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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Fluidpumpenanordnung, eine Fluidpumpenanordnung für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einer solchen Fluidpumpenanordnung sowie ein Computerprogrammelement.
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Fluidpumpen in Form von Kraftstoffpumpen werden üblicherweise in Fahrzeugen verwendet um einen Kraftstoff, welcher üblicherweise als Fluid vorgehalten wird, aus einem Kraftstoffbehälter bzw. Kraftstofftank zu einer Antriebseinheit, welche in diesem Fall üblicherweise als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, zu pumpen bzw. zu befördern.
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Als Kraftstoffpumpen kommen dabei grundsätzlich sämtliche Pumpen in Frage, welche ausgeführt sein, ein Fluid zu pumpen. Eine Kraftstoffpumpe für ein Fahrzeug ist üblicherweise ausgeführt, den Kraftstoff mit einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren Kraftstoffdruck an den Verbrennungsmotor zu liefern. Weiterhin ist eine Kraftstoffpumpe üblicherweise ausgeführt, einen vorgebbaren Volumenstrom des Kraftstoffs zu liefern, also eine bestimme Menge Kraftstoff pro Zeiteinheit (wird üblicherweise in Liter pro Stunde angegeben).
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Herkömmliche Kraftstoffpumpen weisen eine Pumpenstufe, welche auch als Pumpeneinheit bezeichnet werden kann, und einen Pumpenmotor auf. Der Pumpenmotor ist mit der Pumpenstufe so gekoppelt, dass der Motor die Pumpenstufe in Bewegung versetzt und durch diese Bewegung der Kraftstoff gepumpt wird. Der gelieferte Volumenstrom der Kraftstoffpumpe ist dabei üblicherweise proportional zu der Drehzahl des Pumpenmotors.
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Die Pumpenstufe ist über eine Kraftstoffzuleitung mit dem Kraftstoffbehälter gekoppelt oder befindet sich im Kraftstoffbehälter und ist über eine Kraftstoffableitung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Um einen vorgebbaren Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung zu erreichen, ist üblicherweise ein Drucksensor so angeordnet, dass der Kraftstoffdruck erfasst wird. Der erfasste Kraftstoffdruck wird verwendet, um die Drehzahl des Pumpenmotors zu variieren, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung verändert werden soll.
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Üblicherweise wird als Pumpenvorrichtung ein drehzahlgeregeltes System eingesetzt, da die Drehzahl des Pumpenmotors proportional zu dem Volumenstrom ist. Wird bei konstantem Volumenstrom die Drehzahl erhöht, steigt damit auch der Druck in der Kraftstoffableitung. Das Verhalten im Einzelfall ist abhängig von der sogenannten Drucksteifheit der Pumpenstufe.
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Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, ein Verfahren zum Ansteuern einer Fluidpumpenanordnung und eine Fluidpumpenanordnung anzugeben, welche sich durch eine vereinfachte Ansteuerung der Fluidpumpenanordnung und eine wirtschaftlich günstigere Umsetzung auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ansteuern einer Fluidpumpenanordnung angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorgeben eines Sollwertes für einen Fluiddruck in einer Fluidableitung; Ermitteln einer Stromstärke, welche einer Pumpenmotordrehzahl zugeordnet ist und dem vorgegebenen Sollwert für den Fluiddruck entspricht; Ausgeben der ausgelesenen Stromstärke an einen Pumpenmotor der Fluidpumpenanordnung, wobei der Pumpenmotor ein Synchronmotor ist.
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Bei der Fluidpumpenanordnung kann es sich beispielsweise um eine Kraftstoffpumpenanordnung für ein Fahrzeug, eine Hydraulikpumpenanordnung oder um eine Kühlmittelpumpenanordnung für einen Kühlkreislauf handeln.
