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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Druckwertes in einem Fluidfördersystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem ansteuerbaren elektrischen Motor und mit einer Fluidförderpumpe, die von dem elektrischen Motor antreibbar ist.
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Stand der Technik
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Zur besseren Überwachung und Regelung von Kraftstoffförderpumpen wird eine Vielzahl von Messgrößen direkt oder indirekt erfasst, um zu jeder Zeit die geeignete Kraftstoffmenge zu fördern. Dabei liegt besonderes Augenmerk darauf eine möglichst energieeffiziente Förderung des Kraftstoffes sicherzustellen. Dies bedeutet, dass jeweils nur die zum aktuellen Betriebszeitpunkt benötigte Kraftstoffmenge gefördert wird, um den Energieverbauch des Kraftstofffördersystems möglichst gering zu halten. Kraftstofffördersysteme dieser Art werden beispielsweise in verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt.
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Darüber hinaus ist es das Ziel das Kraftstofffördersystem möglichst einfach und kostengünstig zu gestalten und dabei insbesondere die Anzahl der verwendeten Einzelkomponenten gering zu halten.
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Im Stand der Technik sind ein Vielzahl von Vorrichtungen bekannt, die einen Drucksensor oder auch einen Multifunktionssensor mit Druckerfassung vorsehen, um den Druck des zu fördernden Kraftstoffes möglichst genau bestimmen zu können. Drucksensoren sind hierzu bevorzugt vor der Kraftstoffförderpumpe und/oder danach angeordnet, um eine möglichst genaue Aussage über den Druck im zu fördernden Kraftstoff tätigen zu können.
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Vorrichtungen diese Art sind beispielsweise aus der
DE 38 35 672 A1 bekannt, die ein Verfahren offenbart, welches auf Messwerte von Drucksensoren zurückgreift, die jeweils stromaufwärts und stromabwärts der Kraftstoffförderpumpe angeordnet sind.
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Die
DE 199 35 237 B4 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines nach einer Förderpumpe angeordneten Kraftstofffilters, wobei stromabwärts des Kraftstofffilters ein Drucksensor angeordnet ist.
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Nachteilig an diesen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass zumindest ein Drucksensor im Kraftstofffördersystem vorgesehen sein muss, wodurch zusätzliche Kosten verursacht werden und die Fehleranfälligkeit des Systems erhöht wird.
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Um diesen Nachteilen zu begegnen gibt es Vorrichtungen, welche auf einen Sensor zur Erfassung eines Druckes vollständig verzichten und den Druck indirekt aus anderen Werten ableiten oder durch Rechenalgorithmen aus Eingangsgrößen bestimmen.
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Nachteilig an diesen Vorrichtungen und den verwendeten Verfahren ist insbesondere, dass die Genauigkeit der Druckermittlung nicht optimal ist und insbesondere die Druckbestimmung unter extremen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise extremen Fahrzuständen, nicht optimal ist.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches eine sensorlose Druckerfassung mit optimierter Genauigkeit ermöglicht.
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Mit dem Begriff sensorlos ist im Zusammenhang der hier vorliegenden Erfindung stets der Verzicht auf einen Drucksensor im Kraftstofffördersystem gemeint. Andere Größen, die beispielsweise zur Berechnung oder Ermittlung des Druckes herangezogen werden, können davon unberührt trotzdem mit unterschiedlichen Sensoren ermittelt werden.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Druckwertes in einem Fluidfördersystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem ansteuerbaren elektrischen Motor und mit einer Fluidförderpumpe, die von dem elektrischen Motor antreibbar ist, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
- – Bestimmen einer Drehzahl des elektrischen Motors,
- – Bestimmen eines Ansteuerstroms des elektrischen Motors,
- – Ermitteln eines Druckwertes in Abhängigkeit der Drehzahl und des Ansteuerstroms des elektrischen Motors,
- – Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit zumindest einer externen Zustandsgröße in einem Steuergerät, und
- – Korrektur des ermittelten Druckwertes.
