DE102013009518A1

DE102013009518A1 - Motor vehicle with a fuel heater

Info

Publication number: DE102013009518A1
Application number: DE102013009518.2A
Authority: DE
Inventors: Brahim Moati; Wolf Goetze
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffpumpe (18) in einem Kraftfahrzeug (10), um mit der Kraftstoffpumpe (18) einen flüssigen Kraftstoff (16) in dem Kraftfahrzeug (10) zu fördern. Einem Elektromotor (26) der Kraftstoffpumpe (18) wird durch einen Wechselrichter (38) ein Drehstrom mit einer drehmomenterzeugenden q-Komponente zugeführt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den zu fördernden flüssigen Kraftstoff (16) eine Kraftstoff-Heizeinrichtung bereitzustellen. Hierzu wird zumindest ein mit einer Temperatur des zu fördernden flüssigen Kraftstoffs (16) korrelierter Signalwert ermittelt und der zumindest eine ermittelte Signalwert mit einem jeweiligen Grenzwert verglichen. Der Grenzwert gibt an, ob der Kraftstoff (16) beheizt werden muss. Falls anhand des Vergleichs erkannt wird, dass der Kraftstoff (16) beheizt werden muss, wird durch den Wechselrichter (38) eine d-Komponente des Drehstroms verändert, so dass durch die veränderte d-Komponente eine zusätzliche Blindleistung in dem Elektromotor (26) umgesetzt wird, die wiederum ohmsche Verluste (50) in dem Elektromotor (26) bewirkt.The invention relates to a method for operating a fuel pump (18) in a motor vehicle (10) in order to convey a liquid fuel (16) in the motor vehicle (10) with the fuel pump (18). An electric motor (26) of the fuel pump (18) is supplied with a three-phase current with a torque-generating q-component through an inverter (38). The invention is based on the object of providing a fuel heating device for the liquid fuel (16) to be conveyed. For this purpose, at least one signal value correlated with a temperature of the liquid fuel (16) to be conveyed is determined and the at least one determined signal value is compared with a respective limit value. The limit value indicates whether the fuel (16) has to be heated. If the comparison recognizes that the fuel (16) has to be heated, the inverter (38) changes a d-component of the three-phase current, so that the changed d-component converts an additional reactive power into the electric motor (26) is, which in turn causes ohmic losses (50) in the electric motor (26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffpumpe in einem Kraftfahrzeug, um mit der Kraftstoffpumpe einen flüssigen Kraftstoff in dem Kraftfahrzeug zu fördern. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kraftstoffpumpe.The invention relates to a method for operating a fuel pump in a motor vehicle in order to promote a liquid fuel in the motor vehicle with the fuel pump. The invention also includes a motor vehicle with such a fuel pump.

Zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit flüssigem Kraftstoff wird dieser Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe aus dem Reservetank hin zu der Einspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors befördert. Eine Kraftstoffpumpe kann neben der eigentlichen Pumpeinrichtung, beispielsweise einer Verdrängerpumpe oder einer Strömungspumpe, einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpeinrichtung umfassen. In der Regel umfasst der Elektromotor einen Rotor, der drehbar in einem Stator gelagert ist. Der Rotor weist ein Rotor-Magnetfeld, oder kurz Rotorfeld, auf, das entweder durch Permanentmagneten oder durch Erregerspulen des Rotors erzeugt wird. Die Wicklungen des Stators erzeugen bei abwechselnder Bestromung ein magnetisches Drehfeld, durch welches ein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt wird. Um mittels der Wicklungen des Stators das magnetische Drehfeld zu erzeugen, werden die Wicklungen des Stators mit einem Drehstrom beaufschlagt, welcher durch einen Wechselrichter erzeugt wird.For fuel supply of an internal combustion engine of a motor vehicle with liquid fuel, this fuel is conveyed by means of a fuel pump from the reserve tank to the injector of the internal combustion engine. A fuel pump, in addition to the actual pumping device, such as a positive displacement pump or a flow pump, comprise an electric motor for driving the pumping device. In general, the electric motor comprises a rotor which is rotatably mounted in a stator. The rotor has a rotor magnetic field, or rotor field for short, which is generated either by permanent magnets or by exciting coils of the rotor. The windings of the stator generate alternately energizing a magnetic rotating field through which a torque is applied to the rotor. In order to generate the magnetic rotating field by means of the windings of the stator, the windings of the stator are subjected to a three-phase current, which is generated by an inverter.

Bei niedrigen Temperaturen, also beispielsweise bei Frost, können insbesondere bei Dieselkraftstoff die Viskosität steigen und Parafinbestandteile ausflocken und den Kraftstofffilter versülzen, so dass kein ausreichender Durchfluss des Kraftstoffs durch den Kraftstofffilter erzielt wird. Daher kann vorgesehen sein, den Kraftstoff zu heizen.At low temperatures, that is, for example, in the case of frost, the viscosity can increase, especially in the case of diesel fuel, and flocculate constituents of paraffin and trickle the fuel filter, so that sufficient fuel flow through the fuel filter is not achieved. Therefore, it may be provided to heat the fuel.

