DE102015219153A1

DE102015219153A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe und Verfahren zur Reduktion von Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft einer Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102015219153A1
Application number: DE102015219153.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmidbauer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-10-06
Also published as: KR20180059934A; CN108138726A; CN108138726B; WO2017060131A1; DE102015219153B4

Abstract

Es wird eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein Verfahren zur Reduzierung von Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft der Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Pumpeinheit beschrieben. Die Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst eine Pumpeinheit, eine Antriebseinheit, die die Pumpeinheit über eine Antriebskraft antreibt, ein Ventil mit einstellbarem Durchfluss, welches mit der Pumpeinheit hydraulisch gekoppelt ist, und eine Steuereinheit zum Bestimmen der Antriebskraft und zum Steuern des Durchflusses des Ventils in Abhängigkeit der Antriebskraft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffhochdruckpumpe und Verfahren zur Reduktion von Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft einer Kraftstoffhochdruckpumpe.
In vielen modernen Fahrzeugen werden leistungsfähige Kraftstoffpumpen eingesetzt. In jüngerer Zeit wurden die klassischen Kraftstoffpumpen durch verbesserte Kraftstoffhochdruckpumpen ersetzt. Die Kraftstoffhochdruckpumpen fördern den Kraftstoff unter erhöhtem Druck (bis 3000 bar bei Dieselmotoren) in den Motor. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad von modernen Motoren verbessern. Durch die hohen Drücke kommt es jedoch zu mehr oder weniger starken Schwankungen und somit Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft der Kraftstoffhochdruckpumpen. Diese Ungleichförmigkeiten führen zu Schwingungen, die sich auf umliegende Bauteile ausweiten und diese mechanisch stark belasten. Im ungünstigsten Fall kann es auch zu einer Resonanz in der Kraftstoffhochdruckpumpe oder in einem der umliegenden Bauteile kommen und diese zerstören. Die Ungleichförmigkeiten in der Antriebkraft basieren auf unterschiedlichen Widerstandsverhältnisse im Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe. Die von der Pumpe benötigte Antriebskraft kann folglich während des Pumpenbetriebes stark schwanken (Förderstrompulsation) und in der Folge auf die Antriebskomponenten der Kraftstoffhochdruckpumpe zurück wirken. Die Kraftstoffhochdruckpumpe wird jedoch im Regelfall mit einer annähernd gleichbleibenden Antriebskraft angetrieben. Folglich kommt es während des Betriebes der Kraftstoffhochdruckpumpe zu einer mehr oder weniger großen Differenz zwischen gelieferter Antriebskraft und der tatsächlich von der Kraftstoffpumpe benötigten Kraft. In der Folge entstehen die oben beschriebenen Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft. Bisher wurden die umliegenden und angrenzenden Bauteile einer Kraftstoffhochdruckpumpe deshalb entsprechend robust und damit schwer ausgelegt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft einer Kraftstoffhochdruckpumpe zu reduzieren.
Die Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe gelöst, welche eine Pumpeinheit, eine Antriebseinheit, die die Pumpeinheit über eine Antriebskraft antreibt, ein Ventil mit einstellbarem Durchfluss, welches mit der Pumpeinheit hydraulisch gekoppelt ist, und eine Steuereinheit zum Bestimmen der Antriebskraft und zum Steuern des Durchflusses des Ventils in Abhängigkeit der Antriebskraft umfasst. Der Vorteil besteht darin, dass eine Kompensation von Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft über eine unter Umständen bereits vorhandene Konstruktion erfolgen kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe kann die Antriebskraft aus einer momentan benötigten Antriebskraft der Pumpeinheit ermittelt werden. Die Verwendung der benötigten Antriebskraft der Kraftstoffhochdruckpumpe ermöglicht eine unverfälschte Erfassung der momentan tatsächlich aufgenommen Antriebskraft der Kraftstoffhochdruckpumpe.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe kann die Steuereinheit die Antriebskraft aus einem Kennfeld der Pumpeinheit ermitteln. Auf diese Weise können Sensoreinheiten eingespart werden.