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Durch dieses Verfahren wird ermöglicht, auf einen Drucksensor in der Fluidableitung zu verzichten. Weiterhin betrifft das Verfahren keine drehzahlgeregelte Fluidpumpenanordnung, sondern nutzt den Strom bzw. die Stromstärke, welche an den Pumpenmotor geliefert wird, als Stellgröße für den Fluiddruck in der Fluidableitung. Die Drehzahl des Pumpenmotors dient als Messgröße und kann über eine Drehzahlermittlungseinheit oder in Abhängigkeit des tatsächlich von dem Pumpenmotor aufgenommenen Stroms ermittelt werden. Damit kann auf einen Drucksensor in der Fluidableitung verzichtet werden, da die Stromstärke des Pumpenmotors als Stellgröße dient und diese basierend auf dem angestrebten Fluiddruck und einer Drehzahl des Pumpenmotors ermittelt wird.
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Ein Synchronmotor wird mit einer einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannung betrieben, z. B. mit Drehstrom. Wird ein Synchronmotor als Pumpenmotor verwendet, handelt es sich bevorzugterweise um einen Synchronmotor mit mindestens zwei Phasen, so dass eine Drehrichtung des Pumpenmotors vorgegeben werden kann. Diese Eigenschaft ist insbesondere für einen Pumpenmotor relevant, bei dem die Pumprichtung vorgegeben wird.
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Bei einem Synchronmotor ist die Drehfeldfrequenz des Wechselstroms mit der Drehzahl des Synchronmotors identisch. Diese Eigenschaft zeichnet einen Synchronmotor aus, auf Grund derer der Synchronmotor eine belastungsunabhängige und konstante bzw. stabile Drehzahl liefern kann. Der Synchronmotor ist in einer Ausführungsform ein elektronisch kommutierter Synchronmotor mit einer Mehrzahl von Phasen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Synchronmotor ein Drei-Phasen-System mit Permanentmagnet-Motor, insbesondere mit Permanentmagnet-Rotor.
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Das Verfahren ermöglicht insbesondere den Verzicht auf einen drehzahlgeführten Synchronmotor, da der Pumpenmotor komplette stromgeführt ist. Der Aufbau der Pumpenvorrichtung ist so gestaltet, dass das Drehfeld zum Betreiben des Pumpenmotors bei Erreichen der gewünschten Rotorposition selbstständig kommutiert/sich bei anderen Ansteuerverfahren weiterschaltet. Durch die unabhängige Steuerung versucht das Drehfeld somit immer, die maximal mögliche Geschwindigkeit zu erreichen.
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Dass die Stromstärke einer Pumpendrehzahl zugeordnet ist und einem Sollwert für den Fluiddruck entspricht, bedeutet beispielsweise, dass ein Wertepaar aus Stromstärke und Pumpenmotordrehzahl zu dem vorgegebenen Fluiddruck in der Fluidableitung führen, diesen also herbeiführen durch die Stromstärke und die Pumpenmotordrehzahl.
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Da es sich bei dem Pumpenmotor um einen Synchronmotor handelt, ist der an den Pumpenmotor ausgegebene Strom ein Wechselstrom, insbesondere ein Drehstrom bzw. ein Drehfeld, dessen Stromstärke, also Amplitude, anpassbar ist. Der Wechselstrom bzw. Drehstrom kann eine gleichbleibende oder wechselnde Frequenz aufweisen.
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Es sei darauf hingewiesen dass eine Bezugnahme auf den „Fluiddruck“ im Folgenden stets den Fluiddruck in der Fluidableitung meint, außer es wird explizit etwas hiervon Abweichendes benannt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Ermitteln der Stromstärke, welche der Pumpenmotordrehzahl zugeordnet ist, den folgenden Schritt auf: Auslesen der Stromstärke aus einer Kennlinie, welche dem vorgegebenen Sollwert für den Fluiddruck entspricht.
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Bei der Kennlinie handelt es sich um eine isobare Kennlinie (druck-konstante Darstellungsform bzw. Drucklinien) in einem Diagramm, welches die Stromstärke (üblicherweise angegeben in Ampere) über der Pumpenmotordrehzahl (üblicherweise angegeben in Umdrehungen pro Minute) aufträgt und einem bestimmten Fluiddruck in der Fluidableitung entspricht. Die Kennlinie verläuft dabei so, dass der bestimmte Fluiddruck in der Fluidableitung sich bei verschiedenen Konstellationen der Stromstärke und der Drehzahl einstellen kann, d. h., es gibt zu einem Fluiddruck nicht einen bestimmten Punkt in dem Diagramm, sondern mehrere Punktepaare (Kennlinie).