Aus der DE 10 2009 045 049 A1 ist hierzu bekannt, den Elektromotor der Kraftstoffpumpe im Mischbetrieb zum Heizen zu verwenden. Hierzu wird ein Elektromotor benötigt, bei welchem die Wicklungen des Stators in einem Sternpunkt verschaltet sind. Über den Sternpunkt wird ein Gleichstrom zugeführt, der das Drehfeld des Stators überlagert und ohne Beeinträchtigung des Motorbetriebs die Wicklungen aufgrund von ohmschen Verlusten erwärmt. Der Sternpunkt eines Elektromotors einer Kraftstoffpumpe ist allerdings häufig nicht zugänglich, so dass die Kraftstoffpumpe beim Herstellen eines Kraftfahrzeugs umständlich umgerüstet werden muss.From the DE 10 2009 045 049 A1 is known to use the electric motor of the fuel pump in the mixed mode for heating. For this purpose, an electric motor is required in which the windings of the stator are connected in a neutral point. A direct current is supplied via the star point, which superimposes the rotating field of the stator and heats the windings due to ohmic losses without impairing the motor operation. However, the star point of an electric motor of a fuel pump is often inaccessible, so that the fuel pump has to be retrofitted when manufacturing a motor vehicle.

Aus der US 2010/0204945 A1 ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem bei einer Kraftstoffpumpe eines Kraftfahrzeugs ein verstopfter Kraftstofffilter oder eine zugefrorene Kraftstoffleitung erkannt wird. Hierzu wird ein Betriebsparameter des Elektromotors der Kraftstoffpumpe überwacht und bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts wird davon ausgegangen, dass der Kraftstoff aufgrund einer Verstopfung nicht mehr gefördert werden kann.From the US 2010/0204945 A1 a method is known by means of which a clogged fuel filter or a frozen fuel line is detected in a fuel pump of a motor vehicle. For this purpose, an operating parameter of the electric motor of the fuel pump is monitored and, when a predetermined threshold value is exceeded, it is assumed that the fuel can no longer be conveyed due to a blockage.

Aus der EP 1 885 054 B1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors bekannt, der beispielsweise für eine Kraftstoffpumpe ausgelegt sein kann. Bei dem Verfahren werden eine d-Komponente und eine q-Komponente des vom Wechselrichter erzeugten Drehstroms genutzt. Zum Ermitteln dieser Komponenten aus einem dreiphasigen Drehstrom wird die sogenannte Park-Clarke-Transformation verwendet.From the EP 1 885 054 B1 For example, a method of controlling an electric motor that may be configured for a fuel pump, for example, is known. The method uses a d-component and a q-component of the three-phase current generated by the inverter. To determine these components from a three-phase three-phase current, the so-called Park-Clarke transformation is used.

