Die Fahrerwunschmenge kann über der Zeit veränderlich sein, wobei vorteilhaft auf dynamische Vorgänge auf Grund solcher Änderungen der Fahrerwunschmenge besser und frühzeitiger reagiert wer den kann. Ferner wird die Förderleistung von einer oder mehreren Saugstrahlpumpen berücksichtigt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Parameter zumindest eine der folgenden Größen auf: eine Drehzahl, eine Zylinderanzahl sowie Funktion des Verbrennungsmotors, eine momentane Einspritzmenge des Verbrennungsmotors, eine Anzahl der Einspritzungen pro Hub, eine Kraftstoffvorlauftemperatur, eine Berücksichtigung von Dichte und Viskosität des Kraftstoffes in Abhängigkeit der Kraftstofftemperatur, eine äußere Lufttemperatur, einen Atmosphärendruck, eine Injektorabsteuermenge, einen Motorverbrauch, eine weitere Absteuermenge, einen hydraulischen Leistungsvorhalt für eine Beladungskurve eines Filters, einen hydraulischen Leistungsvorhalt für dynamische Vorgänge des Verbrennungsmotors, eine temperaturabhängige Spül- und Kühlleistung. Vorteilhaft können die Größen für eine besonders genaue Einstellung der Ist-Drehzahl berücksichtigt werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist folgenden Schritt auf: Einstellen der Ist-Drehzahlmittel eines zum Antrieb der Kraftstoffpumpe vorgesehenen elektrisch kommutierten Elektromotors. Vorteilhaft ist bei einer elektronischen Kommutation die Ist-Drehzahl zu jedem Zeitpunkt bekannt und regelbar.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist folgenden Schritt auf: Zurückführen einer Injektorabsteuermenge des Verbrennungsmotors in den Fördervolumenstrom der Kraftstoffpumpe. Vorteilhaft muss die Injektorabsteuermenge nicht von der Kraftstoffpumpe aufgebracht werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist folgenden Schritt auf: Ermitteln und Einrechnen einer Vorlauftemperatur des Kraftstoffs zum Ermitteln des Soll-Fördervolumenstroms. Vorteilhaft können temperaturbedingte Einflüsse berücksichtigt und eliminiert werden.
Die Aufgabe ist außerdem mit einer Anordnung bei einem Kraftfahrzeug zur Versorgung eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges mit einem Kraftstoff, insbesondere nach einem vorab beschriebenen Verfahren, mit einer einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges zugeordneten Kraftstoffpumpe, einem mittels der Kraftstoffpumpe mit einem Fördervolumenstrom antreibbaren Kreislauf, einer dem Kreislauf zugeordneten und diesem eine hydraulische Leistung entnehmenden Kraftstoffsenke des Verbrennungsmotors, wobei der Fördervolumenstrom mittels einer eine Fahrerwunschmenge oder Gaspedalstellung berücksichtigenden Drehzahlsteuerung der Kraftstoffpumpe an die hydraulische Leistung anpassbar ist gelöst. Die Fahrerwunschmen ge kann über der Zeit veränderlich sein, wobei vorteilhaft auf dynamische Vorgänge auf Grund solcher Änderungen der Fahrerwunschmenge besser und frühzeitiger reagiert werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass die Kraftstoffpumpe einen mittels der Drehzahlsteuerung mittels einer elektronischen Kommutation drehzahl regelbaren Elektromotor aufweist. Vorteilhaft ist bei einer elektronischen Kommutation, daß die Ist-Drehzahl zu jedem Zeitpunkt bekannt und regelbar ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass die Kraftstoffpumpe eine Verdrängerpumpe ist, wobei der Fördervolumenstrom im Wesentlichen nur drehzahlabhängig ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass der Fördervolumenstrom in Abhängigkeit von Parametern steuerbar ist, wobei die Parameter zumindest eine der folgenden Größen aufweisen:
eine Drehzahl, eine Zylinderanzahl sowie Funktion des Verbrennungsmotors, eine momentane Einspritzmenge des Verbrennungsmotors, eine Anzahl der Einspritzungen pro Hub, eine Kraftstoffvorlauftemperatur, eine Berücksichtigung von Dichte und Viskosität des Kraftstoffes in Abhängigkeit der Kraftstofftemperatur, eine äußere Lufttemperatur, einen Atmosphärendruck, eine Injektorabsteuermenge, einen Motorverbrauch, eine weitere Absteuermenge, einen hydraulischen Leistungsvorhalt für eine Beladungskurve eines Filters, einen hydraulischen Leistungsvorhalt für dynamische Vorgänge des Verbrennungsmotors, eine temperaturabhängige Spül- und Kühlleistung.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass die Förderleistung in Abhängigkeit eines Messwerts einer Messvorrichtung und eines vorgebbaren Sollwerts steuerbar und/oder regelbar ist. Mittels des Messwerts und des Sollwerts kann ein geschlossener Regelkreis realisiert werden.
