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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik und des Maschinenbaus und ist mit besonderem Vorteil in der Kraftfahrzeugtechnik, jedoch auch auf anderen Gebieten anwendbar, auf denen Verbrennungsmotoren Einsatz finden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Kraftstoffpumpe.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen, die mit Verbrennungsmotoren oder wenigstens teilweise mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden, werden üblicherweise solche Motoren verwendet, die mittels einer Kraftstoffpumpe mit Kraftstoff versorgt werden, wobei für eine Optimierung des Betriebes der Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen sowie einer Lastanforderung die Betriebsparameter der Kraftstoffpumpe gesteuert werden. Für eine kontrollierte Verbrennung ist es insbesondere wichtig, einen bestimmten Kraftstoffdruck auf der Eingangsseite der Kraftstoffeinspritzung/Einspritzpumpe zu erzeugen.
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Es ist zu diesem Zweck auch bekannt, derartige Kraftstoffpumpen unter Zugrundelegung von Kennlinienfeldern zu steuern. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 53 823 A1 beschrieben. Dort wird über ein Kennlinienfeld eine Kraftstoffpumpe derart gesteuert, dass in einem Druckspeicher ein Solldruck erreicht wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 49 237 A1 ist ein Regelverfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt, bei dem zwischen mehreren Betriebsarten gewechselt werden kann und entsprechend der Steuerung einer Kraftstoffpumpe wechselweise unterschiedliche Kennlinien zugrunde gelegt werden.
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Für Verfahren zur Steuerung von Kraftstoffpumpen ergeben sich im Zuge einer Optimierung folgende Probleme:
Einerseits besteht der Wunsch, eine direkte Druckmessung mittels eines Sensors im Niederdruckkreis einzusparen, über den die Kraftstoffhochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt wird, um Kosten und konstruktiven Aufwand zu verringern. Es werden zu diesem Zweck Verfahren angewandt, die den Druck auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe mittels der Betriebsparameter der Pumpe und anderer Einflussgrößen über rechnerische Ermittlungsverfahren bzw. Kennlinienfelder bestimmen und einstellen.
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Andererseits unterliegen derartige Ermittlungsverfahren und auch Kennlinienfelder Veränderungen durch Verschleiß von Pumpenteilen und anderen Teilen des Kraftstoffkreislaufs, und zudem können nicht alle Einflussgrößen unmittelbar gemessen und in ein vieldimensionales Kennlinienfeld mit aufgenommen werden.
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Aus diesem Grund beschränkt man sich üblicherweise auf ein Kennlinienfeld der Kraftstoffpumpe und versucht, dieses an die übrigen, nicht im Kennlinienfeld aufgelösten Größen und die sonstigen Bedingungen durch eine Kalibriermessung anzupassen. Die notwendigen Kalibriermessungen können beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors, beispielsweise beim Start einer Fahrt mit einem Kraftfahrzeug, durchgeführt und durch weitere Kalibriermessungen verfeinert werden.
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Beispielsweise ist es bekannt geworden, zwischen der Hochdruckpumpe einer Einspritzung und dem Verbrennungsmotor ein Referenzventil vorzusehen, dessen Druckverhalten bekannt ist, d. h., das bei Überschreiten eines bestimmten Referenzdrucks öffnet Ein solches Ventil kann durch gezielte Veränderung von Betriebsparametern der Hochdruckpumpe derart angefahren werden, dass das Öffnen des Ventils erkannt wird und damit unter bestimmten Betriebsbedingungen das Erreichen des Referenzdrucks registriert werden kann. Derartige Kalibriermethoden können ergänzt und verfeinert werden, um nicht nur die Steigung von Referenzlinien, sondern auch die Spreizung eines Kennlinienfeldes ermitteln zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die Kalibrierung einer Kraftstoffpumpe, die beispielsweise in einem Tank angeordnet sein kann, in einen Schubbetrieb zu integrieren.
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Unter dem Schubbetrieb wird ein Betrieb der Brennkraftmaschine verstanden, in dem diese eine äußere Last nicht antreibt, sondern die Verbrennungskraftmaschine entweder von einem Belastungszustand in einen Leerlauf übergeht oder von der eigentlichen Last angetrieben wird, also beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug bei der Bergabfahrt, wenn der Verbrennungsmotor als Motorbremse verwendet wird, oder bei Normalfahrt in dem Fall, wenn das Gaspedal nicht betätigt wird und die Drehzahl des Verbrennungsmotors nur durch die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt ist. In derartigen Zuständen sind die optimalen Betriebsparameter einer Kraftstoffpumpe besonders schwierig zu bestimmen.