Generell ist im Zusammenhang mit der Steuerung eines Elektromotors mittels Wechselrichter bekannt, hierfür eine Vektorsteuerung zu verwenden, durch die die besagte q-Komponente und die d-Komponente des Drehstroms für den Elektromotor eingestellt werden. Durch die Vektorregelung wird hierbei die d-Komponente auf Null geregelt und nur die drehmomenterzeugende q-Komponente gemäß der Drehlage des Rotors nachgeführt. Hierdurch setzt der Elektromotor nur elektrische Wirkleistung in mechanische Wirkleistung um. Induktive oder kapazitive Blindleistung wird hierbei vermieden.In general, in connection with the control of an electric motor by means of an inverter, it is known to use a vector controller for this, by means of which the said q-component and the d-component of the three-phase current for the electric motor are set. By the vector control here the d-component is controlled to zero and tracked only the torque-generating q-component according to the rotational position of the rotor. As a result, the electric motor converts only active electrical power into mechanical active power. Inductive or capacitive reactive power is avoided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug für den zu fördernden flüssigen Kraftstoff eine Kraftstoff-Heizeinrichtung bereitzustellen.The invention has for its object to provide a fuel heater in a motor vehicle for the liquid fuel to be delivered.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.The object is achieved by a method according to claim 1 and a motor vehicle according to claim 10. Advantageous developments of the invention are given by the dependent claims.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Kraftstoffpumpe in einem Kraftfahrzeug betrieben, um mit der Kraftstoffpumpe einen flüssigen Kraftstoff in dem Kraftfahrzeug zu fördern. In der bereits beschriebenen Weise wird durch einen Wechselrichter einem Elektromotor der Kraftstoffpumpe ein Drehstrom mit einer drehmomenterzeugenden q-Komponente zugeführt. Bei dem Verfahren wird zusätzlich überprüft, ob der zu fördernde Kraftstoff beim Fördern beheizt werden muss. Hierzu werden ein Signalwert oder auch mehrere Signalwerte ermittelt, die mit der Temperatur des Kraftstoffs korreliert sind. Das Verfahren weist in Bezug auf die Anzahl und die Auswahl der Signalwerte mehrere Ausführungsformen auf. So kann ein Signalwert ein Messwert für eine Außentemperatur sein, also die Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs. Diese Temperatur kann von dem in der Regel im Kraftfahrzeug bereitgestellten Temperaturfühler ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit für einen Signalwert ist die Kraftstofftemperatur selbst. Hierzu kann beispielsweise ein Thermometer im Kraftstofftank oder in einer Kraftstoffleitung angeordnet sein. Es kann aber auch beispielsweise die Viskosität des Kraftstoffs gemessen werden. Wie eingangs beschrieben, wird der Kraftstoff bei zu geringer Temperatur zähflüssig. Es kann aber auch beispielsweise mittels eines optischen Sensors die Transparenz des Kraftstoffs überprüft werden und hierbei insbesondere der Flockengehalt des Kraftstoffs ermittelt werden. Ist der Kraftstoff trübe oder sind Flocken zu erkennen, so besteht Heizbedarf. Es kann auch indirekt ein Leistungsbedarf des Elektromotors ermittelt werden. Ist der Kraftstoff zähflüssig oder enthält er Flocken, so benötigt der Elektromotor zum Fördern des Kraftstoffes mehr elektrische Leistung als beim Fördern eines niederviskosen Kraftstoffs. Es kann aber auch pauschal als Signalwert beispielsweise ein Kaltstartsignal ausgewertet werden, das in dem Kraftfahrzeug in der Regel bereitgestellt wird, um Systemen des Kraftfahrzeugs zu signalisieren, dass ein Kaltstart durchgeführt wird. Mit Kaltstart ist hierbei der gängige, im Zusammenhang mit dem Betrieb von Verbrennungsmotoren bekannte Fachbegriff gemeint.By means of the method according to the invention, a fuel pump is operated in a motor vehicle in order to convey a liquid fuel in the motor vehicle with the fuel pump. In the manner already described, a three-phase current with a torque-generating q-component is supplied by an inverter to an electric motor of the fuel pump. The method also checks whether the fuel to be pumped must be heated during conveying. For this purpose, a signal value or even a plurality of signal values are determined, which are correlated with the temperature of the fuel. The method has several embodiments in terms of number and selection of signal values. Thus, a signal value may be a measured value for an outside temperature, ie the ambient temperature of the motor vehicle. This temperature can be determined by the usually provided in the motor vehicle temperature sensor. Another possibility for a signal value is the fuel temperature itself. For this purpose, for example, a thermometer may be arranged in the fuel tank or in a fuel line. But it can too For example, the viscosity of the fuel can be measured. As described above, the fuel becomes viscous if the temperature is too low. However, it is also possible, for example, to check the transparency of the fuel by means of an optical sensor and, in particular, to determine the flake content of the fuel. If the fuel is cloudy or flakes are detected, there is a need for heating. It can also be determined indirectly a power requirement of the electric motor. If the fuel is viscous or contains flakes, the electric motor to deliver the fuel requires more electrical power than when pumping a low-viscosity fuel. However, it can also be evaluated as a signal value, for example, a cold start signal that is usually provided in the motor vehicle to signal systems of the motor vehicle that a cold start is performed. Cold start means the common technical term known in connection with the operation of internal combustion engines.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zumindest eine ermittelte Signalwert mit einem jeweiligen Grenzwert verglichen. Der Grenzwert gibt an, ob der Kraftstoff beheizt werden muss. Der Grenzwert ist hierbei natürlich für jeden Signalwert signalwertspezifisch festzulegen. Falls anhand des Vergleichs erkannt wird, dass der Kraftstoff beheizt werden muss, wird durch den Wechselrichter eine d-Komponente des Drehstroms verändert. Mit der d-Komponenten wird in an sich bekannter Weise Anteil des Drehstroms erzeugt, der eine Blindleistung in dem Elektromotor hervorruft. Mit anderen Worten wird bei Erkennen eines Heizbedarfs durch Einstellen der d-Komponente elektrische Leistung periodisch zwischen dem Elektromotor und dem Wechselrichter ausgetauscht. Insbesondere wird durch Verändern der d-Komponente mehr Blindleistung umgesetzt, wenn Heizbedarf besteht, als wenn er nicht besteht. Der durch die Blindleistung zusätzlich fließende Strom erzeugt wiederum ohmsche Verluste in dem Elektromotor, so dass sich der Elektromotor erwärmt. Diese Wärme wird dann während des Pumpens an den Kraftstoff abgegeben, so dass sich dessen Temperatur erhöht. Der Elektromotor wird hierzu bevorzugt von dem Kraftstoff zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, umspült.In the method according to the invention, the at least one determined signal value is compared with a respective limit value. The limit indicates whether the fuel needs to be heated. Of course, the limit value must be defined signal-specifically for each signal value. If, on the basis of the comparison, it is detected that the fuel has to be heated, the inverter changes a d-component of the three-phase current. With the d-component portion of the three-phase current is generated in a conventional manner, which causes a reactive power in the electric motor. In other words, upon detecting a heating demand by adjusting the d component, electric power is periodically exchanged between the electric motor and the inverter. In particular, by changing the d component, more reactive power is converted when there is a need for heating than when it does not exist. The additional current flowing through the reactive power again generates ohmic losses in the electric motor, so that the electric motor heats up. This heat is then released to the fuel during pumping so that its temperature increases. For this purpose, the electric motor is preferably at least partially, preferably completely, surrounded by the fuel.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass es allein durch die Art der Ansteuerung des Wechselrichters realisiert werden kann und weder der Elektromotor noch sonstige Komponenten der Kraftstoffpumpe baulich verändert werden müssen.The inventive method has the advantage that it can be realized only by the type of driving the inverter and neither the electric motor nor other components of the fuel pump must be structurally changed.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird in zumindest einem Fall, in welchem der Kraftstoff in der beschriebenen Weise beheizt wird, zum Erzeugen der ohmschen Verluste die d-Komponente feldschwächend ausgerichtet, das heißt sie weist dem magnetischen Rotorfeld entgegen. Der Magnetfeldvektor des magnetischen Rotorfelds ist also antiparallel zu demjenigen Anteil des magnetischen Statorfelds gerichtet, welches durch die d-Komponente hervorgerufen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Induktion einer Überspannung in dem Stator vermieden wird.According to one embodiment of the method, in at least one case in which the fuel is heated in the manner described, the d-component is field-weakening-oriented for generating the ohmic losses, that is, it opposes the magnetic rotor field. The magnetic field vector of the magnetic rotor field is thus directed antiparallel to that portion of the magnetic stator field, which is caused by the d-component. This results in the advantage that an induction of overvoltage in the stator is avoided.

