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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeugeinrichtung, wobei die Kraftfahrzeugeinrichtung einen elektrischen Verbraucher und eine den Verbraucher steuernde und/oder regelnde und mit elektrischem Strom beaufschlagende Steuereinrichtung aufweist, wobei die Temperatur der Steuereinrichtung ermittelt und bei Erreichen einer Vorgabetemperatur durch die ermittelte Temperatur die Leistung des Verbrauchers auf eine Vorgabeleistung begrenzt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftfahrzeugeinrichtung sowie eine Brennkraftmaschine.
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Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der elektrische Verbraucher ist über die Steuereinrichtung an eine Stromquelle angeschlossen, wobei die Steuereinrichtung den Verbraucher, insbesondere dessen Leistung, steuert und/oder regelt. Der Verbraucher wird also über die Steuereinrichtung mit elektrischem Strom versorgt. Insbesondere bei Verbrauchern, welche einen hohen Strombedarf aufweisen, erwärmt sich die Steuereinrichtung aufgrund des sie durchfließenden Stroms. Bei entsprechenden Umgebungsbedingungen, insbesondere einer hohen Umgebungstemperatur, kann es daher dazu kommen, dass die Temperatur der Steuereinrichtung soweit ansteigt, dass Fehlfunktionen beziehungsweise Beschädigungen der Steuereinrichtung auftreten. Aus diesem Grund wird häufig die Leistung des Verbrauchers auf die Vorgabeleistung begrenzt, sobald die Temperatur der Steuereinrichtung die Vorgabetemperatur erreicht und/oder überschreitet. Das bedeutet, dass die Leistung die Vorgabeleistung nicht überschreiten darf, also nach oben auf diese begrenzt wird.
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Üblicherweise beträgt die Vorgabeleistung einen bestimmten Anteil der maximalen Leistung des Verbrauchers, beispielsweise 75%. Auf diese Weise wird die Steuereinrichtung nicht außerhalb ihrer Spezifikationen hinsichtlich der maximalen Temperatur betrieben. Durch die Begrenzung der Leistung auf die Vorgabeleistung fällt die Temperatur der Steuereinrichtung wieder ab. Wenn die Temperatur um einen bestimmten Wert gefallen ist, wird die Leistungsbegrenzung wieder aufgehoben, die Leistung des Verbrauchers also nicht mehr auf die Vorgabeleistung begrenzt. In Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen liegt die Zeitdauer zwischen dem Aufnehmen und dem Aufheben der Begrenzung bei einigen Sekunden bis zu einigen Minuten. Nach dem Aufheben der Leistungsbegrenzung steigt jedoch, insbesondere bei gleichgebliebenen Umgebungsbedingungen, die Temperatur der Steuereinrichtung innerhalb kurzer Zeit wieder auf die Vorgabetemperatur an, sodass der gesamte Vorgang wiederholt wird. Dies hat eine stark schwankende Leistung des elektrischen Verbrauchers zur Folge, was unter Umständen zu Fehlfunktionen, beispielsweise einer von dem Verbraucher abhängigen Einrichtung, führen kann. Zudem muss die Vorgabeleistung derart gewählt sein, dass sie unter allen Umgebungsbedingungen ausreichend niedrig ist, dass die Temperatur der Steuereinrichtung abfällt oder zumindest nicht weiter ansteigt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeugeinrichtung vorzuschlagen, welches den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere unabhängig von den vorliegenden Umgebungsbedingungen einen zuverlässigen Betrieb des elektrischen Verbrauchers ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorgabeleistung in Abhängigkeit von der Temperatur der Steuereinrichtung und/oder einer Umgebungstemperatur bestimmt wird. Die Vorgabeleistung wird also nicht, wie üblich, auf einen bestimmten (konstanten) Wert gesetzt, welcher beispielsweise einen bestimmten Anteil der maximalen Leistung des elektrischen Verbrauchs entspricht. Vielmehr wird die Vorgabeleistung in Abhängigkeit von den jeweils vorherrschenden Bedingungen bestimmt. Dabei kann bei der Bestimmung der Vorgabeleistung die Temperatur der Steuereinrichtung, die Umgebungstemperatur oder beide berücksichtigt werden. Die Temperatur der Steuereinrichtung und/oder die Umgebungstemperatur stellen also Eingangsgrößen für die Bestimmung dar, während die Vorgabeleistung die Ausgangsgröße bildet. Die Temperatur der Steuereinrichtung ist dabei diejenige Temperatur, welche beispielsweise zumindest näherungsweise die Temperatur des Elements der Steuereinrichtung abbildet, welches während des Betriebs der Kraftfahrzeugeinrichtung üblicherweise die höchste Temperatur aufweist und/oder die niedrigste Temperaturbeständigkeit aufweist. Die Umgebungstemperatur ist dagegen die Temperatur, welche in ausreichender Entfernung von der Steuereinrichtung vorliegt, so dass sie lediglich geringfügig oder idealerweise überhaupt nicht von der von der Steuereinrichtung abgegebenen Wärme beeinflusst wird.