Die Aufgabe ist ferner mit einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Anordnung zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit dem Kraftstoff gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mit einem Kraftstoff;
2 eine weitere schematische Ansicht einer Anordnung zur Versorgung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mit einem Kraftstoff; und
3 ein Blockschaltbild einer Ansteuerung einer Kraftstoffpumpe.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung 1 zur Versorgung eines Verbrennungsmotors 3 eines Kraftfahrzeuges 5 mit einem Kraftstoff 11. Zur Förderung des Kraftstoffes 11 weist das Kraftfahrzeug 5 eine Kraftstoffpumpe 9 auf. Die Kraftstoffpumpe 9 ist zum Fördern eines Fördervolumenstroms 7 des Kraftstoffes 11 ausgelegt und ist innerhalb eines Kraftstofftanks 13 des Kraftfahrzeuges 5 angeordnet. Zur Steuerung des Verbrennungsmotors 3 ist ein Motorsteuergerät 25 vorgesehen, das den Verbrennungsmotor 3 ansteuert sowie dem ein Steuergerät 23 zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 9 zugeordnet ist. Das Motorsteuergerät 25 des Verbrennungsmotors 3 kann das Steuergerät 23 der Kraftstoffpumpe 9 ansteuern oder dieses lediglich mit Parameterwerten versorgen, beispielsweise einer Drehzahl, einer momentanen Einspritzmenge, einer momentanen Anzahl der Einspritzungen pro Hub, einer Vorlauftemperatur 31 des Kraftstoffes 11 des Verbrennungsmotors und/oder einer Fahrerwunschmenge an Kraftstoff und/oder einen Atmosphärendruck und/oder einer Fahrstrecke seit einem Wechsel eines Filters 71 versorgen. Die Fahrerwunschmenge kann insbesondere von einer Fahrpedalstellung eines Fahrers des Kraftfahrzeuges 3 abhängen.
Mittels des Motorsteuergerätes 25 des Verbrennungsmotors 3 kann ein Soll-Förderleistung 15 für die Kraftstoffpumpe 9 ermittelt werden. Vorteilhaft kann es sich bei dem Steuergerät 23 der Kraftstoffpumpe 9 um eine Steuerung und/oder Regelung für eine Soll-Drehzahl 19 eines Elektromotors 27 der Kraftstoffpumpe 9 handeln. Die Drehzahlsteuerung und/oder -regelung kann vorteilhaft mittels einer elektronischen Kommutation des Elektromotors 27 erfolgen, wobei der Elektromotor 27 elektronisch kommutiert wird. Alternativ sind auch andere Verfahren zur Drehzahlregelung denkbar, beispielsweise mittels einer Drehzahlmessung und einer darauf basierenden Ansteuerung einer Ankerspannung des Elektromotors 27, ausgelegt als klassischer Gleichstrommotor mit Bürsten-Kollektor-Paarung. Die Soll-Drehzahl kann vorteilhaft mittels eines Drehzahlförderleistungskennfelds 21 ermittelt werden, das beispielsweise in dem Steuergerät 23 der Kraftstoffpumpe 9 ablegbar sein kann.
Zur Bestimmung des Soll-Fördervolumenstroms 15 können zusätzlich weitere Parameter der Parameter 17 dienen.
Zur Versorgung des Verbrennungsmotors 3 mit dem Kraftstoff 11 weist die Anordnung 1 einen Kreislauf 35 für Kraftstoff auf. Die Kraftstoffpumpe 9 ist in den Kreislauf 35 geschaltet und kann diesen mit einem Förderdruck, beispielsweise zwischen drei und sechs bar antreiben. Pfeile 65 geben die Flussrichtungen von in der Anordnung 1 geführten Volumenströmen des Kraftstoffs 11 an, beispielsweise des Fördervolumenstroms 7.