Zum Beispiel kann die Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer ersten Sensoreinheit zum Ermitteln der Antriebskraft ausgestattet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Ungleichförmigkeiten in der Nähe ihres Entstehungsortes erfasst werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe kann die Pumpeinheit über eine Welle mit zumindest einem Nocken angetrieben werden und die erste Sensoreinheit kann die Antriebskraft direkt oder indirekt an der Welle ermitteln. Der Vorteil besteht darin, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe nicht über einen aufwendigen Linearantrieb angetrieben werden muss.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe kann die Ermittlung der Antriebskraft durch eine zweite Sensoreinheit erfolgen. Die Antriebskraft kann alternativ durch die zweite Sensoreinheit ermittelt werden oder die Ermittlung der Antriebskraft redundant durch die erste und die zweite Sensoreinheit erfolgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe kann die zweite Sensoreinheit in einem Arbeitsraum der Pumpeinheit angeordnet sein oder mit dem Arbeitsraum hydraulisch in Verbindung stehen. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass die Sensoreinheit nicht in der Nähe eines beweglichen Bauteiles, beispielsweise der Welle angebracht ist.
Beispielsweise kann die zweite Sensoreinheit ein Drucksensor sein. Der technische Vorteil besteht darin, dass ein Drucksensor kostengünstig hergestellt und eingesetzt werden kann.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Reduzieren von Ungleichförmigkeiten einer Antriebskraft einer Kraftstoffhochdruckpumpe gelöst, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe ein Ventil aufweist, das mit einer Pumpeinheit hydraulisch gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Informationen zur Antriebskraft der Pumpeinheit, das Verarbeiten der ermittelten Informationen zur Antriebskraft, und das Ansteuern von zumindest einem Ventil in Abhängigkeit der ermittelten Informationen zur Antriebskraft umfasst. Der Vorteil besteht darin, dass eine dynamische Anpassung der an die momentan vorhandenen Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft ermöglicht wird.
In einem Ausführungsbeispiel können die Informationen zur Antriebskraft zumindest teilweise aus einem Kennfeld oder durch Messung ermittelt werden. Die Informationen können dadurch mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die bereitgestellten Informationen zur Antriebskraft mit vordefinierten Schwellwerten verglichen werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft klassifiziert und eingeteilt werden können.
In einem weiteren Beispiel kann das Ansteuern von zumindest einem Ventil erst bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes durchgeführt. Die Ansteuerung des Ventils wird erst dann ausgeführt, sobald es technisch sinnvoll ist.
Beispielsweise kann die Antriebskraft die momentan benötigte Antriebskraft der Pumpeinheit sein. Die momentan benötigte Antriebskraft eignet sich besonders für die unverfälschte Erfassung der Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft.
Beispiele der Kraftstoffhochdruckpumpe und des Verfahrens zum Reduzieren von Ungleichförmigkeiten einer Antriebskraft einer Pumpeinheit werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung grundlegender Aspekte. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei aber gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit jeweils gleicher oder ähnlicher Ausgestaltung oder Funktionsweise bezeichnen.
1 zeigt in einem Schaltbild eine beispielhafte Kraftstoffhochdruckpumpe.
2 zeigt in einem Schaltbild die Kraftstoffhochdruckpumpe nach 1 in Kombination mit einer Antriebseinheit.
3 zeigt in einem Schaltbild eine beispielhafte Kraftstoffhochdruckpumpe.
4 zeigt in einem Schaltbild eine weitere beispielhafte Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Pumpeinheit und einer Sensoreinheit im Arbeitsraum der Pumpeinheit.
5 zeigt in einem Diagramm einen Verlauf einer Antriebskraft der Pumpeinheit in Abhängigkeit der Zeit und von vordefinierten Schwellwerten.
6 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein beispielhaftes Verfahren zum Reduzieren von Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft.
