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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckregelung und eine Begrenzung für Fluidpumpen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug.
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In modernen Kraftfahrzeugen oder Personenkraftwagen soll aus Kostengründen auf einen Sensor für den Fluiddruck verzichtet werden. Daher gibt es für die Motorsteuerung keine direkte Möglichkeit, durch eine direkte Messung des Fluiddrucks und einen Vergleich des gemessenen Fluiddruckwertes mit Vorgabewerten auf den aktuellen Zustand des Kraftstoffversorgungssystems zu schließen und gegebenenfalls einen Überdruck oder Unterdruck durch geeignete Maßnahmen zu vermeiden.
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Aus der
DE 11 2013 004 970 T5 ist ein Closed-Loop-Steuerungssystem für eine Kraftstoffpumpe bekannt, welches auf Merkmalen von Geschwindigkeit, Druck und Strom basiert, wobei kein Drucksensor erforderlich ist.
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Aus der Druckschrift
DE 11 2013 005 000 T5 ist eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung bekannt, die einen Elektromotor und eine ECU umfasst. Mithilfe der ECU kann die Kraftstoffzufuhrvorrichtung den Elektromotor entsprechend dem Kraftstoffdruck und der Strömungsrate steuern. Hierfür erfasst die ECU Änderungspunkte, an denen sich eine Charakteristik zwischen der Spannung und dem Strom, mit denen der Elektromotor betrieben wird, ändert.
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Aus der Druckschrift
US 2012 / 0 156 057 A1 ist eine Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Fluidpumpe eine Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug umfasst, wobei die Vorrichtung eine Drehzahlerfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Drehzahl der Fluidpumpe zu erfassen, eine Pumpenstromerfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, mindestens einen Strom der Fluidpumpe zu erfassen, eine Speichereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mit mindestens einem Druckreferenzpunkt abzuspeichern, und eine Druckermittelungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, basierend auf der erfassten Drehzahl, dem erfassten Strom und dem abgespeicherten Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld einen in der Fluidpumpe vorherrschenden Fluiddruck zu ermitteln, umfasst. Außerdem ist aus der Druckschrift
US 2012 / 0 156 057 A1 ein Verfahren zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei das Verfahren das Erfassen einer Drehzahl der Fluidpumpe mittels einer Drehzahlerfassungseinrichtung, das Erfassen eines Stroms der Fluidpumpe mittels einer Pumpenstromerfassungseinrichtung, das Abspeichern eines Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfelds mit mindestens einem Druckreferenzpunkts mittels einer Speichereinrichtung, und das Ermitteln eines in der Fluidpumpe (100) vorherrschenden Fluiddrucks basierend auf der erfassten Drehzahl, dem erfassten Strom und dem abgespeicherten Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mittels einer Druckermittelungseinrichtung, umfasst.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Drehzahlerfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Drehzahl der Fluidpumpe zu erfassen; eine Pumpenstromerfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Strom der Fluidpumpe zu erfassen; eine Speichereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mit mindestens einem Druckreferenzpunkt abzuspeichern; und eine Druckermittelungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, basierend auf der erfassten Drehzahl, dem erfassten Strom und dem abgespeicherten Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld einen in der Fluidpumpe vorherrschenden Fluiddruck zu ermitteln.
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In der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckermittelungseinrichtung dazu ausgelegt ist, unter Ausnutzung eines vorhandenen Schaltpunkts eines mit der Fluidpumpe gekoppelten Druckschalters eine Spreizung des Fluiddrucks in dem Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld zu ermitteln.
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Mit dem Ausdruck „Strom“ wie von der vorliegenden Erfindung verwendet ist auch ein Pumpenstrom, wie im Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld abgespeichert, umfasst.
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Nach einem weiteren, zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug, wobei die Fluidpumpe eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt oder nach einer beliebigen Ausführungsform des ersten Aspektes umfasst.
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Nach einem weiteren, dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Drehzahl der Fluidpumpe mittels einer Drehzahlerfassungseinrichtung; Erfassen eines Pumpenstroms der Fluidpumpe mittels einer Pumpenstromerfassungseinrichtung; Abspeichern eines Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfelds mit mindestens einem oder zwei Druckreferenzpunkten mittels einer Speichereinrichtung; und Ermitteln eines in der Fluidpumpe vorherrschenden Fluiddrucks basierend auf der erfassten Drehzahl, dem erfassten Strom und dem abgespeicherten Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mittels einer Druckermittelungseinrichtung.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, zwei oder mehr zusätzliche Referenzpunkte für den Strangstrom einer Fluidpumpe bei bekanntem Fluiddruck zur Verfügung zu stellen.