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Grundsätzlich können nun verschiedene Bestimmungsmethoden zur Bestimmung der Vorgabeleistung herangezogen werden. Beispielsweise ist es möglich, die Vorgabeleistung mit Hilfe einer mathematischen Beziehung und/oder einer Look Up-Tabelle aus der Temperatur der Steuereinrichtung und/oder der Umgebungstemperatur zu bestimmen. Die Vorgabeleistung hängt in diesem Fall statisch von der entsprechenden Eingangsgröße oder den entsprechenden Eingangsgrößen ab. Zum Beispiel kann es also vorgesehen sein, dass für die jeweils vorliegende Umgebungstemperatur die maximal mögliche Leistung des elektrischen Verbrauchers als Vorgabeleistung bestimmt wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Vorgabeleistung nicht aus der statischen Beziehung beziehungsweise der statischen Look Up-Tabelle zu bestimmen, sondern dynamisch während des Betreibens der Kraftfahrzeugeinrichtung zu ermitteln, beispielsweise durch eine Regelung der Temperatur der Steuereinrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht demnach zusammenfassend vor, dass die Vorgabeleistung, auf welche die tatsächliche Leistung des Verbrauchers begrenzt wird, sobald die Temperatur der Steuereinrichtung die Vorgabetemperatur erreicht oder überschreitet, bei einer ersten Temperatur einen ersten Wert und bei einer von der ersten Temperatur verschiedenen zweiten Temperatur einen zweiten Wert aufweist, welcher von dem ersten Wert verschieden ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorgabeleistung mittels eines Reglers bestimmt wird, der wenigstens ein integrales Reglerglied aufweist. Der Regler weist dabei die Temperatur der Steuereinrichtung und/oder die Umgebungstemperatur beziehungsweise deren Differenz von der Vorgabetemperatur als Eingangsgröße(n) auf. Die Ausgangsgröße des Reglers ist die Vorgabeleistung, auf welche die Leistung des Verbrauchers begrenzt wird, solange die Temperatur der Steuereinrichtung die Vorgabetemperatur erreicht beziehungsweise übersteigt. Der Regler ist bevorzugt ein stetig linearer Regler und weist beispielsweise neben dem integralen Reglerglied ein proportionales Reglerglied und/oder ein differentiales Reglerglied auf. Der Regler kann insoweit als I-Regler, PI-Regler oder als PID-Regler ausgeführt sein. Auf diese Weise wird die Vorgabeleistung stetig auf diejenige Leistung geregelt, bei welcher die Temperatur der Steuereinrichtung der Vorgabetemperatur entspricht beziehungsweise diese nur geringfügig überschreitet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur der Steuereinrichtung auf die Vorgabetemperatur geregelt wird. Durch das Begrenzen der Leistung des Verbrauchers auf die Vorgabeleistung und das Bestimmen der Vorgabeleistung in Abhängigkeit von der Temperatur der Steuereinrichtung mit Hilfe des Reglers, nähert sich die Temperatur der Steuereinrichtung der Vorgabetemperatur an. Es stellt sich also automatisch die bei jeder Temperatur mögliche maximale Leistung des Verbrauchers ein. Bei nur geringfügiger Überschreitung der Vorgabetemperatur wird entsprechend die Leistung des Verbrauchers nur geringfügig zurückgenommen, um die Temperatur der Steuereinrichtung der Vorgabetemperatur anzupassen. Es ist also nicht wie üblich notwendig, zeitabschnittsweise deutliche Begrenzungen der Leistung des Verbrauchers vorzunehmen, welche zu den vorstehend beschriebenen Leistungsschwankungen führen. Vielmehr wird stets ein optimaler Betrieb des Verbrauchers ermöglicht. Zusätzlich kann es bei dem Regeln der Temperatur vorgesehen sein, Regelschwankungen zu vermeiden, indem ein Prädiktor für eine der Temperatur der Steuereinrichtung entsprechende Eingangsgröße des Reglers verwendet wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Zeitkonstante