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Mit einem Fluidfördersystem kann beispielsweise ein Kraftstofffördersystem gemeint sein oder alternativ ein Fluidfördersystem zur Förderung eines Öls oder eines Kühlmittels. Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Kraftstofffördersystems beschrieben. Eine Übertragung auf andere Fluidfördersysteme eines Kraftfahrzeugs ist jedoch möglich. Im Falle eines Kraftstofffördersystems ist die Fluidförderpumpe durch eine Kraftstoffförderpumpe gebildet.
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Die Bestimmung der Drehzahl kann bevorzugt durch einen Sensor erfolgen oder alternativ aus anderen Stellgrößen innerhalb des Kraftstofffördersystems ermittelt werden. Der Ansteuerstrom, welcher den Strom beschreibt der von einem dem elektrischen Motor zugeordneten Steuergerät an den elektrischen Motor geleitet wird, kann ebenfalls sensorisch oder im Zuge einer Berechnung ermittelt werden.
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Aufgrund der Verhältnisse zwischen dem Ansteuerstrom und der Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe beziehungsweise des elektrischen Motors kann auf den im Kraftstofffördersystem herrschenden Druck geschlossen werden. Die Genauigkeit des ermittelten Druckes ist jedoch abhängig von den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Kraftstofffördersystems. Auch spielen die zur Ermittlung beziehungsweise Berechnung herangezogenen Kennfelder, Kennlinien und Annahmen eine Rolle. Die Druckermittlung durch eine Berechnung beziehungsweise Ermittlung auf Grundlage des Ansteuerstroms und der Drehzahl sind daher mit unvermeidlichen Fehlern behaftet.
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Um das Ergebnis weiter zu verbessern, wird bevorzugt eine Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit einer externen Zustandsgröße durchgeführt. Eine externe Zustandsgröße ist hierbei insbesondere eine Kenngröße, die nicht direkt zum Kraftstofffördersystem gehört, wie beispielsweise eine Temperatur, die ursprünglich für einen anderen Zweck erfasst oder berechnet wurde.
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Mit einer Verarbeitung ist insbesondere gemeint, dass die externe Zustandsgröße in die Ermittlung des Druckwertes direkt oder indirekt mit einbezogen wird. Auch kann eine Verrechnung des ermittelten Druckwertes mit der externen Zustandsgröße vorgesehen sein. Auch kann mit der Verarbeitung gemeint sein, dass ein Vergleich des ermittelten Druckes mit der externen Zustandsgröße stattfindet, um beispielsweise eine Plausibilisierung des Druckwertes oder den Wahrheitsgehalt des Druckwertes zu bestimmen.
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Eine Korrektur des Druckwertes kann bedeuten, dass abhängig von der Verarbeitung der unveränderte Druckwert beibehalten wird oder eine Anpassung nach oben oder unten erfolgt. Die Korrektur wird dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit den externen Zustandsgrößen abhängig gemacht.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Ansteuerstrom des elektrischen Motors in Abhängigkeit von der zumindest einen externen Zustandsgröße und/oder dem ermittelten Druckwert und/oder dem korrigierten Druckwert durch das Steuergerät angepasst wird.
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Abhängig vom Ergebnis der Verarbeitung der externen Zustandsgröße mit dem ermittelten Druckwert kann eine Anpassung des Ansteuerstroms beziehungsweise der Drehzahl des elektrischen Motors erfolgen, um die Förderleistung zu erhöhen oder zu verringern. Es kann somit bevorzugt eine Anpassung der tatsächlichen Förderleistung der Kraftstoffförderpumpe an die herrschenden Randbedingungen erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die externen Zustandsgrößen zumindest teilweise durch Messgrößen und/oder errechnete Größen aus anderen Steuergeräten und/oder Sensoren des Kraftfahrzeuges gebildet sind.