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Die Druckschrift
US 2014/0105758 A1 offenbart eine Kontrollvorrichtung für eine Kraftstoffpumpe. Dabei werden charakteristische Größen, wie die Drehgeschwindigkeit der Pumpe, der Druck im zu fördernden Medium oder der Strom, mit welchem die Pumpe angesteuert wird, benutzt, um die Kraftstoffpumpe geeignet zu regeln. Der Druck im zu fördernden Medium wird dabei unter Zuhilfenahme der am Motor der Kraftstoffpumpe angelegten Stromstärke ermittelt. Weiterhin weist die Vorrichtung ein Ventil auf, das beim Erreichen eines gewissen vorgebbaren Drucks im zu fördernden Medium öffnet und somit eine Kalibrierfunktion bereitstellt.
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Die
DE 10 2007 057 452 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine. Dabei wird der Kraftstoff von einer ersten Kraftstoffpumpe auf einen ersten Druck verdichtet und über eine erste Kraftstoffleitung zu einer zweiten Kraftstoffpumpe gefördert. Diese zweite Kraftstoffpumpe verdichtet den Kraftstoff auf einen zweiten Druck. Der zweite Druck ist durch eine Druckbegrenzungseinrichtung vorgegeben. Innerhalb des Verfahrens könne die Förderleistungen der ersten Kraftstoffpumpe und der zweiten Kraftstoffpumpe variiert werden.
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Die
DE 10 2004 006 694 A1 zeigt ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem. Der Kraftstoff wird von einer Zumesseinheit und einer Hochdruckpumpe in einen Kraftstoffspeicher gefördert. Der Druck im Kraftstoffspeicher wird erfasst und durch die Ansteuerung der Zumesseinheit durch ein Steuergerät geregelt. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Regelung des Drucks im Kraftstoffspeicher wird eine für die jeweils verwendete Zumesseinheit individuelle Kennlinie verwendet.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 11 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
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Konkret bezieht sich somit die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem dem Verbrennungsmotor mittels einer rotierenden Pumpe Kraftstoff zugeführt wird und bei dem die Drehzahl der Pumpe und/oder der elektrische Strom zur Speisung der Pumpe (Pumpenstrom) in Abhängigkeit von einer Anforderungsgröße unter Berücksichtigung einer Ermittlungsvorschrift, insbesondere eines Kennlinienfeldes gesteuert wird, wobei zur Lösung der Aufgabe im Falle eines Wechsels der Betriebsart in einen Schubbetrieb eine Kalibrierung durchgeführt wird, wobei die Drehzahl der Pumpe erfasst und während der Kalibrierung im Wesentlichen unverändert beibehalten wird, wobei bei Erreichen des Auslösedrucks eines auf der Druckseite der Pumpe angeordneten Kalibrierventils der Pumpenstrom erfasst wird und wobei die ermittelte Drehzahl und der ermittelte Pumpenstrom zur Kalibrierung der Ermittlungsvorschrift verwendet werden.
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Üblicherweise wird beim Wechsel in einen Schubbetrieb eines Verbrennungsmotors die Drehzahl und somit auch die Förderleistung der zwischen der Ansaugleitung im Tank und insbesondere einer Hochdruck-Einspritzpumpe des Motors angeordneten Pumpe (= Kraftstoffpumpe) heruntergefahren, da der Kraftstoffverbrauch und somit die Kraftstoffabnahme auf der Motorseite der Kraftstoffpumpe gegen null geht. Um in einem solchen Zustand eine Kalibrierung durchzuführen, würde üblicherweise einer der Betriebsparameter der Kraftstoffpumpe variiert (Spannung bei Gleichstrombetriebenen Kraftstoffpumpen/Drehzahlvorgabe bei elektronisch geregelten Kraftstoffpumpen), wodurch sich in jedem Falle ein variables Verhalten der Pumpe, beispielsweise unter Durchfahren eines bestimmten Drehzahlbereichs, ergeben würde. Ein solches Verhalten kann einerseits dazu führen, dass das System des Verbrennungsmotors Zustände annimmt, die beim Übergang in einen Normalbetrieb ungünstig sind, und andererseits wird im Fall der Verwendung bei einem Kraftfahrzeug eine solche Variation der Betriebsparameter der Kraftstoffpumpe teilweise vom Fahrer wahrgenommen und als unangenehm empfunden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Drehzahl der Kraftstoffpumpe nach dem Übergang in den Schubbetrieb konstant oder zumindest für eine kurze Zeit (< 2 sec, typischerweise aber mindestens 0,2 sec, insbesondere mindestens 0,5 sec) konstant gehalten, so dass sich keine merkliche Änderung im Verhalten der Kraftstoffpumpe ergibt.
