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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Druckwerts für eine Durchflussregelung in einem druckabhängigen Fluidfördersystem, ein Steuergerät für ein Fluidfördersystem für Benzin oder Diesel sowie ein Fluidfördersystem.
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Fluidfördersysteme werden bei Kraftfahrzeugen als Kraftstofffördersysteme eingesetzt und dienen beispielsweise dazu, den Treibstoff aus einem Tank für eine Hochdruckpumpe zur Verfügung zu stellen. Derartige Fluidfördersysteme werden auch als Vorfördersysteme bezeichnet. Um die Fördermenge eines derartigen Fluidfördersystems zu regulieren, kann beispielsweise von einem Steuergerät (beispielsweise von einem Motorsteuergerät) ein Volumenstrom vorgegeben werden. Solche Fluidfördersysteme sind in der Regel abhängig von erzeugten Drücken, sowie von dem Fluidmedium, das befördert wird. Ist bekannt, dass sich das Verhalten des Fluidfördersystems nur geringfügig mit dem Druck ändert, so kann dieser beispielsweise für einen praktischen Betrieb des Fahrzeugs ignoriert werden. Alternativ kann ein elektronischer Drucksensor dazu verwendet werden, an einer Stelle des Fluidfördersystems einen Druck zu messen. Das Vorsehen eines derartigen Drucksensors ist mit einer zusätzlichen Beschaltung sowie einem Auswerteaufwand verbunden. Auch kann es aufgrund des dynamischen Verhaltens des geförderten Fluidmediums dazu kommen, dass in verschiedenen Teilen des Fluidfördersystems Drücke variieren, sodass der hier vorgesehene elektronische Drucksensor falsche, abweichende oder schwankende Werte liefert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, das einen Druckwert für eine Durchflussregelung bereitstellt, ohne dass ein separater Drucksensor für das Fluidfördersystem verwendet wird. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät und ein Fluidfördersystem aufzuzeigen, die für ein derartiges Verfahren geeignet sind.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Druckwerts für eine Durchflussregelung in einem druckabhängigen Fluidfördersystem gelöst. Das Fluidfördersystem umfasst einen stromgesteuerten elektrischen Motor. Der stromgesteuerte elektrische Motor wird von einem Motorsteuergerät gesteuert. Das Fluidfördersystem umfasst des Weiteren eine Fluidpumpe, die von dem elektrischen Motor angetrieben wird. Das Verfahren umfasst hierbei die Schritte:
- – Bestimmen einer Drehzahl des elektrischen Motors;
- – Bestimmen eines Strom des elektrischen Motors, insbesondere Auslesen eines Ansteuerstroms des Motorsteuergeräts;
- – Berechnen des Druckwerts in Abhängigkeit der Drehzahl und des Stroms des elektrischen Motors; und
- – Berechnen und Bereitstellen eines Durchflusswerts basierend auf dem berechneten Druckwert bei der bestimmten Drehzahl.
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Ein Vorteil des Verfahrens zeigt sich darin, dass kein Drucksensor benötigt wird, um den Druckwert bereitzustellen. Somit kann auf ein entsprechendes Bauteil verzichtet werden.
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Das Motorsteuergerät steuert den stromgesteuerten elektrischen Motor, indem das Motorsteuergerät den elektrischen Motor einen Stromwert vorgibt, der in einer bestimmten Drehzahl des elektrischen Motors resultiert. Der Motor ist mechanisch mit der Fluidpumpe gekoppelt. Die Drehzahl des Motors hat somit einen direkten Einfluss auf die Förderleistung der Fluidpumpe. Durch die Schritte des Verfahrens kann ohne zusätzliche Sensorik ein Durchflusswert berechnet werden, der wiederum einer Durchflussregelung bereitgestellt werden kann. Der Begriff Motorsteuergerät ist hierbei nicht begrenzend zu verstehen. Beispielsweise handelt es sich hierbei um mehrere Komponenten, die an unterschiedlichen Orten verbaut sind und zusammen eine Steuerung, bzw. eine Regelung des elektrischen Motors erwirken, wobei eine Komponente den Sollwert an den elektrischen Motor liefert. Die einzelnen Komponenten können hierbei beispielsweise über ein Bus-System miteinander vernetzt sein.