Die Kraftstoffpumpe 9 ist in einer Ansaugkammer 67 des Kraftstofftanks 13 angeordnet. Sowohl die Kraftstoffpumpe 9 als auch die Ansaugkammer 67 sind innerhalb des Kraftstofftanks 13 angeordnet. Der Kraftstoffpumpe 9 ist eine der Ansaugkammer 67 zugeordnete Rückführung 69 zum Antrieb einer oder mehrerer Saugstrahlpumpen nachgeschaltet. Außerdem ist der Kraftstoffpumpe 9 ein Temperaturfühler 33 zur Ermittlung einer Vorlauftemperatur 31 des Kraftstoffs 11 nachgeschaltet. Dem Temperaturfühler 33 sind das druckfeste Filter 71 und diesem nachgeschaltet ein weiterer Temperaturfühler 33 nachgeschaltet. Dem Filter 71 und dem weiteren Temperaturfühler 33 nachgeschaltet ist der Kreislauf 35 mittels einer Hochdruckpumpe 53 einem Hochdruckkreis 37 zugeordnet. Der Hochdruckkreis 37 weist eine Kraftstoffsenke 41 auf, wird von dem Kreislauf 35 gespeist und kann eine mittels der Hochdruckpumpe 53, beispielsweise nach dem Common-Rail-Verfahren betreibbare, Einspritzvorrichtung 73 aufweisen. Die Einspritzvorrichtung 73 dosiert den für den innermotorischen Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 3 notwendigen Kraftstoff 11 in Zylinder 75, beispielsweise direkt einspritzend. Die Einspritzvorrichtung 73 weist dazu, also zur Versorgung der Zylinder 75 des Verbrennungsmotors 3 mit dem Kraftstoff 11, Injektoren 59 auf.
Der Hochdruckpumpe 53 ist ein Rücklauf 49 des Kreislaufes 35 nachgeschaltet, der in den Kraftstofftank 13 mündet. Der Kreislauf 35 weist also im Wesentlichen den Vorlauf 51, die Hochdruckpumpe 53 beziehungsweise eine Saugseite der Hochdruckpumpe 53 sowie den Rücklauf 49 auf. Zur Regelung eines mittels der Hochdruckpumpe 53 bereitgestellten hohen Drucks ist einer der Hochdruckpumpe 53 nachgeschalteten gemeinsamen Leitung 77 ein Druckregelventil 63 nachgeschaltet. Die gemeinsame Leitung 77 bis zum Druckregelventil 63 bildet einen Vorlauf 47 des Hochdruckkreises 37. Abzweigend von der gemeinsamen Leitung 77, die als Hochdruckspeicher dient, sind dieser die Injektoren 59 der Einspritzvorrichtung 73 zur Versorgung der Zylinder 75 nachgeschaltet.
Dem Druckregelventil 63 ist ein erster Parallelzweig 55 und den Injektoren 59 ein zweiter Parallelzweig 57 eines Rücklaufs 45 des Hochdruckkreises 37 nachgeschaltet. Die Parallelzweige 55 und 57 weisen jeweils einen Druck von 3 bis 6 bar auf, der dem Förderdruck des Fördervolumenstroms 7 der Kraftstoffpumpe 9 entspricht. Die Parallelzweige 55 und 57 beziehungsweise der Rücklauf 45 des Hochdruckkreises 37 mündet an einer Einmündung 79 in den Vorlauf 51 des Kreislaufs 35. Zwischen der Einmündung 79 und der Hochdruckpumpe 53 werden der Vorlauf 51 des Kreislaufs 35 und der Rücklauf 45 des Hochdruckkreises 37 gemeinsam geführt.
In Abhängigkeit der spezifischen Eigenschaften der Injektoren 59 könne im Parallelzweig 57 weitere, nicht dargestellte Elemente wie Drosseln oder Ventile zur Druckstabilisierung vorgehen sein. Die Injektoren 59 weisen beim Betrieb eine so genannte Injektorabsteuermenge auf, die mittels des zweiten Parallelzweigs 57 in den Kreislauf 35 zurückgeführt werden kann. Vorteilhaft wird auch mittels des ersten Parallelzweigs 55 der Rücklauf des Druckregelventils 63 in den Kreislauf 35 zurückgeführt. Vorteilhaft kann dadurch der Fördervolumenstrom 7 vergleichsweise geringer ausgelegt werden, da bilanziert die Injektorabsteuermenge 29 nicht von der Kraftstoffpumpe 9 bereitgestellt werden muss.