des Reglers, insbesondere des integralen Reglerglieds, an eine thermische Zeitkonstante der Steuereinrichtung und/oder eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Steuereinrichtung und der Umgebungstemperatur angepasst wird. Die thermische Zeitkonstante beschreibt die Abhängigkeit der Temperatur der Steuereinrichtung von den Eigenschaften der Steuereinrichtung selbst sowie den Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur beziehungsweise der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Steuereinrichtung und der Umgebungstemperatur. Sie gibt an, wie schnell sich die Temperatur der Steuereinrichtung bei einer bestimmten Leistung des Verbrauchers verändert. Entsprechend ist es sinnvoll, die Zeitkonstante des Reglers entsprechend der thermischen Zeitkonstante der Steuereinrichtung einzustellen. Alternativ kann die Zeitkonstante auch in Abhängigkeit von der beschriebenen Temperaturdifferenz gewählt sein. Das Anpassen der Zeitkonstante des Reglers kann dynamisch während des Betriebs der Kraftfahrzeugeinrichtung erfolgen, also stets den aktuellen Gegebenheiten nachgeführt werden. Auf diese Weise werden beispielsweise Veränderungen, insbesondere durch Alterung und/oder Umgebungsbedingungen verursachte Veränderungen, der Kraftfahrzeugeinrichtung berücksichtigt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur der Steuereinrichtung mittels eines Temperatursensors gemessen und/oder mittels eines Temperaturmodells bestimmt wird. Die Temperatur der Steuereinrichtung kann also unmittelbar (mit Hilfe des Temperatursensors) oder mittelbar (mit Hilfe des Temperaturmodells) bestimmt werden. Der Temperatursensor ist dabei bevorzugt an der Steuereinrichtung befestigt beziehungsweise in thermischer Verbindung zu dieser angeordnet. Insbesondere soll die thermische Verbindung zwischen einem thermisch am höchsten belasteten Element der Steuereinrichtung beziehungsweise dem thermisch am wenigsten beständigen Element und dem Temperatursensor vorliegen. Die mit Hilfe des Temperatursensors gemessene Temperatur kann in einer ersten Ausführungsform unmittelbar als Eingangsgröße bei der Bestimmung der Vorgabeleistung herangezogen werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die Temperatur mit Hilfe des Temperaturmodells bestimmt wird, in welches beispielsweise als Eingangsgrößen die momentane Leistung des Verbrauchers und/oder die Umgebungstemperatur eingehen. Schließlich ist es auch möglich, dass zunächst eine Temperatur mit Hilfe des Temperatursensors gemessen wird, welche anschließend als Eingangsgröße für das Temperaturmodell verwendet wird. Aus dem Temperaturmodell ergibt sich anschließend die Temperatur der Steuereinrichtung. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Temperatursensor beabstandet zu dem thermisch höchstbelasteten Element beziehungsweise dem am wenigsten temperaturbeständigen Element der Steuereinrichtung angeordnet ist. Zudem kann das Temperaturmodell als Prädiktor für den Regler verwendet werden, welches insoweit eine Prädiktion von dessen der Temperatur der Steuereinrichtung entsprechenden Eingangsgröße durchführt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Temperatursensor in die Steuereinrichtung integriert ist. Eine derartige Ausführungsform ist vorteilhaft, weil die mit Hilfe des Temperatursensors gemessene Temperatur der tatsächlichen Temperatur der Steuereinrichtung im Wesentlichen entspricht und dieser bei einer Veränderung über die Zeit auch schnell nachgeführt werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass erst bei Unterschreiten einer Mindestleistung durch die Vorgabeleistung ein Fehlersignal erzeugt wird. Das Fehlersignal ist vorgesehen, um wenigstens einer weiteren