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Die Erfindung betrifft ein Fluidpumpensystem, ein Verfahren zum Betreiben eines Fluidpumpensystems, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Fluidpumpensystem.
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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 sind, 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 Fluidpumpensystem und ein Verfahren zum Ansteuern eines Fluidpumpensystems anzugeben, welche sich durch eine vereinfachte Ansteuerung des Fluidpumpensystems und eine wirtschaftlich günstigere Umsetzung auszeichnen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Fluidpumpensystem angegeben. Das Fluidpumpensystem weist eine erste Fluidpumpenanordnung, welche ausgeführt ist, ein Fluid über eine erste Fluidzuleitung aufzunehmen und über eine erste Fluidableitung abzugeben und eine zweite Fluidpumpenanordnung, welche ausgeführt ist, ein Fluid über eine zweite Fluidzuleitung aufzunehmen und über eine zweite Fluidableitung abzugeben, auf. Die erste Fluidpumpenanordnung weist eine erste Pumpenvorrichtung, eine Energiequelle und eine Steuereinheit auf. Die erste Pumpenvorrichtung weist eine erste Pumpeneinheit und einen ersten Pumpenmotor auf, wobei der erste Pumpenmotor mit der ersten Pumpeneinheit so gekoppelt ist, dass der erste Pumpenmotor die erste Pumpeneinheit antreiben kann. Die Energiequelle ist ausgeführt, den ersten Pumpenmotor mit Strom zu versorgen. Die Steuereinheit ist ausgeführt, einen Sollwert für einen von der ersten Pumpenvorrichtung zu liefernden Fluiddruck einzulesen und eine bei einer vorgegebenen Pumpenmotordrehzahl dem Sollwert für den zu liefernden Fluiddruck entsprechende Stromstärke für den ersten Pumpenmotor zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die ermittelte Stromstärke an den ersten Pumpenmotor ausgibt.
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Ein solches Fluidsystem kann auch als Mehrpumpensystem bezeichnet werden. Insbesondere sind die erste und zweite Fluidpumpenanordnung parallel zueinander geschaltet und werden synchron betrieben. Alternativ können die beiden Fluidpumpenanordnungen auch seriell geschaltet sein, d. h., eine Fluidpumpenanordnung ist der anderen Fluidpumpenanordnung nachgeschaltet. Um zu verhindern, dass die Fluidpumpenanordnung auf Grund unterschiedlicher Toleranzen und Verhalten, welche zu einem ungleichmäßigen Pumpverhalten führen können, sich negativ auf die Pumpleistung des Fluidpumpensystems auszuwirken, ist das Fluidpumpensystem so konfiguriert, dass beide Fluidpumpenanordnungen eine äquivalente Menge Fluid fördern, also einen im Wesentlichen gleichen Volumenstrom des Fluids in der jeweiligen Fluidableitung aufweisen. Es soll also insbesondere verhindert werden, dass die Pumpen einen unterschiedlichen Volumenstrom liefern, z. B. 20 Liter/Stunde die erste Fluidpumpenanordnung und 100 Liter/Stunde die zweite Fluidpumpenanordnung, da in einem solchen Fall bei einem Parallelbetrieb der beiden Fluidpumpenanordnungen die Pumpleistung von einer Fluidpumpenanordnung im Wesentlichen ins Leere läuft.
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Die erste Fluidpumpenanordnung ist so aufgebaut, dass sie einen Verzicht auf einen Drucksensor in der Fluidableitung ermöglicht. Die Anpassung des Fluiddrucks in der Fluidableitung erfolgt über eine Anpassung des Pumpenstroms sowie über die Drehzahl des Pumpenmotors. Durch den Verzicht auf den Drucksensor können Fluidpumpensysteme wirtschaftlicher konstruiert werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das Fluidpumpensystem auch mehr als zwei Fluidpumpenanordnungen aufweisen kann, so dass mehrere Fluidpumpenanordnungen nacheinander oder parallel oder in Mischformen (Parallelschaltung von Serienschaltungen oder umgekehrt) geschaltet sind.
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Bei dem Pumpenmotor kann es sich beispielsweise um einen Gleichstrommotor oder um einen Synchronmotor handeln, letzteres beispielsweise in der Ausführung als Permanentmagnet-Motor mit beispielsweise Permanentmagnet-Rotor, der mit Drehstrom betrieben wird.