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Das Auslesen der Stromstärke aus einer Kennlinie ermöglicht es, dass die Stromstärke nicht in einem aufwändigen Rechenvorgang algorithmisch ermittelt werden muss. Die Stromstärke wird durch einen Zugriff auf eine hinterlegte Kennlinie ermittelt, insbesondere aus einem Kennfeld ausgelesen.
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Es können mehrere Kennlinien für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fluiddruckwerten in der Fluidableitung vorgehalten werden. In Abhängigkeit des gewünschten bzw. vorgegebenen Fluiddrucks in der Fluidableitung wird auf die entsprechende Kennlinie zugegriffen, um die benötigte Stromstärke für den Pumpenmotor zu ermitteln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf: Überwachen der Pumpenmotordrehzahl und Anpassen der Stromstärke gemäß der Kennlinie, so dass der Sollwert für den Fluiddruck in der Fluidableitung beibehalten wird.
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Bei einer Anpassung der Stromstärke verändert sich üblicherweise die Pumpenmotordrehzahl, so dass sich in der Folge auch der Fluiddruck und der Volumenfluss des Fluids in der Fluidableitung verändern. Dies kann eine Überwachung der Pumpenmotordrehzahl erfordern, um eine entsprechende erneute Anpassung der Stromstärke vorzunehmen, so dass ein Stromstärke/Drehzahl-Wertepaar auf einer Kennlinie gewählt wird, welches auf der isobaren Kennlinie liegt, die dem vorgegebenen Fluiddruck bzw. Solldruck entspricht.
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In anderen Worten wird, wenn ein neuer Solldruck für den Fluiddruck vorgegeben wird, ausgehend von der aktuellen Pumpenmotordrehzahl eine Stromstärke aus den Kennlinien ausgelesen, welche mit der aktuellen Pumpenmotordrehzahl den gewünschten Fluiddruck hervorruft. Da bei einer veränderten Pumpenmotordrehzahl, die sich in Folge der veränderten Stromstärke einstellen kann, für das Erreichen des Solldrucks auch die Stromstärke (erneut) eine Veränderung erfordern kann, nähert sich in dieser Ausführungsform der Fluiddruck dem Solldruck iterativ, also in mehreren aufeinander folgenden Schritten. In jedem dieser Schritte kann eine Anpassung der Stromstärke in Abhängigkeit der Kennlinien und dem gewünschten Fluiddruck erforderlich sein, bis der Solldruck erreicht ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf: Ermitteln jeweils einer Pumpenmotordrehzahl-Stromstärke-Kennlinie für eine Mehrzahl von Sollwerten des Fluiddrucks in der Fluidableitung und Bereitstellen der so ermittelten Kennlinien, um die einer Pumpenmotordrehzahl zugeordnete Stromstärke bei einem vorgegebenen Sollwert des Fluiddrucks auszulesen.
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Bei diesen Schritten handelt es sich um ein anfängliches Ermitteln der Abhängigkeiten und Korrelationen zwischen dem Fluiddruck, der Stromstärke des Pumpenmotors und der Drehzahl des Pumpenmotors. Es kann für jeden gewünschten Fluiddruck (z. B. 2 Bar, 3 Bar, 4 Bar, 5 Bar, 6 Bar) eine Kennlinie ermittelt werden, welche als Stromstärke des Pumpenmotors über der Drehzahl des Pumpenmotors aufgetragen wird. Die Kennlinien können in Abständen von jeweils 1 Bar oder mehr oder weniger als einem Bar ermittelt und für die spätere Verwendung vorgehalten werden. Eine untere und obere Begrenzung für die Sollwerte des Fluiddrucks orientiert sich an dem Abnehmer des Fluids, also an den Bedürfnissen eines Verbrennungsmotors, der von der Fluidpumpenanordnung mit Kraftstoff versorgt wird.