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Zu diesem Zweck kann beispielsweise über die Motorsteuerelektronik (ECU), Sensoren oder auch unmittelbar über das Verhalten des Verbrennungsmotors oder einen Sensor am Gaspedal der Wechsel in den Schubbetrieb erfasst und an eine Steuerung der Kraftstoffpumpe übermittelt werden. Dies kann beispielsweise über einen in Fahrzeugen oft vorhandenen CAN-Bus über elektrische Signale, insbesondere digitale Befehle, erfolgen. Die Drehzahl der Kraftstoffpumpe wird daraufhin nicht geändert, oder nur in geringem Maße, beispielsweise um eine bestimmte Drehzahl zu erreichen, die der Drehzahl beim Übergang in den Schubbetrieb nahe ist und für die beispielsweise eine Kennlinie vorliegt oder die einen für die Kalibrierung geeigneten Wert darstellt. Vorteilhafterweise sollte die Drehzahl der Kraftstoffpumpe nach dem Übergang in den Schubbetrieb um nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5%, weiter insbesondere nicht mehr als 2%, geändert werden. Bei der so erreichten konstanten Drehzahl wird dann die Kraftstoffpumpe eine Zeitlang betrieben. Da die Kraftstoffanforderung auf der Hochdruckseite im Schubbetrieb nahe null oder sogar gleich null ist, ergibt sich ein sogenannter Overshoot-Zustand, in dem der Druck zwischen der zu kalibrierenden Kraftstoffpumpe und einer Hochdruckpumpe für die eigentliche Einspritzung ansteigt. Dabei ändert sich bei konstanter Drehzahl der Pumpe der Pumpenstrom (steigt), d. h., der Strom, der zum Antrieb eines elektrischen Motors der Pumpe dient, steigt an. (Größerer Druck bedeutet mehr Energie und verlangt somit mehr Pumpenstrom). Durch die nicht vorhandene Abnahmemenge schnellt der Druck in die Höhe (Overshoot), sobald bei diesem Overshoot der Auslösedruck eines im Kraftstofftank auf der Ausstoßseite der zu kalibrierenden Pumpe angeordneten Kalibrierventils erreicht wird, öffnet dieses, und das Erreichen dieses Drucks wird erfasst. Der Druckwert ist durch ein Abbrechen der Steigung des elektrischen Pumpenstroms erkennbar. Der an diesem Arbeitspunkt erreichte Pumpenstrom kann gemeinsam mit der Drehzahl abgespeichert werden. Damit ist ein Datentripel eines Kennlinienfeldes bekannt, das den Druck Öffnungsdruck des Ventils, der als Eigenschaft des Ventils auch von dem Volumenstrom abhängt) mit der aktuellen Drehzahl der Pumpe und dem Pumpenstrom (Knickpunkt der Kennlinie) in Beziehung setzt. Die Vermittelnde Größe ist hier der Volumenstrom, welches einmal auf den Öffnungsdruck des Kalibrierventils Einfluss hat und aus der Pumpendrehzahl bestimmt werden kann. Da der Auslöse-/Öffnungsdruck des Kalibrierventils in Abhängigkeit vom Volumenstrom steht, kann nach Erreichen des Öffnungsdrucks der bestimmte Volumenstrom dazu verwendet werden, mittels einer Schätzung den Öffnungsdruck des Kalibrierventils zu korrigieren. Somit ergeben sich auch für unterschiedliche Drehzahlen unterschiedliche Wertepaare.
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Die erste Kalibrierung kann durch nachfolgende weitere Kalibrierungen ergänzt/ersetzt werden, wenn ein weiterer Wechsel von einem normalen Lastbetrieb in den Schubbetrieb stattfindet, wobei dann beispielsweise die Kraftstoffpumpe sich je nach dem Lastverhalten vor dem Schubbetrieb bei jeweils einer anderen Drehzahl befindet und entsprechend bei dieser Drehzahl oder einer nahe bei dieser Drehzahl liegenden Drehzahl ein weiteres Datentripel ermittelt werden kann. Mittels wenigstens zweier Kalibriermessungen können Neigungen der Kennlinien des Kennlinienfeldes bestimmt werden, und insbesondere wenn durch Messungen bei verschiedenen Drehzahlen unterschiedliche Schaltdrücke des Kalibrierventils genutzt werden können, kann auch eine Spreizung des Kennlinienfeldes ermittelt werden.
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Unter der Anforderungsgröße kann in diesem Zusammenhang bei der Steuerung der Kraftstoffpumpe und des Verbrennungsmotors die dem Verbrennungsmotor abgeforderte Leistung oder das Drehmoment verstanden werden, wobei diese Größe beispielsweise durch den Betätigungsgrad eines Gashebels/Gaspedals repräsentiert wird.