Ein weiterer Vorteil wird gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erzielt, wenn zum Erhalt eines von dem Elektromotor erzeugten Drehmoments zusammen mit der beschriebenen Feldschwächung bei Heizbedarf noch die q-Komponente vergrößert wird. Dann gibt der Elektromotor ein gleichbleibendes Drehmoment an die Pumpe ab, so dass Laufruhe erzielt wird.A further advantage is achieved according to a development of the method, if, in order to obtain a torque generated by the electric motor together with the described field weakening when heating is required, the q-component is increased. Then, the electric motor outputs a constant torque to the pump, so that smoothness is achieved.

Der beschriebene Feldschwächebetrieb zum Vermeiden einer zu großen Induktionsspannung ist an sich aus dem Stand der Technik für den Fall bekannt, dass eine Drehzahl des Elektromotors eine konstruktionsbedingte Höchstdrehzahl überschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also insbesondere dadurch aus, dass der Feldschwächebetrieb bereits bei einer Drehzahl eingeleitet wird, für die konstruktionsbedingt kein Feldschwächebetrieb vorgesehen ist, weil die induzierte Spannung derart gering ist, dass die elektrische Isolierungen des Elektromotors für die induzierten Spannungen ausreichend ist.The described field weakening operation for avoiding a too large induction voltage is known per se from the prior art in the event that a rotational speed of the electric motor exceeds a design maximum speed. The inventive method is thus characterized in particular by the fact that the field weakening operation is already initiated at a speed for the construction of which no field weakening operation is provided because the induced voltage is so low that the electrical insulation of the electric motor is sufficient for the induced voltages.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass in zumindest einen Fall zum Erzeugen der ohmschen Verluste die d-Komponente feldverstärkend, also gleichsinnig zu dem magnetischen Rotorfeld ausgerichtet wird. Der Magnetfeldvektor des Rotorfelds und der Magnetfeldvektor desjenigen Anteils des Stator-Drehfelds, der durch die d-Komponente hervorgerufen wird, sind also gleichsinnig oder parallel ausgerichtet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch bei einem Motortyp, bei dem der Feldschwächebetrieb aufgrund des eingesetzten Magnetmaterials unmöglich ist, beispielsweise bei einem permanent erregten Rotor, das erfindungsgemäße Verfahren dennoch erfolgreich realisiert werden kann.Another embodiment of the method provides that in at least one case for generating the ohmic losses, the d-component is field-amplifying, that is aligned in the same direction to the magnetic rotor field. The magnetic field vector of the rotor field and the magnetic field vector of that portion of the stator rotating field, which is caused by the d-component, are therefore aligned in the same direction or in parallel. This results in the advantage that even with a motor type in which the field weakening operation is impossible due to the magnetic material used, for example in a permanently excited rotor, the inventive method can still be successfully implemented.

Außerdem kann bei feldstärkender Ausrichtung der d-Komponente mehr Blindleistung im Elektromotor umgesetzt werden als bei feldschwächender Ausrichtung, da im letzteren Fall das maximal vom Elektromotor abgebbare Drehmoment durch die Feldschwächung begrenzt ist und bei zu großer Feldschwächung die Pumpe nicht mehr angetrieben werden kann.In addition, more reactive power in the electric motor can be implemented in field strengthening alignment of the d-component than in field weakening orientation, since in the latter case, the maximum deliverable by the electric motor torque is limited by the field weakening and too large field weakening the pump can not be driven.