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Bevorzugt werden Messgrößen verwendet, die ohnehin von anderen im Kraftfahrzeug verbauten Sensoren oder Subsystemen erfasst werden. Hierzu zählen insbesondere Temperatursensoren, Sensoren zur Erfassung der Kraftstoffqualität, der Fahrpedalstellung, der Gangwahl oder ähnlichen. Außerdem zählen hierzu Sensoren, die für die Verbrennung im Verbrennungsmotor oder die Abgasbehandlung benötigt werden, wie beispielsweise die Lambda-Sonde, Drucksensoren oder Luftmengen- und Luftmassenmesser.
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Auch bereits durch Rechenoperationen oder andere Verfahren bearbeitete Messgrößen können in vorteilhaften Ausführungen als externe Zustandsgrößen angezogen werden.
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Besonders bevorzugt werden externe Zustandsgrößen wie die Drehzahl, der momentane oder prognostizierte Kraftstoffverbrauch oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors herangezogen. Auch Informationen über den Zustand des Start-Stopp-Systems oder die Stellung der Zündung sind bevorzugte Zustandsgrößen. Alternativ kann beispielsweise auch die Außentemperatur oder die Temperatur der Hochdruckpumpe, die für die Hochdruckförderung des Kraftstoffes zuständig ist, verwendet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die externen Zustandsgrößen aus Modellen stammen, wobei durch die Modelle unterschiedliche externe Zustandsgrößen in Abhängigkeit von vorgebbaren Eingangsgrößen ausgebbar sind.
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Die externen Zustandsgrößen können insbesondere aus in der Fahrzeugelektronik hinterlegten Modellen bezogen werden. Die Modelle können beispielsweise für Simulationszwecke aufgebaute Modelle oder andere statische und/oder dynamische Fahrzeugmodelle sein. Die Modelle könne bevorzugt das gesamte Fahrzeug modellartig abbilden oder jeweils nur einzelne Teilbereiche. Es können insbesondere unterschiedliche Fahrzustände in den Modellen abgebildet sein, die es erlauben aufgrund von einem detektierten Fahrzustand Aussagen über bestimmte Zustandsgrößen zu machen. Die Modelle können ihrerseits Eingangsdaten aus anderen Steuergeräten und/oder Sensoren der Fahrzeugelektronik beziehen. Auch können hinterlegte Kennfelder dazu genutzt werden, um die Modelle mit Eingangswerten zu versorgen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Modell, aus welchem die externen Zustandsgrößen stammen, einem als Notlaufprogramm für das Fahrzeug hinterlegten Kennfeld entspricht.
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Ein Notlaufprogramm ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Programm, das einen eingeschränkten Betrieb des Kraftfahrzeuges erlaubt, wenn beispielsweise durch Fehlermeldungen oder Sensorausfälle ein regulärer Fahrzeugbetrieb nicht gewährleistet ist. Darunter fällt beispielsweise ein Notlaufprogramm für den Verbrennungsmotor, welches sich dadurch auszeichnet, dass auf Grundlage ausgewählter Betriebsdaten des Verbrennungsmotors eine notwendige Kraftstoffmenge zum fehlerfreien Betrieb errechnet wird und daraus eine notwendige Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe abgeleitet wird. Die Regelung der Kraftstoffmenge ist hierbei nicht mehr optimal, sondern lediglich derart ausgelegt, dass ein schadfreier Betrieb möglich ist.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn das Modell verwendet wird, um aus bekannten Größen auf unbekannte Größen zu schließen, wobei das Modell empirisch ermittelte Datensätze und/oder durch Simulation ermittelte Datensätze aufweist, um die unbekannten Größen zu bestimmen.
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Das verwendete Modell beziehungsweise die verwendeten Modelle bilden jeweils eine reduzierte Abbildung der Realität, welche auf eine Vorgabe von definierten Eingangsgrößen eine oder mehrere Ausgangsgrößen ausgeben. Im Modell können hierzu unterschiedlichste Arbeitsalgorithmen hinterlegt sein.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn auf Grundlage des Abgleichs des errechneten Druckwertes mit den externen Zustandsgrößen eine Begrenzung des Arbeitsbereichs des Kraftstofffördersystems verursacht wird.