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Voraussetzung für eine sinnvolle Durchführung des beschriebenen Kalibriervorgangs ist, dass die Drehzahl der Kraftstoffpumpe beim Übergang in den Schubbetrieb einen bestimmten Mindestwert aufweist, der tatsächlich zu einem Überschießen des Drucks auf der Hochdruckseite der Pumpe (”Overshoot”) führt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass nach Erkennen des Wechsels der Betriebsart in einen Schubbetrieb die Drehzahl ermittelt und nur unter der Bedingung, dass eine festgelegte Drehzahlschwelle überschritten ist, eine Kalibrierung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann bei Wechseln in einen Schubbetrieb, bei denen die Drehzahl der Kraftstoffpumpe besonders gering ist, von einem Kalibrierversuch abgesehen werden.
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Vorteilhaft ist weiter vorgesehen, dass nach Erkennen des Wechsels der Betriebsart in einen Schubbetrieb die Drehzahl ermittelt und unter der Bedingung, dass eine festgelegte Drehzahlschwelle unterschritten ist, die Drehzahl verringert, insbesondere die Pumpe abgeschaltet wird.
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Die Pumpe kann zum Einsparen von Kraftstoff gänzlich abgeschaltet werden, wobei unter bestimmten Voraussetzungen auch vorteilhaft sein kann, dass eine bestimmte Mindestdrehzahl beibehalten wird, um einen nachfolgenden Wechsel vom Schubbetrieb in einen normalen Lastbetrieb zu erleichtern. Beispielsweise sollte eine Leerlaufphase beim Schalten eines Schaltgetriebes bei einem Kraftfahrzeug nicht notwendig dazu führen, dass die Kraftstoffpumpe vorübergehend abgeschaltet wird.
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In dem Fall, dass eine Kalibrierung gestartet wird, kann einerseits die tatsächliche Drehzahl der Kraftstoffpumpe beibehalten werden, bis im Zuge des Overshoot das Kalibrierventil schaltet. Insbesondere dann, wenn durch die Kalibrierung eine Mehrzahl von Parametern bei einer Ermittlungsvorschrift angepasst wird, ist es oft nicht wichtig, die Datensätze beim Erreichen des Schaltdrucks des Kalibrierventils bei bestimmten Drehzahlen zu ermitteln. Soll jedoch ein bestimmtes Kennlinienfeld kalibriert werden, so sind dort oft Kennlinien bei bestimmten Drehzahlwerten vorgegeben, so dass es vorteilhaft sein kann, eine naheliegende vorgegebene Drehzahl zur Kalibrierung einzustellen. Die Menge der festgelegten Drehzahlwerte, die zur Wahl stehen, entsprechen dann den einzelnen aufgespreizten Kennlinien.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nach der Ermittlung eines Pumpenstromes beim Auslösen des Kalibrierventils überprüft wird, ob die Zahl der Kalibrierpunkte eine vorgegebene Mindestanzahl erreicht hat. Eine einzelne Kalibrierungsmessung reicht üblicherweise aus den oben genannten Gründen für eine Kalibrierung nicht aus, so dass wenigstens zwei Kalibrierungsmessungen, idealerweise drei Kalibrierungsmessungen hilfreich sind. Zur Erhöhung der Genauigkeit können auch noch mehr Kalibrierungsmessungen, beispielsweise vier oder fünf Messungen, durchgeführt werden. Ist die angestrebte Zahl von Kalibrierungsmessungen erreicht, so kann die Steuerung der Kraftstoffpumpe dies registrieren, das entsprechend kalibrierte Kennlinienfeld der weiteren Steuerung zugrunde legen und die Durchführung weiterer Kalibiermessungen bei zukünftigen Wechseln in einen Schubbetrieb bis zum nächsten Betriebsstopp des Motors unterbinden.
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Es kann zudem bei jeder einzelnen Kalibriermessung vorteilhaft vorgesehen sein, dass nach der Kalibrierung die Drehzahl der Pumpe reduziert, insbesondere die Pumpe abgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Verbrauch von Kraftstoff reduziert, insbesondere auf null, oder die Kraftstoffpumpe wird in einen Zustand niedriger Drehzahlen versetzt, der einen erneuten Wechsel in einen Lastzustand besonders einfach macht.
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Die Erfindung kann vorteilhaft auch dadurch ausgestaltet werden, dass bei einer laufenden Kalibrierung, sobald der Schubbetrieb beendet wird, insbesondere durch Änderung der Anforderungsgröße, ermittelt wird, wie weit die Kalibrierung fortgeschritten ist, die Kalibrierung beendet wird und in Abhängigkeit vom Fortschritt der Kalibrierung die ermittelten Werte gewichtet berücksichtigt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass auch im Schubbetrieb nach einer ersten Kalibrierung eine Variation der Drehzahl zum Anfahren eines oder mehrerer weiterer Kalibrierungs-Arbeitspunkte vorgenommen wird.