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Bei dem Fluidpumpensystem kann es sich beispielsweise um ein System zum Pumpen von Kraftstoff für ein Fahrzeug, um eine Hydraulikpumpe oder um eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf handeln.
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Es sei darauf hingewiesen dass eine Bezugnahme auf den „Fluiddruck“ im Folgenden stets den Fluiddruck in der entsprechenden ersten oder zweiten Fluidableitung meint, außer es wird explizit etwas hiervon Abweichendes benannt.
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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.
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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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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Fluidableitung so mit der zweiten Fluidableitung gekoppelt, dass diese beiden Fluidableitungen in einer gemeinsamen Ableitung münden. Dabei ist die erste Fluidpumpenanordnung über ein erstes Rückschlagventil mit der gemeinsamen Ableitung gekoppelt und die zweite Fluidpumpenanordnung ist über ein zweites Rückschlagventil mit der gemeinsamen Ableitung gekoppelt.
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Dieser Aufbau beschreibt den sog. Parallelbetrieb von zwei Fluidpumpenanordnungen. In diesem Betrieb können entweder beide Fluidpumpenanordnungen gleichzeitig oder nur jeweils eine Fluidpumpenanordnung, z. B. in wechselnder Folge oder als redundantes System, betrieben werden. Die Rückschlagventile verhindern, dass eine Fluidpumpenanordnung Fluid in die Fluidableitung der anderen Fluidpumpenanordnung pumpt und so ein Volumenstrom in eine unerwünschte Richtung erfolgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Fluidpumpenanordnung eine zweite Pumpenvorrichtung mit einer zweiten Pumpeneinheit und einem zweiten Pumpenmotor auf, wobei der zweite Pumpenmotor mit der zweiten Pumpeneinheit so gekoppelt ist, dass der zweite Pumpenmotor die zweite Pumpeneinheit antreiben kann. Die Energiequelle ist ausgeführt, den zweiten Pumpenmotor mit Strom zu versorgen. Die Steuereinheit ist ausgeführt, einen Sollwert für einen von der zweiten Pumpenvorrichtung zu liefernden Fluiddruck einzulesen und eine bei einer vorgegebenen Pumpenmotordrehzahl dem Sollwert für den zu liefernden Fluiddruck entsprechende Stromstärke für den zweiten Pumpenmotor zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die ermittelte Stromstärke an den zweiten Pumpenmotor ausgibt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Fluidpumpenanordnung grundsätzlich mit einer zweiten Fluidpumpenanordnung gekoppelt werden kann, welche in der zweiten Fluidableitung über einen Drucksensor verfügt. In dieser Ausführungsform ist die zweite Fluidpumpenanordnung jedoch ähnlich aufgebaut wie die erste Fluidpumpenanordnung und weist keinen Drucksensor in der Fluidableitung auf. Diesbezüglich gelten die Ausführungen betreffend die erste Fluidpumpenanordnung sinngemäß gleich auch für die zweite Fluidpumpenanordnung.
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Die zweite Fluidpumpenanordnung und die erste Fluidpumpenanordnung können gemeinsam von derselben Energiequelle mit Energie versorgt und von derselben Steuereinheit gesteuert werden. Alternativ können jedoch beide Fluidpumpenanordnungen jeweils eigene Energiequellen und Steuereinheiten aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Fluidpumpensystem weiterhin eine Speichereinheit auf, welche ausgeführt ist, eine Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie des ersten Pumpenmotors abzuspeichern, wobei die Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie einem von der ersten 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. 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 ersten Pumpenmotors abzuspeichern, wobei jede der Stromstärke-Drehzahl-Kennlinien jeweils einem von der ersten Pumpeneinheit gelieferten 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 ist die Steuereinheit ausgeführt, die Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die Stromstärke, mit der der erste Pumpenmotor betrieben wird, gemäß der Kennlinie anpasst, so dass der Sollwert für den von der ersten Pumpenvorrichtung gelieferten Fluiddruck eingestellt oder 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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Das Fluidsystem wie hierin beschrieben lässt sich in anderen Worten wie folgt zusammenfassen. Das Fluidsystem ermöglicht einen Betrieb eines Mehrpumpensystems in einer Ausführung ohne Drucksensoren in der Fluidableitung. In jedem Pfad bzw. zu jeder Fluidpumpenanordnung kann das Fördervolumen und der Fluiddruck in der Fluidableitung einfach angepasst werden, ohne den Fluiddruck mit einer aufwändigen Druckermittlungseinheit ermitteln zu müssen. Das Fördervolumen und die Drehzahl der einzelnen Fluidpumpenanordnungen kann an die jeweiligen Arbeitsbedingungen angepasst werden.