Einrichtung des Kraftfahrzeugs, welchem die Kraftfahrzeugeinrichtung angehört, eine Fehlfunktion der Kraftfahrzeugeinrichtung anzuzeigen. Bei den bekannten Verfahren wird bei jedem Erreichen der Vorgabetemperatur durch die ermittelte Temperatur ein solches Fehlersignal erzeugt. Entsprechend häufig wird einem Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fehlfunktion angezeigt. Im Gegensatz dazu ist es nun vorgesehen, nicht bereits bei dem Erreichen oder Überschreiten der Vorgabetemperatur durch die ermittelte Temperatur das Fehlersignal abzusetzen, sondern erst, wenn bei der Begrenzung der Leistung des Verbrauchers tatsächlich die Mindestleistung durch die Vorgabeleistung unterschritten wird. Nur in diesem Fall ist es notwendig, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs auf die begrenzte Leistung des Verbrauchers aufmerksam gemacht wird, so dass er beispielsweise eine Werkstatt aufsuchen kann. Bei lediglich geringfügiger Begrenzung der Leistung des Verbrauchers ist dies nicht notwendig und unterbleibt daher. Die Mindestleistung wird beispielsweise auf 75% der maximalen Leistung des Verbrauchers festgelegt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Kraftfahrzeugeinrichtung eine Fördereinrichtung verwendet wird, die als elektrischen Verbraucher eine Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffpumpe, bevorzugt eine Niederdruckkraftstoffpumpe, aufweist. Das Kraftstoffsystem des Kraftfahrzeugs verfügt üblicherweise über eine Niederdruckkraftstoffpumpe und eine Hochdruckkraftstoffpumpe, wobei erstere Kraftstoff aus einem Tank des Kraftfahrzeugs entnimmt und der Hochdruckkraftstoffpumpe zuführt. Der Ausgangsdruck der Niederdruckkraftstoffpumpe ist dabei deutlich geringer als derjenige der Hochdruckkraftstoffpumpe. Wird die Leistung des Verbrauchers wesentlich reduziert, so kann es, falls dieser in Form der Niederdruckkraftstoffpumpe vorliegt, zu einer Unterversorgung der Hochdruckkraftstoffpumpe kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn bei dem Erreichen der Vorgabetemperatur die Leistung des Verbrauchers auf die festgelegte Vorgabeleistung begrenzt wird, welche nicht in Abhängigkeit von der Temperatur der Steuereinrichtung beziehungsweise der Umgebungstemperatur bestimmt wird. Bedingt durch die üblicherweise lediglich geringfügige Begrenzung der Leistung des Verbrauchers bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt dieses Verhalten nicht mehr auf.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftfahrzeugeinrichtung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einem elektrischen Verbraucher und einer den Verbraucher steuernden und/oder regelnden und mit elektrischem Strom beaufschlagenden Steuereinrichtung, wobei vorgesehen ist, die Temperatur der Steuereinrichtung zu ermitteln und bei Erreichen einer Vorgabetemperatur durch die ermittelte Temperatur die Leistung des Verbrauchers auf eine Vorgabeleistung zu begrenzen. Dabei ist vorgesehen, dass die Kraftfahrzeugeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Vorgabeleistung in Abhängigkeit von der Temperatur der Steuereinrichtung und/oder einer Umgebungstemperatur zu bestimmen. Die Kraftfahrzeugeinrichtung beziehungsweise das mit dieser durchgeführte Verfahren kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Auf die Vorzüge der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wurde bereits vorstehend eingegangen.
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Die Erfindung betrifft schließlich eine Brennkraftmaschine mit einer als Fördereinrichtung dienenden Kraftfahrzeugeinrichtung, welche gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei keinerlei Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems eines Kraftfahrzeugs.