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Selbst bei nur einem einzigen Referenzpunkt der Kalibrierung kann nach der erfolgreichen Messung durch langsame Reduzierung der Drehzahl ein weiterer Kalibrierungspunkt (Schließen des Ventils nach der Öffnung im Rahmen der ersten Kalibrierung und Nutzung eines Hystereseeffektes (= Druckdifferenz zwischen Öffnen und Schließen)) aufgenommen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einer laufenden Kalibrierung, sobald der Schubbetrieb beendet wird, insbesondere durch Änderung der Anforderungsgröße, ermittelt wird, wie weit die Kalibrierung fortgeschritten ist, die Kalibrierung sofort beendet wird und in Abhängigkeit vom Fortschritt der Kalibrierung die ermittelten Werte nicht berücksichtigt werden. Wird vor der Auslösung des Referenzventils eine Lastanforderung abgegeben, so wird der normale Lastbetrieb aufgenommen, ohne dass ein Datentripel für die Kalibrierung erfasst worden wäre. Es liegt somit keine Kalibriermessung vor, und der Kalibriervorgang muss an dieser Stelle verworfen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Wechsel in einen Schubbetrieb der Pumpensteuerung mittels elektronischer Signale, insbesondere mittels eines BUS-Systems, übermittelt wird. Die Verwendung eines CAN-BUS für eine solche Signalübermittlung wurde bereits weiter oben erläutert. Hierzu ist weiter zu bemerken, dass die Daten und die Ansteuerung zur Kalibrierung nicht zwingend im Pumpensteuergerät durchgeführt werden muss sondern die Informationen auch im Fahrzeug verteilt sein oder ermittelt werden können und der Vorgang durch das Motorsteuergerät oder allgemeiner ein Softwaremodul in einem Aggregat des Fahrzeugs durchgeführt, gesteuert oder ausgewertet werden kann.
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Zudem kann die Erfindung vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass vor oder während einer Kalibrierung die Drehzahl der Pumpe derart verändert wird, dass sie einen Wert aus einer vorgegebenen Menge von festgelegten Werten annimmt, bei dem noch keine Kalibrierungsmessung stattgefunden hat. Liegt beispielsweise beim Wechsel in einen Schubbetrieb eine Drehzahl der Kraftstoffpumpe vor, bei der schon bei einer früheren Kalibrierungsmessung ein Datentripel, bestehend aus Drehzahl, Pumpenstrom und Schaltdruck des Referenzventils, ermittelt worden ist, so kann die Drehzahl so weit verändert werden, bis ein nicht allzu weit von der ursprünglichen Drehzahl entfernter Drehzahlwert erreicht ist, für den eine weitere Kalibrierungsmessung sinnvoll ist.
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Beispielsweise kann eine Anzahl von unterschiedlichen Drehzahlen in Schritten von 100, 200 oder 500 Umdrehungen pro Minute festgelegt und in einem Speicher der Steuereinrichtung der Kraftstoffpumpe oder einem anderen Steuerungsmodul im Fahrzeug, beispielsweise in der Motorsteuerung, hinterlegt sein. Es kann dann bei jeder Kalibrierung die nächstliegende Drehzahl aus der Menge der hinterlegten Drehzahlen ausgewählt und angesteuert werden. Bei jeder dieser Drehzahlen können dann beispielsweise nur eine oder nur zwei Kalibrierungsmessungen stattfinden, um dann gemittelte Kalibriertripel/Kalibriertupel verwenden zu können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin liegen, dass die Drehzahl der Pumpe zum Erreichen eines Wertes aus der vorgegebenen Menge von festgelegten Werten, bei dem noch keine Kalibrierungsmessung stattgefunden hat, verringert wird. In diesem Fall wird die Drehzahl beim Wechsel in den Schubbetrieb in jedem Fall konstant gehalten oder verringert, jedoch nicht erhöht. Das Einstellen der Drehzahl, bei der die Kalibrierung stattfindet, stellt dann eine Zwischenstation zwischen der anfänglichen Drehzahl der Kraftstoffpumpe und einer Ruhedrehzahl dar, die nach der Kalibrierung bei Fortsetzung des Schubbetriebs eingestellt werden kann. Ist die Drehzahl der Pumpe beim Übergang in den Schubbetreib sehr hoch, so kann diese auch vor dem Beginn der Kalibrierung auf einen für das System günstigen und vor allem ungefährlichen Wert heruntergefahren werden. Für den Kalibriervorgang selbst bleibt die Drehzahl dann konstant.
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Wird die Drehzahl zur Durchführung der Kalibrierung ein Stück weit abgesenkt, so ist in jedem Fall auch zu überprüfen, ob die derart angefahrene Drehzahl noch oberhalb einer kritischen Mindestdrehzahl liegt, die zu einem Overshoot führt, d. h., bei der das Überschießen des Drucks auf der Motorseite der Pumpe bis über den Auslösedruckdes Referenzventilsüberhaupt stattfindet.