Dem Motorsteuergerät 25 ist eine Vorsteuerung 81 zugeordnet, die insbesondere bei dynamischen Vorgängen, beispielsweise Lastwechseln, vorzugsweise ein Übergang von einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb, oder umgekehrt, bei welchem eine Schubabschaltung erfolgen kann, auf die Berechnung des Sollfördervolumenstroms 15 vorsteuernd Einfluss nehmen kann. Die Vorsteuerung 81 kann auch in dem Motorsteuergerät 25 implementiert oder enthalten sein. Der Vorsteuerung 81 ist eine Bedienerschnittstelle 83 zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors 3 vorgeschaltet, beispielsweise ein Fahrpedal, eine Momentenschnittstelle, ein führungsgeregeltes elektronisches Fahrpedal. Mittels der Bedienerschnittstelle 83 kann ein Fahrer des Kraftfahrzeuges 5 einen, insbesondere über der Zeit veränderlichen, Fahrerwunsch 84 eingeben, der in eine Fahrerwunschmenge 85, beispielsweise in Wunsch-Einspritzmenge pro Hub, umrechenbar ist. Die Bedienerschnittstelle 83 kann neben einem klassischen Fahrpedal auch weitere Bedienelemente umfassen, beispielsweise eine Geschwindigkeitsregelung. Im weitesten Sinne kann auch eine mittels einer Verbindung zu bedienbaren, teilautomatischen oder vollautomatischen Systemen 87, beispielsweise Fahrassistenzsystemen wie Abstandsregelung/überwachung, Schlupfregelung, Schwimmwinkelregelung und/oder Ähnliche ermittelt werden. Mittels der Bedienerschnittstelle 83 und/oder den Systemen 87 können jegliche Last verändernde Anforderungen zur Leistungsansteuerung des Verbrennungsmotors 3 erfasst werden.
Vorteilhaft kann mittels der Vorsteuerung 81 der Sollförderleistung 15 frühzeitig, im Idealfall synchron mit anstehenden Änderungen des zur Versorgung der Kraftstoffsenke 41 notwendigen Volumenstroms eingestellt werden. Vorteilhaft kann eine mittels des Steuergeräts 23 der Kraftstoffpumpe 11 realisierte Drehzahlsteuerung 39 den Fördervolumenstrom 7 entsprechend des berechneten Sollfördervolumenstroms 15 stets so einstellen, dass sich eine möglichst geringe Überförderung ergibt. Ein Volumenstrom des Rücklaufs 49 des Kreislaufs 35 kann minimiert werden, bis auf quasi Null abgesenkt werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Anordnung zur Versorgung des Verbrennungsmotors 3 des Kraftfahrzeuges 5 mit dem Kraftstoff 11. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zur Darstellung gemäß 1 näher erläutert. Abweichend wird die Solldrehzahl 19 der Drehzahlsteuerung 39 mittels einer in dem Motorsteuergerät 25 des Verbrennungsmotors 3 implementierbaren Regelung 89 vorgenommen. Hierzu ist in den Rücklauf 49 des Kreislaufes 35 eine Messvorrichtung 44 geschaltet. Die Messvorrichtung 44 liefert als Messwert einen Druck des Rücklaufes 45 und weist dazu einen Drucksensor 91 auf. Dem Drucksensor 91 ist eine in die Saugkammer 67 mündende Drosselvorrichtung 93 nachgeschaltet. Mittels des Messwerts 43 kann, insbesondere bei bekannter Vorlauftemperatur 31 und eines Viskositäts-Temperatur-Verhaltens des Kraftstoffs 11, auf einen Durchfluss des Rücklaufs 49 des Kreislaufs 35 zurückgerechnet werden. Als Regelkriterium kann/können ein möglichst geringer Durchfluss und/oder ein konstanter Druck, beispielsweise zwischen 1,1 bis 2 bar, dienen. Alternativ oder zusätzlich kann als Kriterium ein Mindestdruck dienen, bei welchem ein Sieden des Kraftstoffs 11 in der Hochdruckpumpe 53 sicher vermeidbar ist. Zusätzlich zu dieser Regelung kann mittels der Vorsteuerung 81 der Fahrerwunsch 85 eingerechnet werden, der vorsteuernd eine Stellstrecke mit dem Steuergerät 23 der Kraftstoffpumpe 9 der Regelung 89 überlagern kann. Vorteilhaft ergibt sich ein möglichst minimaler Rücklaufvolumenstrom des Kreislaufes 35, insbesondere bei dynamischen Vorgängen, Lastwechseln, beispielsweise zwischen einer Leistungsanforderung zwischen 0% bis zu 100% – oder umgekehrt – des Verbrennungsmotors 3.