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Diese Druckbestimmung wird in Verbindung mit einer Durchflussregelung eingesetzt. Die Druckbestimmung dient hierbei als Quelle für eine Korrektur und wird nicht nur in einer Regelschleife eingesetzt. Eine solche Druckbestimmung findet beispielsweise in einem sogenannten PCPC-Modul statt (PCPC: pressure control by phase current). Ein solches PCPC-Modul, bzw. PCPC-Detektor Modul wird für die gewünschte Regelung als Korrektur verwendet. Ein reales Verhalten des Fluidsystems kann mit Hilfe des bestimmten Druckwerts adaptiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung beruht das Berechnen des Durchflusswerts auf einem Auswählen einer Pumpenkennlinie aus einer Mehrzahl von Pumpenkennlinien. Die Auswahl ist hierbei abhängig von dem Druckwert.
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Verschiedene Pumpenkennlinien können aufgenommen werden, die jeweils zu einzelnen bestimmten Druckwerten gehören. Beispielsweise wird eine erste Flusskennlinie des Fluidfördersystems in Abhängigkeit des Stroms und einer Drehzahl des Motors bei einem ersten Druck aufgenommen. Bei weiteren Drücken können entsprechend weitere Pumpenkennlinien aufgenommen werden. Somit ist für verschiedene Drücke das Förderverhalten des Fluidfördersystems bekannt. Ist in einem Betrieb nun der momentane Druckwert des Fluidfördersystems bekannt, so kann basierend auf dem aktuellen Druckwert eine Pumpenkennlinie bestimmt werden, anhand derer eine Drehzahl für den gewünschten Durchfluss ausgelesen werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Bereitstellen eines Durchflusswerts das Bereitstellen an einem Steuergerät des Fluidfördersystems. Dadurch, dass der Durchflusswert einem Steuergerät bereitgestellt wird, kann das Steuergerät eine Durchflussregelung durchführen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dient das Bereitstellen eines Durchflusswerts einer Adaption einer im Fluidfördersystem vorhandenen Saugstrahlpumpe.
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Neben einer Fluidpumpe, zum Beispiel einer Vorförderpumpe, die einen Grunddruck für ein Fluidfördersystem bereitstellt, können auch weitere Komponenten des Fluidfördersystems, wie beispielsweise eine Saugstrahlpumpe von einer Durchflusssteuerung mit diesem sensorlosen Verfahren konzipiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fluidpumpe für Benzin oder Diesel ausgelegt.
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Ein Vorteil des Verfahrens ist es, dass das Verfahren sowohl in einem Fluidfördersystem mit einer Fluidpumpe für Benzin oder auch für Diesel verwendet werden kann. Im Allgemeinen kann das Fluidfördersystem für beliebige Fluide ausgelegt sein, beispielsweise Kühlwasser oder Öl, aber auch für Fluide, deren Anwendung außerhalb eines Kraftfahrzeugs liegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fluidfördersystem weiter ein Kalibrierventil, das an einer Auslassseite der Fluidpumpe angeordnet ist und sich in Abhängigkeit eines vorbestimmten Drucks öffnet, um eine druckabhängige Kalibrierfunktion bereitzustellen. Der Schritt des Berechnens des Druckwerts hängt zusätzlich von der Kalibrierfunktion ab.
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Dadurch, dass das Kalibrierventil eine Kalibrierfunktion bereitstellt, die Rückschlüsse auf den Druck des Fluidmediums den Fluidfördersysteme zulässt, kann eine Abhängigkeit zwischen dem Ansteuerstrom des Motorsteuergeräts und der Drehzahl des Motors und somit der Förderleistung der Fluidpumpe gezogen werden. Das Kalibrierventil öffnet bei einem bestimmten Druck. Hierdurch ist der Druck im Fluidfördersystem an der Auslassseite der Fluidpumpe begrenzt. Dies hat wiederum zur Folge, dass eine Erhöhung des Ansteuerstroms des Motors eine größere Drehzahländerung zur Folge hat als bei geschlossenem Kalibrierventil und höherem Druck. Setzt man den Ansteuerstrom in Relation zur Drehzahl, so erhält man eine charakteristische Kalibrierfunktion, die einen Knick aufweist. Der Knick in der Kalibrierfunktion kommt durch das Öffnen des Kalibrierventils zustande und kann erkannt werden, ohne dass das Kalibrierventil überwacht wird. Daher ist kein Sensor erforderlich. Die Kalibrierfunktion erlaubt eine Zuordnung des Ansteuerstroms zu einem bestimmten Druck. Hierfür dient der Knick als Referenzpunkt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Steuergerät für ein Fluidfördersystem für Benzin oder Diesel gelöst. Das Steuergerät ist hierbei dazu ausgebildet, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen.