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Insbesondere wird der Ansteuerstrom des elektrischen Motors limitiert, sowohl hinsichtlich des Maximalwertes als auch des Minimalwertes, um sicherzustellen, dass die Kraftstoffförderpumpe nur in einem zur jeweiligen Fahrsituation passenden Betriebsbereich, insbesondere Drehzahlbereich, betrieben wird.
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Auf diese Weise können die durch die sensorlose Druckregelung der Kraftstoffförderpumpe ermittelten Werte für die Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe beziehungsweise den Ansteuerstrom überprüft werden. Ungewöhnliche Werte, die nicht zu der tatsächlich vorherrschenden Situation passen, können so erkannt werden und ein Betrieb der Kraftstoffförderpumpe mit einer falschen Drehzahl und damit einem falschen Fördervolumen kann vermieden werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn auf Grundlage des Abgleichs der externen Zustandsgrößen mit dem ermittelten Druckwert eine Kalibrierung des Kraftstofffördersystems vorgenommen wird.
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Durch ein Erfassen der externen Zustandsgrößen können insbesondere bereits erfolgte Kalibrierungen hinsichtlich ihrer Güte überprüft werden beziehungsweise es können Korrekturwerte erzeugt werden, die eine Verbesserung der Güte erreichen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn für die Ermittlung des Druckwertes im Kraftstofffördersystem eine Kraftstofftemperatur von 20° zugrunde gelegt wurde, der Kraftstoff aktuell aber eine höhere Temperatur aufweist, beispielsweise 60°, wodurch der Kraftstoff andere Fließeigenschaften aufweist und somit die Druckermittlung beeinflusst wird. Durch das Hinzuziehen der externen Zustandsgröße kann eine situationsgerechte Anpassung der Druckwertermittlung erfolgen, wodurch die Regelgüte des Systems verbessert wird.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine externe Zustandsgröße direkt in die Ermittlung des Druckwertes einfließt. Eine externe Zustandsgröße, die beispielsweise die Drehzahl oder den Ansteuerstrom des elektrischen Motors direkt beeinflusst, kann besonders vorteilhaft genutzt werden, um den Druckwert direkt zu ermitteln. Dies kann beispielsweise der durch die Lambda-Sonde feststellbare Ethanolgehalt des Kraftstoffes sein.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine externe Zustandsgröße zur indirekten Bestimmung einer internen Zustandsgröße des Kraftstofffördersystems verwendet wird.
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Beispielsweise kann die Außentemperatur verwendet werden, um ausgehend von ihr als Startwert die Kraftstofftemperatur im Kraftstofftank vorherzusagen. Aus der Kraftstofftemperatur im Tank kann beispielsweise auf die Temperatur der Kraftstoffförderpumpe und insbesondere die Temperatur der Wicklung des elektrischen Motors geschlossen werden, wodurch ein situationsoptimierter Betrieb ermöglicht wird.
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Eine interne Zustandsgröße ist dabei insbesondere eine Zustandsgröße, welche eine Aussage über ein spezielles Element oder Bauteil des Kraftstofffördersystems zulässt. Beispielsweise den elektrischen Motor oder die Kraftstoffförderpumpe selbst.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der ermittelte Druckwert dem Druck im Kraftstoff am Ausgang der Kraftstoffförderpumpe und/oder an einer Stelle stromabwärts der Kraftstoffförderpumpe und/oder an einer Stelle stromaufwärts der Kraftstoffförderpumpe entspricht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 ein Blockschaltbild, welches beispielhaft den Aufbau eines Modells in einem Simulationsprogramm zeigt, dabei ist der Übergang von externen Zustandsgrößen aus einem fahrzeugseitigen Modell in ein Steuergerät gezeigt, die zur Bestimmung des Druckwertes verwendet wird.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt ein Flussdiagramm 1, welches das erfindungsgemäße Verfahren darstellt. In Block 2 wird die Drehzahl des elektrischen Motors, welcher die Kraftstoffförderpumpe antreibt, erfasst. In Block 3 wird der Ansteuerstrom des elektrischen Motors erfasst. Beide Erfassungen können auf vielfältige Weise durch bekannte Methoden geschehen.