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Das Verfahren eignet sich insbesondere für den Betrieb eines sensorlosen Druckregelsystems, also für eine Fluidpumpenanordnung ohne Drucksensor in der Fluidableitung. Das Verfahren ermöglicht es, eine Fluidpumpenanordnung so anzusteuern, dass eine Pumpeneinheit geführt wird, um einen gewünschten Fluiddruck unter verschiedenen Arbeitsbedingungen zu erreichen. Damit ist ein Rückgriff auf eine drehzahlgeregelte Pumpenvorrichtung nicht nötig, so dass ein Aufwand für deren Herstellung und Regelung entfällt bzw. durch das hier beschriebene Verfahren reduziert wird. Das hier beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für Synchronmotoren als Pumpenmotoren. Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass zwischen der Stromstärke, der Drehzahl und dem Fluiddruck ein kausaler Zusammenhang existiert. Über die alleinige Regelung der Stromstärke des Pumpenmotors kann ein Fluiddruck unter Rückgriff auf isobare Druckverlaufskennlinien eingestellt werden. Die Regelung der Stromstärke kann entweder durch eine variable Stromquelle erfolgen oder über die Ermittlung bzw. Messung eines oder mehrerer Phasenströme oder des Fußpunktstroms bei einer Stromrichterschaltung und der Anpassung des Stroms an die gewünschten Bedingungen, sprich an den gewünschten Fluiddruck.
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Der als Pumpenmotor verwendete Synchronmotor benötigt keinen Drehzahlregler bzw. ein vorhandener Drehzahlregler kann überlagert oder übersteuert werden. Die gewünschte Drehzahl kann in einer Ausführungsform stets als maximale Drehzahl, z. B. 8000 Umdrehungen pro Minute, vorgegeben werden. Dabei kann diese jedoch durch einen Stromregler, welcher den an den Pumpenmotor gelieferten Strom regelt, auf einen geringeren Wert herabgesetzt oder begrenzt werden. Daraus ergibt sich, dass der verfügbare Strom bzw. die verfügbare Energie für den Pumpenmotor nicht mehr ausreicht, um unter einer bestehenden Belastung die maximale Drehzahl zu erreichen, so dass sich auf Grund der Arbeitsbedingungen eine niedrigere Drehzahl einstellt. Durch das elektronisch geregelte Drehfeld passt sich die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Pumpenmotors automatisch an die Arbeitsbedingungen an.
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Die Stromstärke wird basierend auf der aktuell anliegenden Pumpendrehzahl und dem gewünschten Fluiddruck ermittelt. Die Stromstärke lässt sich mit Hilfe einer isobaren Kennlinie Stromstärke über Drehzahl bei Fluiddruck unmittelbar ermitteln. Es gibt eine isobare Kennlinie für jeden gewünschten Fluiddruck, und für jede sich einstellende Pumpendrehzahl gibt es eine passende Stromstärke für den Stromregler, d. h. die dem Pumpenmotor zugeführte Stromstärke. Insbesondere kann während des Betriebs der Fluidpumpenanordnung die sich ergebende Motordrehzahl nicht ausschlaggebend sein. Maßgeblich für die Regelung ist alleinig die Stromstärke, welche über eine Steuereinheit eingestellt wird.
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Während des Betriebs der Fluidpumpenanordnung wird die Drehzahl des Pumpenmotors also nicht geregelt oder gesteuert, sondern sie ergibt sich automatisch aus den herrschenden Arbeitsbedingungen (Volumenstrom des Fluids, Fluiddruck in der Fluidableitung, Stromstärke). Maßgeblich ist die Drehzahl von der Stromstärke bzw. deren Regelung beeinflusst, wie schon oben dadurch angezeigt, dass die Drehzahl bzw. die Pumpleistung des Pumpenmotors als stromgeführt beschrieben ist.