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Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass ein erster zusätzlicher Referenzpunkt ermittelt werden kann, wenn die Drehzahl der Pumpe beispielsweise nochmals um einen genau festgelegten Wert erhöht wird, nachdem der Öffnungspunkt, beispielsweise der Punkt A, eines Kalibrierventils erreicht wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht beispielsweise vorteilhaft, die drehzahlabhängige Erhöhung des Volumenstroms, das heißt die Steigung der Förderkennlinie der Fluidpumpe, bei gegebenem Druck abzuspeichern und zu hinterlegen. Der Druckregler hat eine beispielsweise geringe und bekannte, volumenstromabhängige Steigung, wobei der Druck des Druckreglers mit dem Volumenstrom steigt. Die vorliegende Erfindung führt nun eine bekannte Erhöhung des Volumenstroms durch eine Drehzahlsteigerung durch und kann den dann ermittelten Pumpenstrom einem bestimmten Fluiddruck zuschreiben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Regelungseinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, basierend auf dem ermittelten Fluiddruck eine Druckregelung für die Fluidpumpe bereitzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Referenzventil zu verwenden, um die mindestens einen Druckreferenzpunkt des Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfelds zu ermitteln und in der Speichereinrichtung abzuspeichern.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, den mindestens einen Druckreferenzpunkte des Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfelds durch eine Druckerhöhung zu ermitteln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, weitere Druckreferenzpunkte des Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfelds zu ermitteln und eine drehzahlabhängige Erhöhung des Volumenstroms der Fluidpumpe zu ermitteln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckermittelungseinrichtung dazu ausgelegt ist, basierend auf einer erfassten Kraftstofftemperatur oder einem erfassten, die Kraftstoffqualität beschreibenden Parameter oder einem erfassten Kraftstoffeinspritzvolumina den Fluiddruck zu ermitteln.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Speichereinrichtung dazu ausgelegt ist, das Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mit der Spreizung des Fluiddrucks abzuspeichern.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der vorliegenden Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermitteln. Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2: eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3: eine schematische Darstellung einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4: eine schematische Darstellung eines Stromaufnahme-Drehzahldiagramms für eine Fluidpumpe zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung;
- 5: eine schematische Darstellung eines Stromaufnahme-Drehzahldiagramms einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung, beispielhaft für eine Kraftstoffpumpe;
- 6: eine schematische Darstellung eines Stromaufnahme-Drehzahldiagramms einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug zur Erläuterung der Erfindung und
- 7: eine schematische Darstellung eines Stromaufnahme-Drehzahldiagramms einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Eine Vorrichtung 1 zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe 100 für ein Kraftfahrzeug 2 umfasst beispielsweise eine Drehzahlerfassungseinrichtung 10, eine Pumpenstromerfassungseinrichtung 20, eine Speichereinrichtung 30, eine Druckermittelungseinrichtung 40 und eine Regelungseinrichtung 50.
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Ferner kann die Regelungseinrichtung 50 auch in einem anderen Steuergerät ausgeführt sein kann. Dabei kann die Regelungseinrichtung 50 beispielsweise direkt oder z. B. über ein Fahrzeugbus System z. B. CAN mit der Vorrichtung verbunden sein.
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Die Drehzahlerfassungseinrichtung 10 ist beispielsweise dazu ausgelegt, eine Drehzahl der Fluidpumpe 100 zu erfassen.
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Die Pumpenstromerfassungseinrichtung 20 ist beispielsweise dazu ausgelegt, einen Pumpenstrom der Fluidpumpe 100 zu erfassen.
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Die Speichereinrichtung 30 ist beispielsweise dazu ausgelegt, ein Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mit mindestens einem Druckreferenzpunkt oder mit mindestens zwei Druckreferenzpunkten abzuspeichern.
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Die Druckermittelungseinrichtung 40 ist beispielsweise dazu ausgelegt, basierend auf der erfassten Drehzahl, dem erfassten Pumpenstrom und dem abgespeicherten Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld einen in der Fluidpumpe 100 vorherrschenden Fluiddruck zu ermitteln.
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Die Regelungseinrichtung 50 ist beispielsweise dazu ausgelegt, basierend auf dem ermittelten Fluiddruck eine Druckregelung für die Fluidpumpe 100 bereitzustellen.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erfassen eines Betriebsdrucks einer Fluidpumpe 100 für ein Kraftfahrzeug 2.
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Das Verfahren umfasst beispielsweise folgende Schritte:
- Als ein erster Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Erfassen S1 einer Drehzahl der Fluidpumpe 100 mittels einer Drehzahlerfassungseinrichtung 10.
- Als ein zweiter Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Erfassen S2 eines Pumpenstroms der Fluidpumpe 100 mittels einer Pumpenstromerfassungseinrichtung 20.
- Als ein dritter Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Abspeichern S3 eines Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeldes mit mindestens einem Druckreferenzpunkt mittels einer Speichereinrichtung 30.
- Als ein vierter Schritt des Verfahrens erfolgt beispielsweise ein Ermitteln S4 eines in der Fluidpumpe 100 vorherrschenden Fluiddrucks basierend auf der erfassten Drehzahl, dem erfassten Pumpenstrom und dem abgespeicherten Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld mittels einer Druckermittelungseinrichtung 40.
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Beispielsweise herrschen folgende Betriebsparameter vor:
- Ein Öffnungsdruck des Referenzventils liegt beispielsweise bei 8 bar, ein Pumpenstrom liegt beispielsweise bei 11 A, ein Volumenstrom, welcher folgender Pumpe gefördert wird, liegt beispielsweise bei 10 l/h, eine Drehzahl der Fluidpumpe liegt beispielsweise bei ungefähr 3000 Umdrehungen/min.