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Weiterhn vorteilhaft ist auch ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, dem mittels einer rotierenden Pumpe Kraftstoff zugeführt wird und bei dem die Drehzahl der Pumpe und/oder der elektrische Strom zur Speisung der Pumpe (Pumpenstrom) in Abhängigkeit von einer Anforderungsgröße unter Berücksichtigung einer Ermittlungsvorschrift, insbesondere eines Kennlinienfeldes, gesteuert wird, sowie mit einer Kalibriereinrichtung zur Kalibrierung von Parametern der Ermittlungsvorschrift, wobei die Kalibriereinrichtung aufweist: eine Ansteuereinrichtung, die die Drehzahl der Pumpe auf einem konstanten Wert hält, eine Erfassungseinrichtung, die das Auslösen eines Kalibrierventils erfasst, eine Messeinrichtung, die den Pumpenstrom ermittelt, sowie insbesondere eine Korrekturermittlungseinrichtung, die aus einer oder mehreren Kalibrierungen eine Korrekturgröße der Ermittlungsvorschrift ermittelt.
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Derartige Antriebssysteme eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren besonders dann, wenn kein Drucksensor auf der Motorseite der Kraftstoffpumpe, also auf der Seite, zu der die Pumpe den Kraftstoff fördert, zwischen der Pumpe und dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist. Jedoch ist die Realisierung grundsätzlich auch dann möglich, wenn ein Drucksensor vorgesehen ist. In diesem Fall dient die beschriebene Kalibrierung dann zur Plausibilisierung des Kraftstoffdrucksensors. Zur Kalibrierung gemäß der Erfindung wird lediglich die Auslöseeigenschaft eines Referenzventils ausgenutzt, das bei einem bestimmten Kraftstoffdruck öffnet oder teilweise öffnet, so dass dieses Verhalten durch eine Erfassungseinrichtung unmittelbar oder mittelbar durch Auswertung von Messwerten nachgewiesen und das Erreichen des entsprechenden Drucks registriert werden kann. Die Erfassungseinrichtung, die das Auslösen des Kalibrierventils erfasst, ist als eine Auswerteeinrichtung denkbar, die beispielsweise bei einer Erhöhung des Pumpenstroms bei gleichbleibender Pumpendrehzahl ein Abknicken der Kennlinie registriert, die den Verlauf des Pumpenstroms im Verhältnis zur Drehzahl darstellt. Es kann jedoch auch ein Sensor vorgesehen sein, der tatsächlich und unmittelbar eine Reaktion des Kalibrierventils nachweist, beispielsweise mittels eines Positionssensors, der die Position eines Verschlusskörpers des Ventils detektiert, oder mittels eines Fluidstromsensors, der das Einsetzen eines Volumenstroms bei Öffnen des Ventils registriert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
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1 schematisch den Aufbau eines Verbrennungsmotors, einer Kraftstoffpumpe, einer Hochdruckpumpe und entsprechender Steuer- und Sensoreinrichtungen,
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2 ein typisches Kennlinienfeld einer Kraftstoffpumpe sowie
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3 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Prozesses.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1, der durch eine Motorsteuerung (ECU) 40 gesteuert und mittels einer Kraftstoffleitung 2 mit Kraftstoff unter hohem Druck durch die Hochdruckpumpe/Einspritzpumpe 38 versorgt wird, wobei der Kraftstoff über vier Einspritzventile 3, 4, 5, 6 in einzelne, nicht dargestellte Zylinder eingespritzt wird. Der Hochdruckpumpe 38 wird zu diesem Zweck durch die Kraftstoffpumpe 7 über einen Niederdruckkreis 39 aus einem Tank 8 Kraftstoff zugeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geht es darum, die Kraftstoffpumpe 7, die im Tank 8 angeordnet sein kann, zu kalibrieren. Die Pumpe 7 wird mittels eines in diese integrierten Elektromotors angetrieben und weist zur Förderung des Kraftstoffs einen Rotor 9 auf. Dieser ist schematisch dargestellt, wobei beispielsweise als Pumpe eine Verdrängerpumpe oder auch eine andere Pumpenausführung eingesetzt werden kann.