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Das Verfahren ermöglicht insbesondere, dass der Synchronmotor bzw. dessen Drehzahl unmittelbar von einem Stromregler geführt wird, so dass der Pumpenmotor schneller auf geänderte Sollwerte für den Fluiddruck agieren kann, da ein Regler für die Drehzahlregelung entfällt und somit die Regelschleife verkürzt ist. Ein weiterer Vorteil des hierin beschriebenen Verfahrens ist, dass die Anzahl der Berechnungen, welche für die Drehzahlführung eines Synchronmotors üblicherweise nötig sind, reduziert wird. In einer Ausführungsform ist lediglich eine einfache, lineare Interpolation bzw. eine Leseoperation in einem Kennfeld erforderlich. Weiterhin ist der Abgleich eines Pumpenmotors einfach, da ein Kennlinienfeld als eine Matrizenoperation verschoben und gedreht werden kann, sofern dies für eine Nachkalibrierung des Pumpenmotors erforderlich sein sollte.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Strom des Pumpenmotors auch alleine genutzt werden, um einen Fluiddruck in der Fluidableitung zu erreichen. Der Strom und die Spannung des Pumpenmotors, welche beide bekannt sind, werden genutzt, um die an den Pumpenmotor übertragene Leistung zu ermitteln, z. B. 20 Watt. Mittels einer Schätzung kann basierend auf dem Abnahmevolumen des Fluids in der Fluidableitung der Druck in der Fluidableitung ermittelt werden. Hierbei kann auch der Wirkungsgrad des Pumpenmotors berücksichtigt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Fluidpumpenanordnung angegeben. Die Fluidpumpenanordnung weist auf: eine Pumpenvorrichtung mit einer Pumpeneinheit und einem Pumpenmotor, wobei der Pumpenmotor ein Synchronmotor ist und mit der Pumpeneinheit so gekoppelt ist, dass der Pumpenmotor die Pumpeneinheit antreiben kann, eine Energiequelle, um den Pumpenmotor mit Strom zu versorgen und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist ausgeführt, einen Sollwert für einen von der Pumpenvorrichtung zu liefernden Fluiddruck einzulesen und eine bei einer vorgegebenen Pumpenmotordrehzahl dem Sollwert für den zu liefernden Fluiddruck entsprechende Stromstärke für den Pumpenmotor zu ermitteln. Die Steuereinheit ist weiter ausgeführt, die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die ermittelte Stromstärke an den Pumpenmotor ausgibt.
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Bei der Fluidpumpenanordnung handelt es sich insbesondere um eine Kraftstoffpumpenanordnung für ein Fahrzeug. Die Fluidpumpenanordnung arbeitet gemäß den Prinzipien des oben beschriebenen Verfahrens. Der Sollwert für den Fluiddruck kann von einer externen Einheit vorgegeben werden, z. B. von einem Verbrennungsmotor bzw. einer Komponente des Verbrennungsmotors, wie z. B. einem Motorsteuergerät oder einem Abgassteuergerät, welcher von der Fluidpumpeneinheit mit Fluid versorgt wird oder von einer anderen Einheit in einem Fahrzeug.
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Die Energiequelle ist insbesondere ausgeführt, eine vorgebbare Stromstärke an den Pumpenmotor auszugeben. Bei der Energiequelle handelt es sich in einer Ausführungsform um eine Stromquelle. Die Pumpenvorrichtung kann eine Drehzahlermittlungseinheit aufweisen, welche ausgeführt ist, die Drehzahl des Pumpenmotors zu ermitteln und bei Anfrage weiterzuleiten, insbesondere an die Steuereinheit.
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Die Steuereinheit und die Pumpenvorrichtung können räumlich voneinander getrennt sein und beispielsweise in einem Fahrzeug als separate Montageeinheiten montiert sein. Die Kommunikation bzw. Datenübertragung zwischen Pumpenvorrichtung und Steuereinheit kann über eine Datenübertragungsstrecke, z. B. über ein Bussystem wie CAN, erfolgen.