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Dadurch, dass das Steuergerät hierfür ausgelegt ist, kann ein Fluidfördersystem eines Fahrzeugs optimiert werden.
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Die Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung durch ein Fluidfördersystem gelöst. Das Fluidfördersystem umfasst einen elektrischen Motor, ein Steuergerät, eine Fluidpumpe. Hier ist der elektrische Motor dazu eingerichtet, die Fluidpumpe anzutreiben. Das Motorsteuergerät ist dazu eingerichtet, den elektrischen Motor basierend auf einer Durchflussregelung mit einem Ansteuerstrom anzusteuern. Hierbei wird ein Druckwert für die Durchflussregelung über ein Verfahren nach dem ersten Aspekt bezogen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fluidfördersystems,
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2 einen Graphen für ein Fördervolumen,
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3 mehrere Graphen für ein Fördervolumen,
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4 eine schematische Darstellung einer Regelstrecke,
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5 eine weitere schematische Darstellung einer Regelstrecke,
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6 eine weitere schematische Darstellung einer Regelstrecke.
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1 zeigt ein Fluidfördersystem 10. Das Fluidfördersystem 10 ist im Ausführungsbeispiel ein Fluidfördersystem zum Fördern von Benzin aus einem Tank für ein Kraftfahrzeug. In einer anderen Ausgestaltung kann das Fluidfördersystem 10 zum Fördern von Diesel ausgelegt sein. Der Treibstoff, hier das Benzin wird durch das Fluidfördersystem 10 einer Einspritzanlage (sogenanntes Fuel Rail-System) zugeführt. Die Einspritzanlage umfasst hierbei eine Hochdruckpumpe. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in 1 auf eine Darstellung sowohl des Tanks, als auch der Einspritzanlage verzichtet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein sogenanntes Vorfördersystem. Ebenso kann es sich in anderen Ausgestaltungen um andere Fluidfördersysteme oder Teile eines Fluidfördersystems handeln.
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Im Ausführungsbeispiel umfasst das Fluidfördersystem 10 einen stromgesteuerten elektrischen Motor 11. Der stromgesteuerte elektrische Motor 11 wird von einem Motorsteuergerät 12 gesteuert. In der in 1 dargestellten Ausgestaltung findet die Regelung (bzw. Steuerung) des elektrischen Motors 11 in einem einzelnen Motorsteuergerät 12 statt. Das Motorsteuergerät 12 umfasst in einem weiteren Ausführungsbeispiel mehrere Komponenten, die an unterschiedlichen Orten verbaut sind und zusammen eine Steuerung, bzw. eine Regelung des elektrischen Motors erwirken, wobei eine Komponente (Steuergerät) den Sollwert an den elektrischen Motor liefert. Die einzelnen Komponenten sind hierbei beispielsweise über ein Bus-System miteinander vernetzt. Der elektrische Motor 11 treibt eine Fluidpumpe 13 an. Der elektrische Motor 11 ist über eine mechanische Kopplung 17 mit der Fluidpumpe 13 verbunden. Die Fluidpumpe 13 pumpt Benzin über eine Fluidleitung 15 aus dem Tank durch das Fluidfördersystem 10 und über eine Leitung 16 zu der Einspritzanlage. An einer Auslastseite der Fluidpumpe 13 ist ein Kalibrierventil 14 angeschlossen und mit der Fluidpumpe 13 hydraulisch gekoppelt. Hierbei ist das Kalibrierventil 14 über die hydraulische Verbindung 18 mit der Leitung 16 und somit mit der Fluidpumpe 13 verbunden. Das Kalibrierventil 14 ist dazu eingerichtet, bei einem vorbestimmten Druck, beispielsweise 3 bar, zu öffnen. In einer weiteren Ausgestaltung wird auf den Einsatz des Kalibrierventils 14 verzichtet. Der elektrische Motor 11 wird von dem Motorsteuergerät 12 so gesteuert, dass die Fluidpumpe 13 mit einer bestimmten Drehzahl des Motors 11 läuft. Das Fluidfördersystem 10 ist somit ein drehzahlgesteuertes Fluidfördersystem.