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Der Elektromotor der Pumpe 7 wird über eine Stromleitung 10 mit einem Strom (Pumpenstrom) gespeist, wobei die Stromstärke mittels eines Stromsensors 11 erfasst wird. Die Drehzahl der Pumpe wird über einen Sensor 12 erfasst oder die Drehzahl wird anhand der Strominformation aus 11 ermittelt und an eine Steuereinrichtung 13 der Pumpe (Pumpensteuerung) übermittelt. Die Steuereinrichtung 13 wird über ein Gaspedal 14 mit der Anforderungsgröße angesteuert und berücksichtigt bei der Ansteuerung der Pumpe 7 sowohl die Drehzahl des Pumpenrotors 9, die durch den Sensor 12 übermittelt wird, als auch die Stromstärke des Pumpenstroms. Hierzu weist die Steuerung 13 einen Datenverarbeitungsteil 15 auf, in dem entsprechende Ermittlungsalgorithmen und/oder Kennlinienfelder hinterlegt sind. Der übrige Teil 16 der Steuereinrichtung 13 übernimmt die Ansteuerung der Pumpe 7.
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Mit dem unter einem gegenüber dem Tank 8 erhöhten Kraftstoffdruck stehenden Niederdruckkreis 39 zwischen der Kraftstoffpumpe 7 einerseits und der Hochdruckpumpe 38 und dem Motor 1 andererseits ist ein Referenzventil 18 verbunden, das im Kraftstofftank 8 angeordnet sein kann und das bei Überschreiten eines Referenzdrucks öffnet und über einen Auslasskanal 19 Kraftstoff ableitet. Das Referenzventil 18, das selbst außerhalb des Tanks liegen kann, wird in der erfindungsgemäßen Weise zum Kalibrieren der Steuerung 13 und/oder des Datenverarbeitungsteils 15 verwendet. Der Kalibriervorgang kann durch die Motorsteuerung 40 oder die Pumpensteuerung oder ein in einem anderen Aggregat des Fahrzeugs integriertes Softwaremodul gesteuert werden.
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Zusätzlich zu den Eingangsgrößen der Lastanforderung durch das Gaspedal 14, der Drehzahl der Pumpe 7, des Pumpenstroms sowie gegebenenfalls anderer Einflussgrößen, wie der Luftfeuchtigkeit und der Betriebstemperatur, kann der Steuereinrichtung 13 vom drehenden Teil 20 des Verbrennungsmotors auch dessen Drehzahl übermittelt werden. Der Motor oder die Motorsteuerung kann beispielsweise über einen CAN-BUS 21, 21' der Steuereinrichtung 13 ein Signal übermitteln, das die Drehzahl und gegebenenfalls den Wechsel in den Schubbetrieb signalisiert. Zur Identifizierung des Schubbetriebs kann zudem auch ein Signal vom Gaspedal 14 mitverarbeitet werden. Der Vorgang der Kalibrierung wird weiter unten anhand der 3 näher erläutert.
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In 2 ist ein Diagramm dargestellt, in dem auf der y-Achse der Kraftstoffdruck p in Bar gegenüber der Drehzahl auf der x-Achse, gemessen in Umdrehungen pro Minute, aufgetragen ist. Es sind mehrere Kurven/Kennlinien 22, 23, 24 eingezeichnet, von denen jede einen festen Stromstärkewert des Pumpenstroms, d. h. des Stroms, mit dem der die Pumpe antreibende Elektromotor gespeist wird, darstellt. Für jede einzelne dieser Kennlinien 22, 23, 24 ist der Zusammenhang zwischen dem Kraftstoffdruck und der Drehzahl der Pumpe dargestellt. Die obere Grenzlinie 25 des Diagramms bezeichnet vereinfacht und unter Vernachlässigung einer Hysterese (s. u.) den Auslösedruck des Referenzventils, d. h., sobald der Kraftstoffdruck zu höheren Drücken hin diese Grenze überschreitet, öffnet das Referenzventil, und die Pumpe kann keinen höheren Druck erzeugen. Die beiden gestrichelten Linien 25a und 25b sind nur schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt und bezeichnen Auslösedruckwerte des Referenz/Kalibrierventils unter einer genaueren Berücksichtigung einer Hysterese, das bedeutet, dass das Ventil bei einer Erhöhung des Drucks erst bei dem höheren der beiden Druckwerte (auf der Linie 25a gelegen) öffnet, jedoch beim Senken des Drucks bei dem niedrigeren Druckwert (auf der Linie 25b gelegen) wieder schließt.
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Zur Erweiterung der Kalibrierungsmöglichkeiten kann bei einem Overshoot-Vorgang im Schubbetrieb zusätzlich zur der Auslösung des Referenzventils bei der Druckerhöhung auch der Schaltdruck des Ventils bei der Drucksenkung erfasst und somit bei einem einzigen Vorgang zwei Referenzpunkte jeweils mit Pumpendrehzahl/Pumpenvolumenstrom und Pumpenstrom aufgenommen werden.
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Die Begrenzungslinie 26 bezeichnet die maximale durch die Kraftstoffpumpe erreichbare Drehzahl, die Begrenzungslinie 27 die Werte der maximalen mit der Pumpe erreichbaren Fördermenge und die Linie 28 die Grenze der Fördermenge der Pumpe, die nicht unterschritten werden kann, wenn es sich z. B. um eine Verdrängerpumpe handelt.