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Die Fluidpumpenanordnung kann eine Stromregelungseinheit aufweisen, welche als Messgröße die Drehzahl des Pumpenmotors aufnimmt und den Sollwert des Fluiddrucks in der Fluidableitung als Führungsgröße bzw. Vorgabe erhält. Sodann wird ein aktualisierter Pumpenstrom ermittelt und die Energiequelle so angesteuert, dass sie diesen Pumpenstrom an den Pumpenmotor ausgibt. Die Funktion der Stromregelungseinheit kann in die Steuereinheit integriert sein bzw. von der Steuereinheit übernommen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Fluidpumpenanordnung eine Speichereinheit auf. Die Speichereinheit ist ausgeführt, eine Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie des Pumpenmotors abzuspeichern, wobei die Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie einem von der Pumpeneinheit gelieferten Fluiddruck entspricht.
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Ein Wertepaar, welches auf der Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie gibt, führt in anderen Worten zu einem von dieser Kennlinie hervorgerufenen Fluiddruck.
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Die Speichereinheit kann ausgeführt sein, die Kennlinienwerte dauerhaft für den lesenden Zugriff zu speichern oder aber so, dass die Kennlinien angepasst werden können, falls die Pumpenvorrichtung im Laufe der Zeit veränderte Betriebscharakteristika annimmt. Die Speichereinheit kann ausgeführt sein, ein Kennlinienfeld von einer Konfigurationseinheit zu erhalten, welches die Kennlinien in die Speichereinheit schreibt. Diese Daten können leitungsgebunden oder leitungslos zwischen der Konfigurationseinheit und der Speichereinheit übertragen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Speichereinheit ausgeführt, eine Mehrzahl von Stromstärke-Drehzahl-Kennlinien des Pumpenmotors abzuspeichern, wobei jede der Stromstärke-Drehzahl-Kennlinien jeweils einem von der Pumpeneinheit gelieferten Fluiddruck entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit ausgeführt, die Pumpenmotordrehzahl des Pumpenmotors zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die Stromstärke, mit der der Pumpenmotor betrieben wird, gemäß der Kennlinie anpasst, so dass der Sollwert für den von der Pumpenvorrichtung gelieferten Fluiddruck eingestellt oder beibehalten wird.
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Die Steuereinheit kann insbesondere ausgeführt sein, während eines Betriebs der Fluidpumpenanordnung bzw. während einer Fahrt des Fahrzeugs die Stromstärke des Pumpenmotors anzupassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Fluidpumpenanordnung wie oben und im Folgenden beschrieben angegeben, wobei die Fluidpumpenanordnung als Kraftstoffpumpenanordnung ausgeführt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidpumpenanordnung mit einem Kraftstoffbehälter gekoppelt und ausgeführt, einen in dem Kraftstoffbehälter enthaltenen Kraftstoff an eine Antriebseinheit des Fahrzeugs zu liefern.
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Bei dem Kraftstoffbehälter handelt es sich insbesondere um einen Kraftstofftank, welcher ein Fluid, z. B. Benzin oder Diesel, enthält. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug. Ein solches Fahrzeug zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es einen Verbrennungsmotor aufweist, welcher als Antriebseinheit verwendet wird und mit einem Fluid betrieben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit der Fluidpumpenanordnung ausgeführt, das Verfahren wie oben beschrieben auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammelement angegeben, welches ausgeführt ist, das Verfahren wie oben beschrieben auszuführen, wenn es auf einer Steuereinheit einer Fluidpumpenanordnung wie oben beschrieben ausgeführt wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fluidpumpenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes einer Fluidpumpenanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Schritte eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Werden gleiche Bezugszeichen verwendet, so beziehen sich diese auf gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 zeigt eine Fluidpumpenanordnung 100 mit einer Pumpenvorrichtung 105, einer Energiequelle 130, einer Steuereinheit 140 und einer Speichereinheit 150.
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Die Pumpenvorrichtung 105 weist eine Pumpeneinheit 110 und einen Pumpenmotor 120 auf. Die Pumpeneinheit 110 und der Pumpenmotor können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein oder eine Montageeinheit darstellen. Jedenfalls ist der Pumpenmotor 120 als Synchronmotor ausgeführt und so mit der Pumpeneinheit 110 gekoppelt, dass der Pumpenmotor die Pumpeneinheit antreibt, um mittels der Pumpeneinheit Kraftstoff zu pumpen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Fluidpumpenanordnung 100 mit Bezug zu den Figuren in dem Anwendungsbeispiel einer Kraftstoffpumpenanordnung beschrieben ist. Diese Beschreibung dient lediglich illustrativen Zwecken und ist nicht vorgesehen, den Schutzbereich der Patentansprüche auf die Verwendung der Fluidpumpenanordnung als Kraftstoffpumpenanordnung einzuschränken. Die in den Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargelegten Funktionsprinzipien haben Gültigkeit für jegliche Art von Fluidpumpen. Im Folgenden werden die Begriffe der Fluidpumpenanordnung auf eine Kraftstoffpumpenanordnung bezogen.