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2 zeigt eine Kennlinie einer Fluidpumpe 13. Hierbei ist auf der Abszissenachse eine Drehzahl, auf der Ordinatenachse ein Fördervolumen aufgetragen. Bei steigender Drehzahl nimmt das Fördervolumen der Fluidpumpe 13 zu. Das Verhalten ist näherungsweise linear. In anderen Ausgestaltungen, in denen weitere Pumpentypen verwendet werden, kann das Verhalten selbstverständlich auch anders sein.
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3 zeigt drei verschiedene Kennlinien einer Fluidpumpe 13. Jede der Kennlinien zeigt eine untereinander vergleichbare Abhängigkeit des Förderverhaltens abhängig von der Drehzahl. Wie in 2 ist auf der Abszissenachse eine Drehzahl, auf der Ordinatenachse ein Fördervolumen aufgetragen. Kennlinie 31 wurde bei geringem Druck im Fluidfördersystem 10 ermittelt, Kennlinie 32 bei einem mittleren Druck im Fluidfördersystem 10 und Kennlinie 33 bei einem hohen Druck in einem Fluidfördersystem 10. Es ist ersichtlich, dass das Fördervolumen mit steigendem Druck bei gleicher Drehzahl sinkt. Dies stellt die Steifheit, bzw. die Drucksteifheit des Fluidfördersystems 10 dar.
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Um eine präzise Steuerung des Fluidfördersystems zu gewährleisten, wird diese Druckabhängigkeit des Fluidfördersystems 10 berücksichtigt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelstrecke. Ausgangssignal 40 der Regelstrecke ist eine aktuelle Fördermenge. Die aktuelle Fördermenge wird von der Druckkorrektur 41 bereitgestellt. Die Druckkorrektur 41 wählt aus mehreren Kennlinien der Fluidpumpe 13, beispielsweise einem Kennlinienfeld, wie in 3 dargestellt, eine Kennlinie entsprechend einem aktuellen Druck aus. Die Druckkontrolle 41 verfügt hierbei über zwei Eingänge. Der erste Eingang 42 empfängt als Eingangssignal die aktuelle Drehzahl des elektrischen Motors 11. Der zweite Eingang 43 empfängt ein Signal, welches den aktuellen Druck im Fluidfördersystem abbildet. Der aktuelle Druck wird hierbei über ein Detektormodul 44 berechnet und der Druckkorrektur 41 zur Berechnung der Fördermenge, beziehungsweise einem Durchflusswert durch das Fluidfördersystem 10 bereitgestellt.
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5 zeigt schematisch eine Regelstrecke betreffend eine Kommunikation eines Steuergeräts 52 mit Fluidsteuereinheit 50. Das Steuergerät 52 stellt hierbei zwei Signale bereit. Zum einen ein angestrebtes Fördervolumen (oberer Ausgang) und zum anderen einen benötigten Druck. Diese beiden Signale liefern Grundlage für die Fluidsteuereinheit 50. Die Fluidsteuereinheit 50 umfasst hierbei eine Regelung nach 4 und berechnet für das Motorsteuergerät 12 eine erforderliche Drehzahl, die als Ausgangssignal 51 an das Motorsteuergerät 12 gesendet wird.
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6 zeigt eine weitere druckabhängige Korrektur. Das hier dargestellte, schematische Diagramm einer Regelstrecke zeigt eine Druckkorrektur 61 einer Saugstrahlpumpe. Ausgangssignal 60 ist eine minimale geforderte Drehzahl. An Eingang 62 liegt ein Wert für ein minimales Fördervolumen der Saugstrahlpumpe an, der beispielsweise von einer Steuereinheit bereitgestellt wird oder aus einem Speicher ausgelesen wird. Ein Eingangssignal an Eingang 63 umfasst einen Wert für den aktuellen Druck in dem Fluidfördersystem 10. Der aktuelle Druck 63 wird über das Detektormodul 44 bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fluidfördersystem
- 11
- elektrischer Motor
- 12
- Motorsteuergerät
- 12a
- Steuergerät
- 13
- Fluidpumpe
- 14
- Kalibrierventil
- 15, 16
- Leitung
- 17
- mechanische Kupplung
- 18
- hydraulische Verbindung
- 20, 31 bis 33
- Kennlinie
- 40, 51, 60
- Ausgang
- 42, 43, 62, 63
- Eingang
- 41, 61
- Druckkorrektur
- 44
- Detektormodul
- 50
- Fluidsteuereinheit