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Entsprechende Kennlinienfelder in anderer Darstellung, jedoch mit demselben Informationsgehalt, existieren auch für Linien konstanter Drehzahl der Pumpe, wobei in diesem Fall die Stromstärke variabel ist.
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Wird bei konstanter Drehzahl die Stromstärke erhöht, so steigt der Druck bis zur Linie 25 oder genauer 25a und bei Erreichen des Auslösedrucks der Referenzpumpe liegt die eingestellte Drehzahl der Pumpe sowie die an dieser Stelle erreichte Stromstärke des Pumpenstroms vor, so dass ein Datentripel aus den drei Werten Pumpenstrom, Drehzahl und Druck als Referenz gespeichert werden kann. Dazu ist zudem zu beachten, dass der Auslösedruck der Pumpe, dargestellt durch die Linie 25, nicht unabhängig von der Drehzahl der Pumpe ist, so dass der Auslösedruck anhand der Drehzahl und des Pumpenstroms korrigiert werden kann.
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Messungen verschiedener Datentripel, d. h. verschiedener Stromstärken bei verschiedenen Drehzahlen der Pumpe jeweils bei Erreichen des Auslösedrucks des Referenzventils (gemäß der Erfindung bei konstant gehaltener Drehzahl der Pumpe), ergeben eine Möglichkeit, das gesamte Kennlinienfeld zu kalibrieren.
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Anhand der 3 sei für eine mögliche Ausführungsform beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
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In einem ersten Schritt 29 wird der Pumpensteuerung 13 oder einem anderen zuständigen Modul in einem Aggregat des Fahrzeugs signalisiert, dass ein Wechsel in den Schubbetrieb aktuell stattfindet bzw. stattgefunden hat. Im zweiten Schritt 30 wird geprüft, ob die momentane Drehzahl der Pumpe 7 oberhalb einer für die Kalibrierung notwendigen Mindestdrehzahl liegt.
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Ist das nicht der Fall, so wird das Kalibrierverfahren durch Übergang in einen Abschlussschritt 31 gestoppt, und es kann beispielsweise die Kraftstoffpumpe auf die Drehzahl null oder eine geringe Drehzahl heruntergefahren werden. Liegt die Drehzahl der Pumpe oberhalb des Schwellenwertes, so wird im nächsten Verfahrensschritt 32 überprüft, ob die momentane Drehzahl der Pumpe für eine Kalibrierung geeignet ist und ob bereits ein Kalibrierungspunkt für diese Drehzahl vorliegt. Ist die Drehzahl für eine Kalibrierung geeignet und liegt auch noch keine Eichmessung bei dieser Drehzahl vor, so wird unmittelbar zum Schritt 34 gesprungen. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Verfahrensschritt 33 die Drehzahl der Pumpe geringfügig geändert, insbesondere bis zu einem vorgewählten Wert und/oder bis zu einem ”glatten” Wert verringert.
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Im nächsten Verfahrensschritt 34 wird dann der elektrische Pumpenstrom überprüft; durch den steigenden Druck steigt auch der Pumpenstrom an. Dies kann in kleinen, diskreten Schritten oder stetig erfolgen. Nach jeder gemessenen Erhöhung kann im Verfahrensschritt 35 überprüft werden, ob eine Stromerhöhung zu einer ausreichenden Druckerhöhung geführt hat bzw. ob das Referenzventil ausgelöst hat. Wird dies nicht unmittelbar durch Beobachten der Last der Pumpe ermittelt, so kann es auch durch einen am Kalibrierventil/Referenzventil angeordneten Sensor gemeldet werden.
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Erhöht sich der Strom nicht oder wird unmittelbar ein Auslösen des Referenzventils signalisiert, so wird vom Schritt 35 zu einem Schritt 36 gesprungen, in dem das Datentripel aus der Stromstärke des Pumpenstroms, der Drehzahl und dem Auslösedruck des Referenzventils oder einem korrigierten Wert des Auslösedrucks unter Berücksichtigung von Drehzahl und Pumpenstrom abgespeichert wird. Daraufhin ist der Kalibrierungsmesspunkt erfasst, und die Drehzahl der Pumpe kann im letzten Verfahrensschritt 37 abgesenkt werden, insbesondere bis auf null. Die Kalibrierungsmessung kann später insbesondere bei anderen Startdrehzahlen der Pumpe wiederholt werden, um eine Mehrzahl von Datentripeln zu sammeln, die gemeinsam dazu dienen können, ein Kennlinienfeld zu korrigieren, das im Bereich 15 der Steuereinrichtung 13 gespeichert ist.