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Die Pumpeneinheit 110 ist über eine Kraftstoffzuleitung 114 mittelbar oder unmittelbar mit einem Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt) und über die Kraftstoffableitung 116 mittelbar oder unmittelbar mit einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) verbunden. Alternativ kann die Pumpenvorrichtung 105 auch in den Kraftstoffbehälter angeordnet sein.
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Die Energiequelle 130 liefert einen Strom von vorgebbarer Stromstärke an den Pumpenmotor 120. Die Drehzahl des Pumpenmotors verändert sich mit der Stromstärke und eine veränderte Drehzahl des Pumpenmotors verändert die Pumpeigenschaft der Pumpeinheit so dass sich ein Volumenstrom des Kraftstoffs von der Kraftstoffzuleitung 114 zu der Kraftstoffableitung 116 und auch der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung 116 verändert. So kann in Abhängigkeit der Stromstärke des Pumpenmotors 120 der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung 116 variiert werden.
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Die Steuereinheit 140 ist sowohl mit der Energiequelle 130 als auch mit der Pumpenvorrichtung 105, insbesondere dem Pumpenmotor 120 gekoppelt, so dass die Steuereinheit 140 die von der Energiequelle 130 gelieferte Stromstärke einstellen und die Drehzahl des Pumpenmotors 120 ermittelt oder erhalten kann.
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Die Steuereinheit 140 ist weiterhin mit der Speichereinheit 150 gekoppelt um die in der Speichereinheit 150 abgelegten bzw. abgespeicherten Kennlinien auszulesen und daraus die für einen gewünschten Kraftstoffdruck einzustellende Stromstärke zu entnehmen bzw. zu ermitteln.
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2 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor als Antriebseinheit 5, einem Kraftstoffbehälter 3 und einer Fluidpumpenanordnung 100 wie beispielsweise in 1 gezeigt. Die Fluidpumpenanordnung 100 ist so angeordnet, dass Kraftstoff über die Kraftstoffzuleitung 114 und die Kraftstoffableitung 116 von dem Kraftstoffbehälter 3 zu der Antriebseinheit 5 gepumpt wird.
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3 zeigt ein Kennlinienfeld, in welchem drei Kennlinien 112A, 112B, 112C als isobare Kennlinien eingetragen sind. Die Kennlinien sind in einem Diagramm eingetragen, welches die Stromstärke 124 des Pumpenmotors 120 über der Drehzahl 122 des Pumpenmotors 120 aufträgt. Jede Kennlinie 112A, 112B, 112C entspricht dabei jeweils einem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung 116. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kennlinienverläufe in 3 zu Darstellungszwecken linear aufgetragen sind, diese jedoch in Abhängigkeit der jeweiligen Fluidpumpenanordnung auch einen anderen Verlauf aufweisen können.
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Die Kennlinie 112A kann beispielsweise einem Kraftstoffdruck von 6 Bar, die Kennlinie 112B einem Kraftstoffdruck von 4 Bar und die Kennlinie 112C einem Kraftstoffdruck von 2 Bar entsprechen.