3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild 95 einer Drehzahlsteuerung 39 mit einer Vorsteuerung 81 der Kraftstoffpumpe 11. Zunächst wird der Fahrerwunsch beziehungsweise eine daraus ableitbare Fahrerwunschmenge 85 mit einer Ist-Einspritzmenge 97 verglichen, wobei in einem Schritt 99 ein größerer Mengenwert aus dem Vergleich übernommen wird. Der so ermittelte Mengenwert wird in drei multiplikativen Umrechnungsschritten mit einer Motordrehzahl n 101 in einen Volumenstrom, einem Umrechnungsfaktor 103 unter Berücksichtigung der Anzahl der Arbeitstakte in einer Motorumdrehung der in die Einheit Liter pro Stunde sowie der Injektorabsteuermenge 29 beziehungsweise einer Injektor-Leckage in eine notwendige hydraulische Leistung 105 zur Versorgung der Kraftstoffsenke 41 umgerechnet. Die Injektorabsteuermenge 29 kann gegebenenfalls in Form eines Kennfelds vorliegen. Sofern die Injektorabsteuermenge 29 zurückgeführt wird, kann dieser Schritt entfallen. Weiterhin ist eine Ermittlung des Volumenstroms über einen alternativen Volumenstromsensor möglich.
In einem folgenden Additionsschritt werden der Leistung 105 eine temperaturabhängige hydraulische Spül- und Kühlleistung 107 für die Hochdruckpumpe 53 sowie ein hydraulischer Leistungsvorhalt 109 für eine Beladungskurve des Filters 71 hinzuaddiert. Ein entsprechendes Temperatursignal für die temperaturabhängige hydraulische Spül- und Kühlleistung 107 ist mittels der Temperatursensoren 33 generierbar. Die temperaturabhängige hydraulische Spül- und Kühlleistung 107 kann beispielsweise für Temperaturen zwischen –30°C und 0°C 30 Liter pro Stunde und für Temperaturen größer als 80°C 80 Liter pro Stunde betragen. Die Beladungskurve des Filters 71 kann mittels einer Filterkennlinie als Funktion einer zurück gelegten Wegstrecke s, einer Zeitspanne seit dem letzten Filterwechsel und/oder einer relativen, von der Kraftstoffsenke 41 tatsächlich verbrauchten, oder absoluten Durchflussmenge des Kraftstoffs 11 vorliegen.
In einem weiteren Additionsschritt kann ein hydraulischer Leistungsvorhalt 111 für dynamische Vorgänge hinzuaddiert werden. Der hydraulische Leistungsvorhalt 111 für dynamische Vorgänge kann in Form eines Übertragungsverhaltens des Verbrennungsmotors 3, insbesondere als Funktion der Motordrehzahl n und des abgegebenen Motormoments MD, als Kennfeld vorliegen.
Als Ergebnis ergibt sich eine aktuelle hydraulische Soll-Förderleistung beziehungsweise der Soll-Fördervolumenstrom 15. Dieser kann gegebenenfalls mittels einer Addition mit einem Korrekturwert 113 in eine Soll-Förderleistung 15.1 und/oder mittels einer Multiplikation mit einem Korrekturfaktor 115 in einen Soll-Fördervolumenstrom 15.2 umgerechnet werden. Die Soll-Förderleistung 15.2 wird mittels des Drehzahlfördervolumenerkennfelds 21 in die Soll-Drehzahl 19 umgerechnet. Für Start-Stopp Vorgänge kann vorrangig ein Festwert 117 überlagert werden. Als Ergebnis ergibt sich eine Soll-Drehzahl 19.1 beziehungsweise ein Stellsignal der Drehzahlsteuerung 39, insbesondere der elektronischen Kommutation des Elektromotors 27.
Mittels des Kreislaufs 35 kann ein vorteilhaftes Niederdruck-Kraftstoffsystem bereitgestellt werden, das abhängig von den speziellen Eigenschaften und Bedürfnissen des nachgeschalteten Hochdruckkreises 37 und des nachgeschalteten Verbrennungsmotors 3 den Kraftstoff 11 mit einem technisch notwendigen Druck und dem Fördervolumenstrom 7 bereitstellt. Der Druck des Fördervolumenstroms 7 kann zwischen 1 und 10 bar liegen, insbesondere zwischen 3 und 6 bar. Der Fördervolumenstrom 7 kann zwischen 0 bis 500 l/h liegen, je nach Beschaffenheit des Verbrennungsmotors 3 und der Einspritzvorrichtung 73. Vorteilhaft kann ein solcher bedarfsgeregelter Kreislauf 37 verschiedenen Einspritzvorrichtungen 73 zugeordnet werden, beispielsweise falls Systeme, insbesondere Common-Rail-Systeme, verschiedener Hersteller (Multiple Sourcing) mit unterschiedlichen Anforderungen in einem Fahrzeugtyp, insbesondere einer Serie, verbaut werden sollen.