In 1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Pumpeinheit 10 dargestellt, die dazu ausgebildet ist, über eine Steuerung 30 einen Durchfluss von einem Ventil 11 und/oder 12 zu steuern. Unter Durchfluss kann dabei eine Durchflussmenge pro Zeiteinheit, eine Zeitdauer für den Durchfluss oder ein Zeitpunkt für das zumindest teilweise Öffnen oder Schließen von zumindest einem Ventil 11 oder 12 verstanden werden. Im Antrieb der Pumpeinheit 10 kann es während des Betriebes zu mehr oder weniger starken Schwankungen der Antriebskraft F_A kommen. Die Schwankungen in der Antriebskraft F_A können ihre Ursache beispielsweise in den sich verändernden inneren Widerständen der Pumpeinheit 10 während des Betriebes haben. Unter der Antriebskraft F_A kann beispielsweise die momentan benötigte Antriebskraft der Pumpeinheit 10 (die Kraft, die die Pumpeinheit 10 momentan aufnehmen kann) verstanden werden. Die momentan benötigte Antriebskraft kann die Antriebskraft F_A sein, die notwendig ist, damit die Pumpeinheit 10 einen vordefinierten Förderstrom fördern kann.
Beim Antrieb der Pumpeinheit 10 kann es, in Abhängigkeit der Art der Kraftübertragung, zu unterschiedlich hohen Verlusten kommen. Bei einem Antrieb über ein Riemengetriebe kann beispielsweise ein Teil der Antriebsenergie durch die Riemen in Wärme umgewandelt werden. Werden die Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft F_A an der Antriebseinheit 51 detektiert, kann dies dazu führen, dass nur ein Teil der Ungleichförmigkeiten in der Antriebskraft F_A detektiert wird, da möglicherweise bereits ein Anteil der Ungleichförmigkeiten durch die (zyklische) Riemendehnung kompensiert wurde. Die Ansteuerung der Ventile 11 und/oder 12 durch die Steuerung 30 hängt daher erheblich davon ab, an welchen Positionen im Antrieb der Pumpeinheit 10 die Antriebskraft F_A ermittelt wird. Für eine effektive Steuerung der Ventile 11 und/oder 12 kann deshalb als zugrunde liegende Antriebskraft F_A die momentan benötigte (beziehungsweise aufgenommene) Antriebskraft der Pumpeinheit 10 herangezogen werden. Für diesen Zweck kann die momentan benötigte Antriebskraft in der Nähe der Pumpeinheit 10, insbesondere an der (Antriebs-)Welle 13 der Pumpeinheit 51 ermittelt werden. Störende Einflüsse durch Elastizitäten im Antrieb der Pumpeinheit 10 werden dadurch zuverlässig vermindert. In der nachfolgenden Beschreibung wird die momentan benötigte (beziehungsweise aufgenommene) Antriebskraft als Antriebskraft F_A bezeichnet.
Die dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe kann die Schwankungen der Antriebskraft F_A durch vordefiniertes Ansteuern von zumindest einem Ventil 11 oder 12, welches mit der Pumpeinheit 10 hydraulisch verbunden ist, abmildern. Unter einer hydraulischen Verbindung kann verstanden werden, dass die Ventile 11 und 12 im Kreislauf der Pumpeinheit 10 angeordnet sind und von demselben Fördermedium durchströmt werden können, das durch die Pumpeinheit 10 strömt. Eine Steuerung 30 kann die die Antriebskraft repräsentierenden Informationen der Pumpeinheit 10 verarbeiten und zumindest das Ventil 11 und/oder 12 in Abhängigkeit der Informationen ansteuern. Als Pumpeinheit 10 können verschiedenartige Pumpen, wie etwa Verdrängerpumpen oder Strömungspumpen eingesetzt werden. Alternativ dazu kann die Steuerung der beschriebenen Kraftstoffhochdruckpumpe auch bei Gebläsen und Verdichtern eingesetzt werden. Verdrängerpumpen können beispielsweise Kolbenpumpen, insbesondere Hubkolbenpumpen, Membranpumpen oder Balgpumpen sein. Eine Kraftstoffhochdruckpumpe kann beispielsweise Diesel oder Benzin, bei einem Druck zwischen 1500 bar und 3000 bar (bei Diesel) und zwischen 150 bar und 500 bar (bei Benzin) fördern. Diese Druckbereiche können in Verbindung mit einer Kraftstoffpumpe als Hochdrücke bezeichnet werden.