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Der Fluiddruck in beiden Fluidableitungen ist im Wesentlichen gleich, damit beide Fluidpumpenanordnungen ein Fördervolumen aufweisen bzw. einen Beitrag zum Volumenstrom in der gemeinsamen Ableitung leisten. Insbesondere kann ein maximal zulässiger Differenzdruck zwischen der ersten Fluidableitung und der zweiten Fluidableitung einem Öffnungsdrucks eines oder beider Rückschlagventile entsprechen. Aus diesem Grund kann die Angabe über den Fluiddruck in beiden Fluidableitungen erforderlich sein.
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In einem Fluidpumpensystem wie hierin beschrieben sind verschiedene Betriebsarten möglich. In einem Parallelbetrieb sind die Fluidpumpenanordnungen gleichzeitig und während der gesamten Betriebszeit des Fluidpumpensystems in Betrieb. In einem nachgeschalteten Betriebsmodus kann eine Pumpe immer in Betrieb (Dauerbetrieb) sein und eine zweite Pumpe wird bei Spitzenlast (Spitzenlastbetrieb) zugeschaltet. Der nachgeschaltete Betrieb kann auch modifiziert werden und eine Pumpe übernimmt den Dauerbetrieb von der anderen Pumpe. In einem Kaskadenbetrieb kann die erste Pumpe bei einem Fluiddruck von 5 Bar und die zweite Pumpe bei einem Fluiddruck von 4.5 Bar betrieben werden. Sinkt der Fluiddruck in der Fluidableitung unter 4.5 Bar (z. B. durch große Abnahmemengen), so unterstützt die zweite Pumpe dabei, den erforderlichen Volumenstrom zu erreichen.
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Durch einen Verzicht auf Drucksensoren werden die Kosten für ein solches Fluidpumpensystem gesenkt. Eine ungleichmäßige Strom und Fördervolumenaufteilung auf die Fluidpumpenanordnungen kann erkannt und ausgeglichen werden. Für jede Pumpenanordnung wird ein eigenes Druckregelsystem bereitgestellt und insbesondere verhalten sich beide Fluidpumpenanordnungen unabhängig voneinander. Maßgeblich ist der Fluiddruck in der gemeinsamen Fluidableitung, welcher hier geregelt werden soll. Im Falle des Übernahmebetriebs ist es möglich zu erkennen, ab wann eine Fluidpumpenanordnung tatsächlich und effektiv zu dem Fördervolumen beiträgt. Die Steuereinheit wie hierin beschrieben unterstützt bei der Aufrechterhaltung des Fluiddrucks in der gemeinsamen Fluidableitung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Fluidpumpensystems wie hierin beschrieben angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorgeben eines Sollwertes für einen Fluiddruck in der ersten Fluidableitung; Ermitteln einer Stromstärke, welche einer Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors zugeordnet ist und dem vorgegebenen Sollwert für den Fluiddruck entspricht; und Ausgeben der ausgelesenen Stromstärke an den ersten Pumpenmotor der ersten Fluidpumpenanordnung.
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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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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 dessen Herstellung und Regelung entfällt bzw. durch das hier beschriebene Verfahren reduziert wird. 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 des Stroms des Pumpenmotors und Anpassung des Stroms und der Drehzahl an die gewünschten Bedingungen, sprich an den gewünschten Fluiddruck.
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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 vorgegebenem 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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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 einer Ausführungsform der Erfindung weist das Ermitteln der Stromstärke, welche der Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors zugeordnet ist, den folgenden Schritt auf: Auslesen der Stromstärke aus einer Kennlinie, welche dem vorgegebenen Sollwert für den Fluiddruck entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte auf: Überwachen der Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors und Anpassen der Stromstärke gemäß der Kennlinie, so dass der Sollwert für den Fluiddruck in der ersten Fluidableitung eingestellt oder beibehalten wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform 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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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Fluidpumpensystem wie hierin beschrieben angegeben, wobei das Fluidpumpensystem als Kraftstoffpumpenanordnung ausgeführt ist.
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Bei dem Kraftstoffbehälter handelt es sich insbesondere um einen Kraftstofftank, welcher ein Fluid, z. B. Benzin oder Diesel, enthält.