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Arbeitet die Kraftstoffpumpe bei einer aktuellen Drehzahl 123 und einem Druck von 4 Bar (also bei einer Stromstärke gemäß der Kennlinie 112B) und wird eine Änderung des Kraftstoffdrucks auf 2 Bar vorgegeben (dies entspricht der Kennlinie 112C), so wird als neue Stromstärke 125 die Stromstärke gemäß der Kennlinie 112C bei der aktuellen Drehzahl 123 aus dem Kennlinienfeld entnommen und von der Energiequelle an den Pumpenmotor ausgegeben. Ändert sich auf Grund der geänderten Stromstärke auch die aktuelle Pumpenmotordrehzahl 123, so wird der geänderte Stromwert gemäß der geänderten Pumpenmotordrehzahl ebenfalls von der Kennlinie 112C ausgelesen, da diese Kennlinie dem neuen vorgegebenen Kraftstoffdruck entspricht. So kann eine iterative Annäherung an den Arbeitspunkt für den vorgegebenen Kraftstoffdruck erreicht werden.
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Die Drehzahl des Pumpenmotors kann zwischen 2500 und 8000 Umdrehungen pro Minute liegen. Der Pumpenstrom kann zwischen 4 Ampere und 17 Ampere liegen.
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Die folgende Beschreibung soll als weiteres Beispiel für den Regelungskreislauf dienen: Der Pumpenmotor 120 liefert einen Fluiddruck von 2 Bar bei 2000 Umdrehungen pro Minute (rpm) und einem Strom von 5 Ampere. Der Solldruck, d. h. der in der Fluidableitung gewünschte Druck, ändert sich auf 4 Bar. Die Kennlinie für 4 Bar wird nun genutzt, um den Pumpenstrom für 4 Bar bei der aktuellen Drehzahl, also 2000 rpm, zu ermitteln. Dieser sei beispielsweise 7 Ampere, auf welche ein Stromregler sodann regelt. Durch die gesteigerte Energiezufuhr erhöht sich die Drehzahl des Pumpenmotors und der Fluiddruck sowie der Volumenstrom erhöhen sich. Der Pumpenmotor kann auf Grund der sich ändernden Arbeitsbedingungen zu einem geänderten Pumpenstrom führen. Es können anschließend weitere Werte des Pumpenstroms und der Drehzahl ermittelt werden (iterativ, wie oben beschrieben) und einer Anpassung des Pumpenstroms zu Grunde gelegt werden, da eine veränderte Drehzahl auch eine Anpassung des Pumpenstroms erfordern kann, um den Solldruck von 4 Bar zu erreichen. Diese Schritte können wiederholt werden, bis sich ein stabiler Arbeitspunkt (Pumpenstrom und Drehzahl für den Solldruck) einstellt. Ein stabiler Arbeitspunkt zeichnet sich durch ein Wertepaar Pumpenstrom/Drehzahl aus, welches auf der Kennlinie des Solldrucks liegt.
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Eine Berechnung der Drehzahl ist somit nicht notwendig, um einen Sollwert des Fluiddrucks in der Fluidableitung einzustellen. Somit kann auf aufwändige Regelungen für die Drehzahl verzichtet werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Schritte eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In einem Schritt S1 erfolgt das Vorgeben eines Sollwertes für einen Kraftstoffdruck in einer Kraftstoffableitung. In einem folgenden Schritt S2 erfolgt das Ermitteln einer Stromstärke 125, welche einer Pumpenmotordrehzahl 123 zugeordnet ist und dem vorgegebenen Sollwert für den Kraftstoffdruck entspricht (d.h. dass ein Wertepaar aus Stromstärke und Pumpenmotordrehzahl auf einer isobaren Kennlinie des vorgegebenen Kraftstoffdrucks liegen). In einem folgenden Schritte S3 folgt das Ausgeben der ausgelesenen Stromstärke 125 an einen Pumpenmotor 120 der Fluidpumpenanordnung 100, wobei der Pumpenmotor als Synchronmotor ausgeführt ist. In einem Schritt S4 folgt das Überwachen der Pumpenmotordrehzahl 123 und in einem Schritt S5 das Anpassen der Stromstärke 125 gemäß der Kennlinie, so dass der Sollwert für den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung 116 eingestellt oder beibehalten wird.
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An die Schritte S4 und S5 können sich erneut die Schritte S1 bis S3 anschließen, so dass der Kraftstoffdruck seinem Sollwert iterativ angenähert wird, falls sich in Abhängigkeit der geänderten Stromstärke auch die Pumpenmotordrehzahl ändert.