Beispielsweise kann die Antriebskraft F_A einer Pumpeinheit 10, wie in 3 dargestellt in regelmäßigen Abständen ein Maximum 61 der Antriebskraft F_A aufweisen. Entsprechend kann eine Steuerung 30 zumindest das Ventil 11 und/oder das Ventil 12 ansteuern und dessen Durchfluss auf geeignete Weise anpassen. Beispielsweise kann die Durchflussmenge des Ventils 11 und/oder des Ventils 12 erhöht werden, um den Widerstand in der Pumpeinheit 10, der durch das Ventil 11 oder das Ventil 12 entstehen kann, zu verringern. In der Folge kann das Maximum 61 in der Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 abgemildert werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch die Öffnungszeit des Ventils 11 und/oder des Ventils 12 angepasst werden. Die Öffnungszeit kann beispielsweise verkürzt, verlängert und/oder der Zeitpunkt des Schließens und/oder des Öffnens des Ventils 11 und/oder des Ventils 12 variiert werden. Dadurch können ebenfalls Schwankungen in der Antriebskraft F_A verringert werden. Entsprechendes kann auch für ein Minimum 62 der Antriebskraft F_A gelten. Auch in diesem Fall kann das Ventil 11 und/oder das Ventil 12 von der Steuerung 30 auf geeignete Weise geöffnet oder geschlossen werden. Die Durchflussmenge kann beispielsweise durch einen variablen Hub an dem Ventil 11 und/oder dem Ventil 12 gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Steuerung 30 dazu ausgebildet sein, weitere Ventile auf geeignete Weise einzeln oder in Kombination mit den Ventilen 11 und/oder 12 anzusteuern. Als Ventile können beliebige Arten von Ventilen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Rückschlagventile, Sperrventile, Druckventile, Überdruckventile, Drosselventile oder Wegeventile. Die Ventile können auch steuerbare Ventile, wie beispielsweise Magnetventile sein. Es können auch verschiedenartige Ventile miteinander kombiniert werden.
Die Steuerung 30 kann die die Antriebskraft F_A repräsentierenden Informationen nach vordefinierten Algorithmen verarbeiten. Die die Antriebskraft F_A repräsentierenden Informationen werden in der nachfolgenden Beschreibung lediglich als Informationen oder Informationen über die Antriebskraft F_A bezeichnet. Hierbei ist es unerheblich auf welche Art und Weise die Informationen über die Antriebskraft F_A ermittelt werden. Die Antriebskraft F_A kann aus einem Kennfeld der Pumpeinheit 10 ermittelt werden. Beispielsweise kann die Steuerung 30 derart aufgebaut sein, dass sie in der Lage ist, die Information über die Antriebskraft F_A aus einem zuvor abgespeicherten Kennfeld der Pumpeinheit 10 zu ermitteln. Alternativ dazu kann die Antriebskraft F_A auch indirekt oder direkt über eine Messung ermittelt werden. Hierfür kann beispielsweise eine erste Sensoreinheit 20 eingesetzt werden, die die Antriebskraft F_A während des Betriebes ermittelt und an die Steuerung 30 weiterleitet. Die erste Sensoreinheit 20 kann die Antriebskraft F_A auf verschiedene Weise ermitteln. Es können dabei beispielsweise kapazitative, induktive oder auch optische Messverfahren zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können auch beliebige Kombinationen aus den zuvor genannten Verfahren eingesetzt werden. Zum Beispiel ist es außerdem möglich, dass die Steuerung 30 mehrere Ventile, welche hydraulisch mit der Pumpeinheit 10 in Verbindung stehen, ansteuert und auf diese Weise die Antriebskraft F_A annähernd konstant hält. Die Ansteuerung der Ventile 11 und/oder 12 kann beispielsweise hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch erfolgen. Außerdem ist eine mechanische Ansteuerung möglich. Eine Kombination aus verschiedenen Ansteuerungsmethoden ist ebenfalls denkbar.