Vorteilhaft kann ein minimaler Energieaufwand für den Kraftstofftransport, insbesondere für den Fördervolumenstrom 7, vom Kraftstofftank 13 bis zum Verbrennungsmotor 3 und damit direkt verbunden einen minimalen Kraftstoffverbrauchsanteil und entsprechend reduzierten CO₂-Ausstoß erzielt werden. Vorteilhaft kann dazu der Elektromotor 27 der Kraftstoffpumpe 9 wirkungsgradoptimiert und elektronisch kommutiert als Verdrängerkraftstoffpumpe im Kraftstofftank 11 vorgesehen werden (auch bekannt als Intank-EC-EKP). Vorteilhaft kann der Elektromotor 27 entsprechend eines momentanen Kraftstoffbedarfs des Verbrennungsmotors 3 bzw. des momentan benötigten Fördervolumenstroms 7 entsprechend dem ermittelten Soll-Fördervolumenstrom 15 angesteuert werden.
Vorteilhaft können auch die hydraulische Pumpenstufe und ggfs. die Saugstrahlpumpen wirkungsgrad optimiert werden.
Die Kraftstoffpumpe 9 kann als Verdrängerkraftstoffpumpe ausgelegt sein. Vorteilhaft gilt dann, dass eine Förderleistung, also vorliegend der Fördervolumenstrom 7, der Kraftstoffpumpe 9 im Wesentlichen nur von der Drehzahl des die Kraftstoffpumpe 9 antreibenden Elektromotors 27 abhängig ist. Erst im Weiteren spielen untergeordnete Parameter, wie Gegendruck oder Viskosität, beispielsweise über der Vorlauftemperatur 31, eine Rolle und werden daher entsprechend berücksichtigt. Vorteilhaft ergibt sich daraus, dass die Kenntnis der Drehzahl des Elektromotors 27 ausreichend sein kann, um die Förderleistung, bzw. den Fördervolumenstrom 7, der Kraftstoffpumpe 9 in dem, insbesondere empirisch ermittelbaren, Drehzahlfördervolumenkennfeld 21 bestimmbar ist.
Ein elektronisch kommutierter Elektromotor, beispielsweise der Elektromotor 27 der Kraftstoffpumpe 9, (EC_englisch = elektronisch kommutiert) weist zum Betrieb üblicherweise ein Steuergerät auf, vorliegend das Steuergerät 23. Das Steuergerät 23 kennt vorteilhaft zu jedem Zeitpunkt die Drehzahl eines Rotors des Elektromotors 27 und ist daher vorteilhaft in der Lage, diese Drehzahl auf einen gewünschten Wert, nämlich die Soll-Drehzahl 19, einzuregeln. Alternativ kann das vorgeschlagene Verfahren auch für eine klassisch kommutierte Kraftstoffpumpe 9, beispielsweise mit einem klassischen Gleichstrommotor mit Bürstenkollektorpaarung, angewendet werden, wobei lediglich zusätzlich zum Steuergerät 23 eine separate Drehzahlerfassung notwendig ist, wobei das Steuergerät 23 die entsprechende Drehzahlregelung übernehmen kann.
Vorteilhaft kann mit Hilfe der Parameter 17, insbesondere des Motorsteuergeräts 25 des Verbrennungsmotors 3 und/oder des Steuergeräts 23 der Kraftstoffpumpe 9 und/oder der Messeinrichtung 44 und/oder des Temperaturfühlers 33 der Soll-Fördervolumenstrom 15, und infolge dessen die Solldrehzahl 19, der im Kraftstofftank 13 angeordneten Kraftstoffpumpe 9 ermittelt werden.
Vorteilhaft können als Grundlage für die Vorgabe des Soll-Fördervolumenstroms 15 zumindest Verbrennungsmotorparameter der Parameter 17 verwendet werden, insbesondere eine Drehzahl, eine momentane Einspritzmenge, eine momentane Anzahl der Einspritzungen pro Hub, die Kraftstoffvorlauftemperatur 31, eine Fahrerwunschmenge, ein Atmosphärendruck und/oder eine Fahrstrecke seit einem letzten Wechsel des Filters 71.
Vorteilhaft kann mittels eines Produktes der Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 und der momentanen Einspritzmenge ein notwendiger Kraftstoffvolumenanteil des Fördervolumenstroms 7 für den reinen innermotorischen Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 3 ermittelt werden.
Von der Anzahl und Dauer der Einspritzungen pro Hub hängt der Kraftstoffvolumenanteil ab, welcher als die Injektorabsteuermenge 29 oder auch Injektorleckage bezeichnet wird.
Vorteilhaft ist es denkbar, die Injektorabsteuermenge 29 stets dem Vorlauf 51 des Kreislaufes 35 wieder zuzuführen, sodass dieser Volumenstromanteil immer im Kreis gefördert wird und somit in einer Kraftstoffbilanz der Kraftstoffpumpe 9 selbst nicht mehr berücksichtigt werden muss. Alternativ kann die Injektorabsteuermenge 29 über den Rücklauf 49 des Hochdruckkreises 37 dem Kraftstofftank 13 zugeführt werden, wobei diese mittels einer entsprechenden Anhebung des Fördervolumenstroms 7 der Kraftstoffpumpe 9 bereitgestellt werden muss.