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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 das Fluidpumpensystem mit einem Kraftstoffbehälter gekoppelt und ist ausgeführt, einen in dem Kraftstoffbehälter enthaltenen Kraftstoff an eine Antriebseinheit des Fahrzeugs zu liefern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit ausgeführt, das Verfahren wie oben beschrieben auszuführen.
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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 eines Fluidpumpensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Fluidpumpenanordnung eines Fluidpumpensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes eines Fluidpumpensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 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 ein Fluidpumpensystem 10 mit einer ersten Fluidpumpenanordnung 100 und einer zweiten Fluidpumpenanordnung 200. Die erste Fluidpumpenanordnung 100 ist mit einer ersten Fluidzuleitung 114 gekoppelt und über eine erste Fluidableitung 116 und ein erstes Rückschlagventil 11 mit der gemeinsamen Ableitung 16 verbunden. Die zweite Fluidpumpenanordnung 200 ist mit einer zweiten Fluidzuleitung 214 gekoppelt und über eine zweite Fluidableitung 216 und ein zweites Rückschlagventil 12 mit der gemeinsamen Ableitung 16 verbunden. Die beiden Fluidzuleitungen 114, 214 werden in diesem Ausführungsbeispiel als Zuleitungsanordnung 14 bezeichnet.
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1 zeigt die beiden Fluidpumpenanordnungen 100, 200 in einem Parallelbetrieb. In diesem beispielhaften Betriebsmodus können die Fluidpumpenanordnungen insbesondere ausgeführt sein, dass beide Fluidpumpenanordnungen den gleichen Volumenstrom unter dem gleichen Fluiddruck in den Fluidableitungen 116, 216 liefern.
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2 zeigt beispielhaft eine Fluidpumpenanordnung 100 mit einer Pumpenvorrichtung 105, einer Energiequelle 130, einer Steuereinheit 140 und einer Speichereinheit 150. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Aufbau grundsätzlich für beide Fluidpumpenanordnungen 100, 200 wie in 1 gezeigt zutreffen kann. Dies ist auch dadurch angedeutet, dass manche Elemente in 2 mit jeweils zwei Bezugszeichen versehen sind und entsprechend der ersten Fluidpumpenanordnung (100, 1xx) bzw. der zweiten Fluidpumpenanordnung (200, 2xx) zugeordnet sind. Die Energiequelle 130, die Steuereinheit 140 und die Speichereinheit 150 können für jede Fluidpumpenanordnung 100, 200 jeweils einzeln bereitgestellt werden, diese können aber auch nur einmal vorhanden sein und die Steuerung der ersten und zweiten Pumpenvorrichtung 105, 205 übernehmen. Im Folgenden sind die Elemente mit Bezug zu der ersten Fluidpumpenanordnung beschrieben. Es ist zu verstehen, dass diese Erläuterungen sinngemäß gleich auf die zweite Fluidpumpenanordnung zutreffen.
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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 Gleichstrommotor 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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3 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor als Antriebseinheit 5, einem Kraftstoffbehälter 3 und einem Fluidpumpensystem 10 wie beispielsweise in 1 gezeigt. Das Fluidpumpensystem 100 ist so angeordnet, dass Kraftstoff über die Zuleitungsanordnung 14 und die gemeinsame Ableitung 16 von dem Kraftstoffbehälter 3 zu der Antriebseinheit 5 gepumpt wird.
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4 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 4 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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5 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 Schritt S3 folgt das Ausgeben der ausgelesenen Stromstärke 125 an einen Gleichstrom-Pumpenmotor 120 der Fluidpumpenanordnung 100. 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 3
- Fluidbehälter/Kraftstoffbehälter
- 5
- Antriebseinheit
- 10
- Fluidpumpensystem
- 11
- erstes Rückschlagventil
- 12
- zweites Rückschlagventil
- 14
- Zuleitungsanordnung
- 16
- gemeinsame Ableitung
- 100
- erste Fluidpumpenanordnung/Kraftstoffpumpenanordnung
- 105
- Pumpenvorrichtung
- 110
- Pumpeneinheit
- 112
- Kraftstoffdruckkennlinie
- 114
- Fluidzuleitung/Kraftstoffzuleitung
- 116
- Fluidableitung/Kraftstoffableitung
- 120
- Pumpenmotor
- 122
- Motordrehzahl
- 124
- Motorstrom
- 130
- Energiequelle
- 140
- Steuereinheit
- 150
- Speichereinheit
- 200
- zweite Fluidpumpenanordnung/Kraftstoffpumpenanordnung