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Die 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 1 eines ansonsten nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Kraftstoffsystem 1 verfügt über einen Kraftstofftank 2 und eine als Fördereinrichtung vorliegende Kraftfahrzeugeinrichtung 3. Dies weist einen elektrischen Verbraucher 4 in Form einer Niederdruckkraftstoffpumpe auf. Mit Hilfe der Niederdruckkraftstoffpumpe kann Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 2 in Richtung einer Hochdruckkraftstoffpumpe 5 gefördert werden. Zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe 4 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 ist dabei ein Filter 6 vorgesehen. Zwischen dem Filter 6 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 zweigt zudem eine Rückführleitung 7 ab, durch welche Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 2 gelangen kann. In der Rückführleitung 7 ist dabei ein hier nicht dargestelltes Überdruckventil angeordnet, so dass nur bei Vorliegen eines zu hohen Kraftstoffdrucks vor der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 Kraftstoff in Richtung des Kraftstofftanks 2 durch die Rückführleitung 7 abgeführt wird. Nachfolgend der Hochdruckkraftstoffpumpe 5, also auf deren Druckseite, folgen ein Drosselelement 8 sowie ein Rail 9, an welches Einbringvorrichtungen 10 angeschlossen sind. Zudem ist über ein Überdruckventil 11 eine Rückführleitung 12 an das Rail 9 angeschlossen, welche auf ihrer anderen Seite zwischen dem Filter 6 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 einmündet. Bei Vorliegen eines zu hohen Drucks in dem Rail 9 kann also Kraftstoff aus diesem abgeführt werden.
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Die Kraftfahrzeugeinrichtung 3 verfügt neben der Niederdruckkraftstoffpumpe 4 über eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung, mittels welcher die Niederdruckkraftstoffpumpe 4 gesteuert und/oder geregelt ist. Zudem versorgt die Steuereinrichtung die Niederdruckkraftstoffpumpe 4 mit elektrischem Strom. Zu diesem Zweck verfügt sie beispielsweise über eine entsprechende Leistungselektronik. Bei einem der Fahrzeugeinrichtung 3 entsteht entsprechend durch die Beaufschlagung der Niederdruckkraftstoffpumpe 4 mit elektrischem Strom Wärme, aufgrund welcher sich die Steuereinrichtung erwärmt. Insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen kann die Temperatur der Steuereinrichtung eine Maximaltemperatur überschreiten, bei welcher Fehlfunktionen und/oder Beschädigungen auftreten können. Aus diesem Grund wird, sobald die Temperatur der Steuereinrichtung eine Vorgabetemperatur erreicht oder überschreitet, welche bevorzugt unterhalb der maximal zulässigen Temperatur der Steuereinrichtung liegt, die Leistung der Niederdruckkraftstoffpumpe 4 auf eine Vorgabeleistung begrenzt.
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Diese Vorgabeleistung soll in Abhängigkeit von der Temperatur der Steuereinrichtung und/oder der Umgebungstemperatur bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird besonders bevorzugt ein Regler verwendet, welcher wenigstens ein integrales Reglerglied aufweist. Als Eingangsgröße des Reglers wird zumindest die Temperatur der Steuereinrichtung herangezogen. Zusätzlich kann auch die Umgebungstemperatur als Eingangsgröße dienen. Als Ausgangsgröße weist der Regler die Vorgabeleistung auf, auf welche anschließend die Leistung des Verbrauchers nach oben begrenzt wird. Die Leistung des Verbrauchers wird also derart eingestellt beziehungsweise geregelt, dass sie die Vorgabeleistung nicht überschreitet. Entsprechend wird also die Temperatur der Steuereinrichtung auf die Vorgabetemperatur geregelt. Auf diese Weise kommt es auch bei Erreichen oder Überschreiten der Vorgabetemperatur durch die ermittelte Temperatur üblicherweise nur zu einer geringfügigen Leistungsverringerung des Verbrauchers. Entsprechend wird der Betrieb der Kraftfahrzeugeinrichtung 3 allenfalls geringfügig beeinträchtigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffsystem
- 2
- Kraftstofftank
- 3
- Kraftfahrzeugeinrichtung
- 4
- Verbraucher
- 5
- Hochdruckkraftstoffpumpe
- 6
- Filter
- 7
- Rückführleitung
- 8
- Drosselelement
- 9
- Rail
- 10
- Einbringvorrichtung
- 11
- Überdruckventil
- 12
- Rückführleitung