Über die Vorlauftemperatur 31 des Kraftstoffes 11 kann vorteilhaft der Einfluss der Viskosität des Kraftstoffes 11 auf die Förderleistung bzw. den Fördervolumenstrom 7 der Kraftstoffpumpe 9 berücksichtigt werden.
Vorteilhaft ist es denkbar, mittels der Fahrerwunschmenge (Gaspedalstellung) die Vorsteuerung 81 der Kraftstoffpumpe 9 zu realisieren. Vorteilhaft kann dabei eine elektrische Leistung des Elektromotors 27 der Kraftstoffpumpe 9 vorsorglich erhöht oder verringert werden kann, bevor eine tatsächliche Ist-Einspritzmenge über das Motorsteuergerät 25 des Verbrennungsmotors 3 angepasst wird.
Die Kraftstoffsenke 41 kann ein Common-Rail-System (CR-System) aufweisen. Der Kraftstoffvolumenbedarf eines solchen Common-Rail-Systems, der mittels des Fördervolumenstroms 7 abdeckbar ist, kann sich prinzipiell wie folgt zusammensetzen: 1. Die Injektorabsteuermenge 29, die abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 und einer Dauer der Einspritzungen ist, 2. ein Motorverbrauch des Verbrennungsmotors 3, der last- und zungen ist, 2. ein Motorverbrauch des Verbrennungsmotors 3, der last- und drehzahlabhängig ist und von einem Fahrer und/oder System 87 des Kraftfahrzeuges 5 vorgebbar ist, 3. eine von der Vorlauftemperatur 31 abhängige Grundmenge für eine Kühlung und Schmierung des Common-Rail-Systems, und 4. weitere Absteuermengen, beispielsweise des Druckregelventils 63 oder andere Leckagen der Anordnung 1, die jedoch vernachlässigbar gering sein können.
Die Punkte 1., 2. und 3. können einen wesentlichen Einfluss auf den Fördervolumenstrom 7 bzw. auf die Ermittlung des Soll-Fördervolumenstroms 15 zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 9 haben.
Vorteilhaft können erhebliche Reduktionen des Energieaufwandes für die Kraftstoffförderung mittels der Kraftstoffpumpe 9 erreicht werden. Es ist beispielsweise möglich im so genannten NEFZ-Zyklus eine Reduktion von bis zu 81 Prozent zu erreichen, wobei eine mittlere mechanische Leistung, welche eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 aufbringen muss, dabei beispielsweise in NEFZ von im Mittel über 200 Watt, insbesondere 217 Watt auf im Mittel ca. 40 Watt, insbesondere 42 Watt reduziert werden kann.

1: Anordnung
3: Verbrennungsmotor
5: Kraftfahrzeug
7: Fördervolumenstrom
9: Kraftstoffpumpe
11: Kraftstoff
13: Tank
15: Soll-Fördervolumenstrom
17: Parameter
19: Soll-Drehzahl
21: Drehzahlfördervolumenerkennfeld
23: Steuergerät
25: Motorsteuergerät
27: Elektromotor
29: Injektorabsteuermenge
31: Vorlauftemperatur
33: Temperaturfühler
35: Kreislauf
37: Hochdruckkreis
39: Drehzahlsteuerung
41: Kraftstoffsenke
43: Messwert
44: Messvorrichtung
45: Rücklauf
47: Vorlauf
49: Rücklauf
51: Vorlauf
53: Hochdruckpumpe
55: erster Parallelzweig
57: zweiter Parallelzweig
59: Injektoren
61: Sollwert
63: Druckregelventil
65: Pfeil
67: Saugkammer
69: Rückführung
71: Filter
73: Einspritzvorrichtung
75: Zylinder
77: Leitung
79: Einmündung
81: Vorsteuerung
83: Bedienschnittstelle
84: Fahrerwunsch
85: Fahrerwunschmenge
87: System
89: Regelung
91: Drucksensor
93: Drosselvorrichtung
95: Blockschaltbild
97: Ist-Einspritzmenge
99: Schritt
101: Motordrehzahl
103: Umrechnungsfaktor
105: Leistung
107: Spül- und Kühlleistung
109: Leistungsvorhalt
111: Leistungsvorhalt
113: Korrekturoffset
115: Korrekturfaktor
117: Festwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004062613 A1 [0002]
- DE 19951410 A1 [0002]
- DE 102005043684 A1 [0002]