Um Kontrolle über die ohmschen Verluste und damit über die von dem Elektromotor an den Kraftstoff abgegebene Wärmeleistung zu haben, kann vorgesehen sein, mittels einer Kennlinie oder eines Kennfelds die Stromrichtung und/oder einen Stromstärkewert für die d-Komponente festzulegen und dann die d-Komponente entsprechend einzustellen. Als Eingangswert zum Ermitteln der Kennwerte kann hierbei ein aktueller Wert zumindest eines Betriebsparameters der Kraftstoffpumpe verwendet werden. Beispiele für geeignete Betriebsparameter sind eine aktuelle Drehzahl des Elektromotors und eine Stromstärke der q-Komponente. Von dem aktuellen Wert des Betriebsparameters kann abhängig sein, welche ohmschen Verluste bei einer bestimmten d-Komponente umgesetzt werden. Die Kennlinie oder das Kennfeld kann hierbei beispielsweise in einfachen Versuchen ermittelt werden. Natürlich kann als zumindest ein weiterer Eingangswert auch einer der Signalwerte verwendet werden.In order to have control over the ohmic losses and thus over the output of the electric motor to the fuel heat output, can be provided to set the current direction and / or a current value for the d-component by means of a characteristic curve or a map and then adjust the d-component accordingly. In this case, a current value of at least one operating parameter of the fuel pump can be used as the input value for determining the characteristic values. Examples of suitable operating parameters are a current speed of the electric motor and a current of the q-component. From the current value of the operating parameter, it can be dependent on which ohmic losses are converted for a given d-component. The characteristic or the map can be determined here, for example, in simple experiments. Of course, one of the signal values can also be used as at least one further input value.

Um für den Drehstrom, der beispielsweise dreiphasig oder auch noch-mehrphasig sein kann, eine geeignete d-Komponente zu ermitteln, kann in an sich bekannter Weise auf die Park-Clarke-Transformation zurückgegriffen werden. Insbesondere im Zusammenhang mit einem Synchronmotor als Elektromotor kann hier insbesondere auf die Vektorregelung für einen solchen Elektromotor zurückgegriffen werden. Insbesondere im Zusammenhang mit einem Gleichstrommotor kann auch ein Verfahren zum Steuern des Wechselrichters mittels Ansteuervektoren (englisch: Voltage Vectors) verwendet werden. Hierbei ist dann der Wechselrichter als Zweipunkt-Wechselrichter oder als Mehrpunkt-Wechselrichter auszulegen. Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei dem Kraftstoff insbesondere um Dieselkraftstoff. Das Verfahren ist aber auch für andere Kraftstofftypen geeignet, wie Benzin oder auch einen Kraftstoff für eine Brennstoffzelle.In order to determine a suitable d-component for the three-phase current, which can be, for example, three-phase or even multi-phase, the Park-Clarke transformation can be used in a manner known per se. In particular, in connection with a synchronous motor as an electric motor can be used in particular on the vector control for such an electric motor. In particular, in connection with a DC motor, a method for controlling the inverter by means of control vectors (Voltage Vectors) can be used. In this case, the inverter must be designed as a two-point inverter or as a multipoint inverter. As already stated, the fuel is in particular diesel fuel. The method is also suitable for other types of fuel, such as gasoline or a fuel for a fuel cell.

Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet. Dieses weist eine Kraftstoffpumpe mit einem Elektromotor und einem Wechselrichter zum Betreiben des Elektromotors auf. Erfindungsgemäß ist bei dem Kraftfahrzeug eine Steuereinrichtung für den Wechselrichter bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist, die Kraftstoffpumpe gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann hierzu beispielsweise einen Mikrokontroller umfassen.As already stated, the invention also includes a motor vehicle. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. This has a fuel pump with an electric motor and an inverter for operating the electric motor. According to the invention, a control device for the inverter is provided in the motor vehicle, which is designed to control the fuel pump according to an embodiment of the method according to the invention. The control device may include, for example, a microcontroller for this purpose.

Für die Realisierung des Verfahrens hat sich bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug insbesondere die Verwendung eines bürstenlosen Gleichstrommotors als Elektromotor oder ein Elektromotor mit permanentmagneterregtem Rotor oder ein elektronisch kommutierter Synchronmotor erwiesen.For the realization of the method, in particular the use of a brushless DC motor as an electric motor or an electric motor with a permanent magnet excited rotor or an electronically commutated synchronous motor has proven in the motor vehicle according to the invention.

Insbesondere für die elektronische Kommutierung, aber auch für die Ansteuerung eines Gleichstrommotors, hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wenn der Wechselrichter Halbbrücken mit Halbleiterschaltern umfasst. Hierdurch lässt sich aufgrund der schnellen Schaltfähigkeit der Halbleiterschalter eine Regelung nach q-Komponente und d-Komponente sehr zuverlässig umsetzen. Bevorzugt umfassen die Halbleiterschalter jeweils zumindest einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) und/oder einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Diese Halbleiterschalter weisen den Vorteil auf, dass sie anders als beispielsweise ein Thyristor durch ein Steuersignal sowohl in den leitenden als auch in den sperrenden Zustand geschaltet werden können. Hierdurch ergeben sich weniger Probleme bei der Kommutierung.In particular, for the electronic commutation, but also for the control of a DC motor, it has proved to be advantageous if the inverter includes half-bridges with semiconductor switches. As a result, due to the fast switching capability of the semiconductor switches, a control according to the q-component and the d-component can be implemented very reliably. Preferably, the semiconductor switches each comprise at least one MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and / or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). These semiconductor switches have the advantage that, unlike, for example, a thyristor, they can be switched into a conducting state as well as a blocking state by a control signal. This results in fewer commutation problems.

Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt die einzige Figur eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.In the following, the invention is explained once again with reference to a concrete embodiment. For this purpose, the single figure shows an embodiment of the motor vehicle according to the invention. In the embodiment explained below, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of each other, which also develop the invention independently of each other and thus also individually or in a different combination than shown as part of the invention , Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

In der Figur ist in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, bei dem es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Für einen Betrieb des Verbrennungsmotors 12 ist in einem Kraftstofftank 14 ein flüssiger Kraftstoff 16 gespeichert. Bei dem Kraftstoff 16 kann es sich beispielsweise um Benzin oder Diesel handeln. Der Kraftstoff 16 kann mit einer Kraftstoffförderpumpe oder kurz Kraftstoffpumpe 18 von dem Kraftstofftank 14 zu dem Verbrennungsmotor 12 hin gefördert werden. Die Kraftstoffpumpe 18 umfasst eine Pumpeinrichtung 20, bei der es sich beispielsweise um eine Verdrängerpumpe oder eine Strömungspumpe handeln kann. Mittels der Pumpeinrichtung 20 saugt die Kraftstoffpumpe 18 über eine Kraftstoffleitung 22 den Kraftstoff 16 an und gibt ihn über eine Kraftstoffleitung 24 an den Verbrennungsmotor 12 ab.In the figure is a schematic representation of a motor vehicle 10 shown, which may be, for example, a passenger car. The car 10 has an internal combustion engine 12 on. For operation of the internal combustion engine 12 is in a fuel tank 14 a liquid fuel 16 saved. At the fuel 16 it can be, for example, gasoline or diesel. The fuel 16 can with a fuel pump or short fuel pump 18 from the fuel tank 14 to the internal combustion engine 12 be promoted. The fuel pump 18 includes a pumping device 20 , which may be, for example, a positive displacement pump or a flow pump. By means of the pumping device 20 sucks the fuel pump 18 over a fuel line 22 the fuel 16 and give it over a fuel line 24 to the internal combustion engine 12 from.

Die Pumpeinrichtung 20 kann durch einen Elektromotor 26 angetrieben werden. Der Elektromotor 26 kann beispielsweise ein Synchronmotor oder ein Gleichstrommotor sein. Der Elektromotor 26 kann einen Stator 28 und einen darin drehbar oder rotierbar gelagerten Rotor 30 umfassen. Der Rotor 30 kann über eine Welle 32 mit der Pumpeinrichtung 20 mechanisch gekoppelt sein. Der Stator 28 kann einen weichmagnetischen Bereich 34 zum Führen eines magnetischen Flusses sowie darin gelagerte elektrische Wicklungen 36 umfassen. Der Elektromotor 26 kann in der Weise in der Kraftstoffpumpe 18 angeordnet sein, dass er ganz oder teilweise während des Pumpvorgangs von dem Kraftstoff 16 umspült wird.The pumping device 20 can by an electric motor 26 are driven. The electric motor 26 may be, for example, a synchronous motor or a DC motor. The electric motor 26 can be a stator 28 and a rotor rotatably or rotatably mounted therein 30 include. The rotor 30 can over a wave 32 with the pumping device 20 be mechanically coupled. The stator 28 can be a soft magnetic field 34 for guiding a magnetic flux and electrical windings mounted therein 36 include. The electric motor 26 can in the way in the fuel pump 18 be arranged that it is completely or partially during the pumping of the fuel 16 is washed around.

Die elektrischen Wicklungen 36 können durch einen Wechselrichter 38 in an sich bekannter Weise mit einem Drehstrom beaufschlagt werden. Der Wechselrichter 28 ist hierzu über eine drei- oder mehrphasige Wechselstromleitung 40 mit den Wicklungen 36 des Stators 28 elektrisch verbunden. Der Wechselrichter 38 erzeugt den Drehstrom aus einem Gleichstrom, der über ein Gleichspannungs-Bordnetz 42 von einer Gleichspannungsquelle 44 bereitgestellt wird. Bei der Gleichspannungsquelle 44 kann es sich beispielsweise um eine Fahrzeugbatterie und/oder einen Generator des Kraftfahrzeugs 10 handeln. Der Wechselrichter 28 kann durch eine Steuereinrichtung 46 gesteuert werden. Beispielsweise kann der Wechselrichter in an sich bekannter Weise als Zweipunkt-Wechselrichter oder Mehrpunkt-Wechselrichter ausgestaltet sein und durch die Steuereinrichtung 46 die Schaltzustände der Halbbrücken des Wechselrichters gemäß einer Pulsweitenmodulation oder einer Zweipunktstromregelung geschaltet werden.The electrical windings 36 can through an inverter 38 be acted upon in a conventional manner with a three-phase current. The inverter 28 This is via a three- or multi-phase AC line 40 with the windings 36 of the stator 28 electrically connected. The inverter 38 generates the three-phase current from a direct current, which is supplied by a direct current electrical system 42 from a DC voltage source 44 provided. For the DC voltage source 44 it may be, for example, a vehicle battery and / or a generator of the motor vehicle 10 act. The inverter 28 can by a control device 46 to be controlled. For example, the inverter can be designed in a manner known per se as a two-point inverter or multipoint inverter and by the control device 46 the switching states of the half-bridges of the inverter are switched according to a pulse width modulation or a two-point current control.