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In Block 4 wird auf Grundlage der ermittelten Drehzahl und des ermittelten Ansteuerstroms des elektrischen Motors ein Druckwert ermittelt. Dieser Druckwert gibt den Druck in dem zu fördernden Kraftstoff wieder. Anschließend wird in Block 5 eine Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit zumindest einer externen Zustandsgröße durchgeführt. Hierbei kann die Verarbeitung auf vielfältige Weise geschehen. Neben einer Verrechnung, kann auch ein Vergleich der Werte stattfinden oder eine Korrektur. Abhängig von der externen Zustandsgröße, die herangezogen wurde, kann die Art der Verarbeitung mit dem ermittelten Druckwert variieren.
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Schließlich folgt in Block 6 eine Korrektur des Druckwertes. Hierbei wird der zuvor ermittelte Druckwert in Abhängigkeit von der Verarbeitung mit den externen Zustandsgrößen korrigiert. Der korrigierte Druckwert kann dann wieder als Grundlage für weitere Berechnungen oder Verarbeitungen herangezogen werden. Insbesondere kann eine gezielte Anpassung des Ansteuerstroms des elektrischen Motors erfolgen, um die Förderleistung der Kraftstoffförderpumpe zu verändern.
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Der Pfeil 7 steht symbolisch für die Weiterleitung des korrigierten Druckwertes beispielsweise an ein weiteres Steuergerät. Alternativ kann der Pfeil 7 auch für eine in Abhängigkeit des korrigierten Druckwertes erfolgende angepasste Ansteuerung des elektrischen Motors stehen. Hierdurch kann eine besser an die gegebenen Randbedingungen angepasste Kraftstoffförderung durch die Kraftstoffförderpumpe erreicht werden.
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Die 2 zeigt eine schematische Übersicht 8 in Form eines Blockschaltbildes. In 2 ist ein Block 9 dargestellt, welcher einem Modell entspricht, wie es im Fahrzeug beispielsweise in einem Steuergerät hinterlegt werden kann. Der Block 9 steht symbolisch für dieses Modell.
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Innerhalb des Blocks 9 sind die Blöcke 10, 11, 12, 13, 14 und 15 dargestellt. Diese Blöcke 10 bis 15 stehen für einzelne Eingangsgrößen, die in das Modell 9 eingelesen werden können. Die Eingangsgrößen können, wie bereits im vorausgehenden Teil der Beschreibung dargestellt, durch unterschiedlichste Werte gebildet werden. Unter anderem Messwerte von Sensoren oder errechnete Werte. Beispielhaft seien hier Werte wie die Motordrehzahl, der Kraftstoffverbrauch, die Außentemperatur, die Temperatur der Kraftstoff Hochdruckpumpe oder die Kraftstoffqualität genannt.
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Die Eingangsgrößen werden innerhalb des Modells 9 verarbeitet. Hierzu zählen insbesondere Gewichtungen und Berechnungen. Die einzelnen Werte werden im Balken 16 zusammengeführt und einzeln in ausgewählter Form oder als kombiniertes Signal entlang der Signalleitungsstrecke 17 an den Block 18 weitergeleitet.
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Der Block 18 symbolisiert ein Steuergerät, welches der Ansteuerung des elektrischen Motors der Kraftstoffförderpumpe dient. In dieses Steuergerät 18 können über die Signalleitung 19 auch weitere Zustandsgrößen oder externe Anforderungen zugeführt werden. Innerhalb des Steuergerätes 18 geschieht beispielsweise die Verarbeitung der ermittelten Werte für den Ansteuerstrom des elektrischen Motors und den Wert für dessen Drehzahl mit einer oder mehreren der externen Zustandsgrößen. Aus dem Steuergerät 18 kann schließlich ein Steuersignal an den elektrischen Motor zurückgegeben werden, wodurch eine Anpassung der Drehzahl des elektrischen Motors erreicht werden kann.
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Die 1 und 2 haben keinen beschränkenden Charakter und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3835672 A1 [0005]
- DE 19935237 B4 [0006]