- DE 102005055953 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Förderleistung (7) einer Kraftstoffpumpe (9) zur Versorgung des Verbrennungsmotors (3) eines Kraftfahrzeuges (5) mit einem Kraftstoff (11), mit folgenden Schritten: – Ermitteln einer Soll-Förderleistung (15) der Kraftstoffpumpe (9) mittels einen Zustand des Verbrennungsmotors (3) kennzeichnenden Parametern (17), – Umrechnen der Soll-Förderleistung (7) in eine Soll-Drehzahl (19) der Kraftstoffpumpe (9) mittels eines Drehzahlfördervolumenstromkennfelds (21) der Kraftstoffpumpe (9), – Einstellen einer Ist-Drehzahl der Kraftstoffpumpe (9) in Abhängigkeit von der errechneten Soll-Drehzahl (19), wobei die Parameter (17) eine Fahrerwunschmenge (85) an Kraftstoff oder eine Gaspedalstellung beinhalten.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Parameter (17) zumindest eine der folgenden Größen beinhalten: – eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (3), – eine momentane Einspritzmenge des Verbrennungsmotors (3), – eine Anzahl der Einspritzungen pro Hub, – eine Kraftstoffvorlauftemperatur (31), – einen Atmosphärendruck, – eine Injektorabsteuermenge (29), – einen Motorverbrauch, – eine weitere Absteuermenge, – einen hydraulischen Leistungsvorhalt (109) für eine Beladungskurve eines Filters (71), – einen hydraulischen Leistungsvorhalt (111) für dynamische Vorgänge des Verbrennungsmotors (3), – eine temperaturabhängige Spül- und Kühlleistung (107) – eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem Schritt: – Einstellen der Ist-Drehzahl mittels eines zum Antrieb der Kraftstoffpumpe (9) vorgesehenen elektrisch kommutierten Elektromotors (27).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem Schritt: – Zurückführen einer Injektorabsteuermenge (29) des Verbrennungsmotors (3) in den Fördervolumenstrom (7) der Kraftstoffpumpe (9).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem Schritt: – Ermitteln und Einrechnen einer Vorlauftemperatur (31) des Kraftstoffs (11) zum Ermitteln der Soll-Förderleistung (15).
Anordnung (1) zur Versorgung eines Verbrennungsmotors (3) eines des Kraftfahrzeuges (5) mit einem Kraftstoff (11), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – einer einem Kraftstofftank (11) des Kraftfahrzeuges (5) zugeordneten Kraftstoffpumpe (9), – einem mittels der Kraftstoffpumpe (9) mit einem Fördervolumenstrom (7) antreibbaren Kreislauf (35), – einer dem Kreislauf (35) zugeordneten und diesem eine hydraulische Leistung (105) entnehmenden Kraftstoffsenke (41) des Verbrennungsmotors (3) wobei der Fördervolumenstrom (7) mittels einer eine Fahrerwunschmenge (85) an Kraftstoff oder eine Gaspedalstellung berücksichtigenden Steuerung (39) oder Regelung der Kraftstoffpumpe (9) an die hydraulische Leistung (105) anpassbar ist.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Kraftstoffpumpe (9) einen mittels einer Drehzahlsteuerung (39) mittels einer elektronischen Kommutation drehzahlregelbaren Elektromotor (27) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Kraftstoffpumpe (9) eine Verdrängerpumpe ist, wobei die Förderleistung (7) im Wesentlichen nur drehzahlabhängig ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Förderleistung (7) in Abhängigkeit von Parametern (17) steuerbar ist, wobei die Parameter (17) zumindest eine der folgenden Größen beinhalten: – eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (3), – eine momentane Einspritzmenge des Verbrennungsmotors (3), – eine Anzahl der Einspritzungen pro Hub, – eine Kraftstoffvorlauftemperatur (31), – ein Atmosphärendruck, – eine Injektorabsteuermenge (29), – ein Motorverbrauch, – eine weitere Absteuermenge, – einen hydraulischen Leistungsvorhalt (109) für eine Beladungskurve eines Filters (71), – einen hydraulischen Leistungsvorhalt (111) für dynamische Vorgänge des Verbrennungsmotors (3), – eine temperaturabhängige Spül- und Kühlleistung (107), – eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Förderleistung (7) in Abhängigkeit eines Messwerts (43) einer Messvorrichtung (44) und eines vorgebbaren Sollwerts (61) steuerbar und/oder regelbar ist.
Kraftfahrzeug (5) mit einer Anordnung (1) zur Versorgung des Verbrennungsmotors (3) mit dem Kraftstoff (11) nach einem der Ansprüche 6 bis 16.