Durch den Drehstrom wird von den Wicklungen 36 in dem Stator 28 ein magnetisches Drehfeld erzeugt, welches mit einem magnetischen Feld des Rotors 30 wechselwirkt. Hierdurch wirkt auf den Rotor 30 ein Drehmoment, durch welches der Rotor um eine Rotationsachse 48 rotiert wird. Das Drehmoment wird hierbei durch eine q-Komponente des Statorfeldes, also des magnetischen Drehfeldes des Stators 28, hervorgerufen. Diese q-Komponente des Statordrehfeldes wird wiederum durch eine q-Komponente des Drehstroms in den Wicklungen 36 verursacht.By the three-phase current is from the windings 36 in the stator 28 generates a magnetic rotating field, which with a magnetic field of the rotor 30 interacts. This acts on the rotor 30 a torque through which the rotor about an axis of rotation 48 is rotated. The torque is in this case by a q-component of the stator field, ie the magnetic rotating field of the stator 28 , caused. This q-component of the stator rotating field is again represented by a q-component of the three-phase current in the windings 36 caused.

Um zu erkennen, wann das Beheizen des Kraftstoffs 16 nötig ist, kann die Steuereinrichtung 46 beispielsweise ein Kaltstartsignal überwachen. Das Kaltstartsignal kann beispielsweise von einem Steuergerät 52 des Kraftfahrzeugs 10 erzeugt werden und beispielsweise über einen Kommunikationsbus 54 des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise einem CAN-Bus (CAN – Controller Area Network) zu der Steuereinrichtung 46 übertragen werden.To detect when the heating of the fuel 16 is necessary, the control device 46 For example, monitor a cold start signal. The cold start signal can be, for example, from a control unit 52 of the motor vehicle 10 be generated and, for example via a communication bus 54 of the motor vehicle 10 , For example, a CAN bus (CAN - Controller Area Network) to the controller 46 be transmitted.

Zum Heizen des Kraftstoff 16 wird zusätzliche elektrische Leistung in dem Elektromotor 28 umgesetzt. Hierzu kann durch den Wechselrichter 38 mittels einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 46 eine zusätzliche d-Komponente des Drehstroms hinzugefügt werden, durch welche zusätzliche Blindleistung in dem Elektromotor 36 umgesetzt wird, die nicht für das eigentlich Antreiben der Kraftstoffpumpe und auch nicht für den Schutz vor einer Überspannung nötig ist. Diese Blindleistung führt zu einem Wechselstrom in den Wicklungen 36, der wiederum ohmsche Verluste und damit eine Wärmeabgabe 50 verursacht. Die Wärmeabgabe ist in der Figur durch geschlängelte Wellen symbolisiert. Die Wärme 50 wird an den vorbeiströmenden Kraftstoff 16 abgegeben. Hierdurch erwärmt sich der Kraftstoff.For heating the fuel 16 becomes additional electric power in the electric motor 28 implemented. This can be done by the inverter 38 by means of a corresponding control by the control device 46 an additional d-component of the three-phase current can be added, by which additional reactive power in the electric motor 36 which is not necessary for actually driving the fuel pump and also for the protection against overvoltage. This reactive power leads to an alternating current in the windings 36 , in turn, ohmic losses and thus heat dissipation 50 caused. The heat release is symbolized in the figure by meandering waves. The heat 50 gets to the passing fuel 16 issued. This heats up the fuel.

Bei einem Synchronmotor lässt sich das magnetische Statorfeld über die Park-Clarke-Transformation durch eine Drehstrom erzeugende q-Komponente und eine mit dem Rotor ausgerichtete d-Komponente beschreiben. Ein Ansteuerverfahren ist die Vektorregelung, bei der die d-Komponente auf Null geregelt wird oder zur Feldschwächung bei hohen Drehzahlen verwendet wird. Beim bürstenlosen Gleichstrommotor existiert neben der Vektorregelung analog ein einfacheres Verfahren, bei dem an diskreten Motorpositionen das Statorfeld kommutiert wird. Auch hierbei existiert analog zur Vektorregelung ein Ansteuervektor, der orthogonal zum Momenten erzeugenden Vektor liegt.In a synchronous motor, the magnetic stator field can be described by the Park-Clarke transformation by a three-phase generating q-component and a d-component aligned with the rotor. One driving method is the vector control, in which the d component is controlled to zero or used for field weakening at high speeds. In the brushless DC motor, in addition to the vector control, a simpler method exists in which the stator field is commutated at discrete motor positions. Here too, analogously to the vector control, there is a drive vector which is orthogonal to the torque-generating vector.