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Anschließend wird beispielsweise die Drehzahl der Fluidpumpe beispielsweise auf 5000 Umdrehungen/min erhöht, der Volumenstrom steigt auf 100 l/h, der Öffnungsdruck des Referenzventils kann dann auf 8,1 bar berechnet werden, ein Pumpenstrom von 12 A wird gemessen.
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Aus diesen Parametern kann jetzt die Steigung des gesamten Feldes über die Drehzahl ermittelt werden. Wird das Verfahren mit mehreren Drehzahlen in definierten Schritten wiederholt, kann auch eine Krümmung der Stromkurven ermittelt werden. Das Kennfeld Pumpenstrom-Drehzahl-Kennlinienfeld kann anhand dieser Referenzpunkte ausgerichtet werden.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Fluidpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Eine Fluidpumpe 100 für ein Kraftfahrzeug 2 umfasst beispielsweise eine Vorrichtung 1 als Pumpensteuerungselektronik und eine elektrische Kraftmaschine 110. Ferner umfasst die Fluidpumpe 100 eine mechanische Pumpenstufe 120, welche über eine Welle gekoppelt ist.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromaufnahme-Drehzahldiagramms zur Erläuterung der Erfindung.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung der Stromaufnahme einer Fluidpumpe über die Drehzahl, abhängig vom jeweiligen Systemdruck PO bis P4. Ferner zeigt die 4 eine exemplarische Darstellung der Grenzwertkurven P2 und P3, welche beispielsweise für Warnmeldungen verwendet werden, das heißt befindet sich der Systemdruck oberhalb dieser als zulässig angesehenen Grenzwerte, erfolgt eine entsprechende Warnmeldung.
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Der Parameter der x-Achse, bezeichnet mit Drehzahl Kraftstoffpumpe, könnte für Pumpen mit bürstenbehafteten Motoren gegebenenfalls auch durch Pumpenspannung ersetzt werden, falls keine Drehzahlbestimmung über den Kommutatorstromrippel gemacht wird. Anstelle der Kraftstoffpumpe kann auch eine Fluidpumpe verwendet werden.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung der Kennlinie des Pumpenstroms über die Drehzahl bei Verwendung eines Referenzventils. Der Öffnungspunkt des Kalibrierventils „A“ wird in einem bekannten Verfahren als Referenzwert ermittelt und zur Verbesserung der Systemgenauigkeit verwendet.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung der Kennlinie des Pumpenstroms über die Drehzahl bei Verwendung eines Referenzventils. Der Öffnungspunkt des Kalibrierventils „A“ wird in einem bekannten Verfahren als Referenzwert ermittelt. Die zusätzliche Bestimmung und vorteilhafte Verwendung der Punkte B0, B1, B2 und weiterer Punkte wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht. Der Punkt CO wird durch das Schalten eines Druckschalters ermittelt, wie ebenfalls von der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet, wie durch die Bezeichnung „Schaltpunkt Referenzschalter“ verdeutlicht.
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Die 7 zeigt eine schematische Darstellung der Kennlinie des Pumpenstroms über die Drehzahl mit Darstellung einer Spreizung des Kennlinienfeldes durch einen Viskositätseinfluss. Die Punkte C1, C2 sind durch Schalten des Druckschalters bei einem Schaltdruck, aber bei anderen Drehzahlen bzw. Förderleistungen der Fluidpumpe ermittelt worden. Ebenso können weitere Punkte durch Schaltpunkte von weiteren Schaltern ermittelt werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, durch Ermitteln eines weiteren Referenzpunktes die Steigung des Kennlinienfelds über Druck, das heißt Stromänderung über Druckänderung, zu ermitteln.
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Hierzu eignet sich beispielsweise ein kostengünstiger Druckschalter, der im Arbeitsbereich bei einem bestimmten Druck schließt und somit eine kontinuierliche Nachführung der Kennfeldexpansion erlaubt.
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Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Erfindung, wenn dieser Druckschalter bei einem Druck schaltet, der auch im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs jederzeit und willkürlich durch die Pumpensteuerung oder durch die Motorsteuerung angefahren werden kann.
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Zum Beispiel kann in einem Kraftfahrzeug der Arbeitsdruck von 2 bis 7 bar reichen, der Kernarbeitsbereich von 3 bis 6 bar.
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Bei Normalbetrieb wird aus energetischen Gründen meist ein Betriebsdruck von 3 bar für die Fluidpumpe vorgesehen.
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Bei erhöhten Umgebungstemperaturen wird der Systemdruck beispielsweise auf 6 bar gesteigert.
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Wenn der Druckschalter auf 4 bar eingestellt ist, kann dieser Schaltpunkt in den meisten Zeiten des Normalbetriebs zyklischperiodisch zur Referenzierung angefahren werden, ohne dass die Fahrleistung oder der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid beeinflusst wird.