Wird die d-Komponente in feldschwächender Richtung von Null erhöht, so bewirkt dieser Strom sowie der zum Erhalt des Moments bei Feldschwächung gesteigerte q-Strom, also die q-Komponente des Drehstroms, eine Erwärmung des Elektromotors 26. Ist die Beschränkung des Moments unerwünscht oder der Feldschwächebetrieb aufgrund des eingesetzten Magnetmaterials unmöglich, so kann die d-Komponente in feldverstärkender Richtung angelegt werden. Als Nebeneffekt zur Erwärmung steigt das erreichbare Motormoment durch die Reluktanzkomponente.If the d-component is increased from zero in field-weakening direction, then this current and the q-current, ie the q-component of the three-phase current, which has been increased to preserve the moment during field weakening, causes the electric motor to heat up 26 , If the limitation of the torque is undesirable or the field weakening operation is impossible due to the magnetic material used, the d-component can be applied in the field-amplifying direction. As a side effect of heating, the achievable engine torque increases through the reluctance component.

Durch das Beispiel ist gezeigt, wie durch ein geeignetes Ansteuerverfahren für einen Wechselrichter eine Kraftstoffpumpe als Heizeinrichtung für einen Kraftstoff des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.The example shows how a fuel pump can be used as a heating means for a fuel of the motor vehicle by a suitable drive method for an inverter.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009045049 A1 [0004]
US 2010/0204945 A1 [0005]
EP 1885054 B1 [0006]

Claims

Method for operating a fuel pump ( 18 ) in a motor vehicle ( 10 ) with the fuel pump ( 18 ) a liquid fuel ( 16 ) in the motor vehicle ( 10 ), wherein an electric motor ( 26 ) of the fuel pump ( 18 ) by an inverter ( 38 ) a three-phase current is supplied with a torque-generating q-component, characterized in that at least one with a temperature of the liquid fuel to be delivered ( 16 ) correlated signal value is determined and the at least one determined signal value is compared with a respective limit value, wherein the limit value indicates whether the fuel ( 16 ) and, depending on the comparison, if the comparison shows that the fuel ( 16 ) must be heated by the inverter ( 38 ) a d-component of the three-phase current is changed in such a way that due to the changed d-component an additional reactive power in the electric motor ( 26 ), which in turn has resistive losses ( 50 ) in the electric motor ( 26 ) causes.

The method of claim 1, wherein as the at least one signal value is determined: a measured value for an outside temperature and / or a fuel temperature and / or a viscosity of the fuel ( 16 ) and / or a transparency of the fuel ( 16 ) and / or a flake content of the fuel ( 16 ) and / or a power requirement of the electric motor and / or in the motor vehicle ( 10 ) generated cold start signal.

Method according to one of the preceding claims, wherein in at least one case for generating the ohmic losses, the d-component field weakening, ie in opposite directions to a magnetic rotor field of a rotor ( 30 ) of the electric motor ( 26 ) is aligned.

Method according to claim 3, wherein to obtain one of the electric motor ( 26 ) generated torque along with the field weakening the q-component is increased.

A method according to claim 3 or 4, wherein a premature field weakening operation is initiated at a speed for which no field weakening operation is provided by design.

Method according to one of the preceding claims, wherein in at least one case for generating the ohmic losses ( 50 ) field-enhancing the d-component, that is aligned in the same direction to a magnetic rotor field.

Method according to one of the preceding claims, wherein as a function of a current value of at least one operating parameter of the fuel pump ( 18 ) is determined by means of a characteristic curve or a map, a current direction and / or a current value for the d-component and the d-component is adjusted accordingly.

Method according to one of the preceding claims, wherein the d-component is adjusted by means of a Park-Clarke transformation and / or a vector control and / or by means of a drive vector for a two-point inverter or for a multipoint inverter.

Method according to one of the preceding claims, wherein as the fuel ( 16 ) a diesel fuel is promoted.

Motor vehicle ( 10 ) with a fuel pump ( 18 ) with an electric motor ( 26 ) and an inverter ( 38 ) for operating the electric motor ( 26 ), characterized by a control device ( 46 ) for the inverter ( 38 ), which is adapted to the fuel pump ( 18 ) to drive according to a method according to one of the preceding claims.

Motor vehicle ( 10 ) according to claim 10, wherein the electric motor ( 26 ) a brushless DC motor or an electric motor with permanent-magnet rotor ( 30 ) or an electronically commutated synchronous motor.

Motor vehicle ( 10 ) according to claim 10 or 11, wherein the inverter ( 38 ) Half bridges with semiconductor switches, in particular with MOSFETs and / or IGBTs, comprises.