Ein weiteres Beispiel einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist in 2 dargestellt. Die Antriebseinheit 51 wird zum Antrieb der Pumpeinheit 10 eingesetzt und kann verschiedenartig ausgestaltet sein. Der Antrieb der Pumpeinheit 10 kann linear (beispielsweise mittels eines Linearantriebs) oder über eine Drehbewegung (beispielsweise über eine Nockenwelle) in Verbindung mit einem Rotationsmotor erfolgen. Im dargestellten Beispiel können die Informationen über die Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 über eine erste Sensoreinheit 20, die hier an der Antriebseinheit 51 angeordnet ist, ermittelt werden. Die Antriebseinheit 51 kann die Antriebskraft F_A für die Pumpeinheit 10 zur Verfügung stellen. Die Antriebseinheit 51 kann direkt oder indirekt (über ein Getriebe) mit der Pumpeinheit 10 verbunden sein.
In 3 ist ein Beispiel einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer über eine Drehbewegung wirkenden Antriebseinheit 51 dargestellt. In diesem Beispiel ist die Pumpeinheit 10 eine Kolbenpumpe. Durch einen sich zwischen zwei Totpunkten linear bewegenden Kolben 15 kann ein Fördermedium durch die Pumpeinheit 10 und in der Folge an einen Bestimmungsort für das Fördermedium befördert werden. Ein Pumpenzyklus kann beispielsweise aus einem ersten und einem zweiten Pumpentakt bestehen. Im ersten Pumpentakt kann das Fördermedium über einen Kanal 52, in dem sich ein Ventil 11 befinden kann, in den Arbeitsraum 16 der Pumpeinheit 10 eingesaugt werden. Anschließend kann das Fördermedium im darauffolgenden zweiten Pumpentakt über einen Kanal 53, in dem sich ein Ventil 12 befinden kann, gefördert werden. Dieser Vorgang kann zyklisch ablaufen und somit einen kontinuierlichen Förderstrom gewährleisten. Als Fördermedien können alle Arten von Fluiden wie Gase und Flüssigkeiten, beispielsweise Kraftstoff oder Öl für eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Im dargestellten Beispiel wird der Kolben der Kolbenpumpe über einen federbelasteten Stößel 17 gegen einen Nocken 14 gedrückt. Der Stößel 17 ist auf einer ersten Seite mit einem Kolben 15 verbunden und auf der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite rollend auf dem Nocken 14 gelagert. Der Nocken 14 ist wiederum fest mit der Welle 13 verbunden. Die Welle 13 ist in einem Gehäuse gelagert und kann zumindest einseitig aus dem Gehäuse heraus ragen. An dem Ende der Welle 13, das aus dem Gehäuse der Pumpeinheit 10 herausragt, kann beispielsweise eine Riemenscheibe oder eine Zahnrad angebracht werden.
In der Kraftstoffhochdruckpumpe nach 3 ist die erste Sensoreinheit 20 berührungslos arbeitend. Die erste Sensoreinheit 20 kann beispielsweise eine kapazitive, eine induktive oder eine optische Sensoreinheit sein. Die erste Sensoreinheit 20 kann sich in diesem Beispiel aus einer Sendereinheit 21 und einer Empfängereinheit 22 zusammensetzen. Sowohl die Sendereinheit 21, als auch die Empfängereinheit 22 können ein aktives und/oder ein passives Bauelement sein. Die durch die erste Sensoreinheit 20 ermittelte Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 kann in diesem Fall auch aus einem Drehmoment abgeleitet werden, welches an der Welle 13 anliegen kann. Das Drehmoment kommt dadurch zustande, dass der Kolben der Pumpeinheit 10 nicht linear, sondern über eine Drehbewegung der Welle 13 bewegt werden kann. Im Falle eines Linearantriebes, der die Pumpeinheit 10 direkt antreibt (wie weiter oben kurz beschrieben), kann eine Kraft anstatt eines Drehmomentes ermittelt werden. Je nach Art und Anordnung der Antriebseinheit 51 kann unter der Antriebskraft F_A neben einer Kraft oder einem Drehmoment auch jeder andere für die Ermittlung der Antriebskraft F_A geeignete Parameter verstanden werden.
Die Ermittlung der Antriebskraft F_A soll im Folgenden anhand einer induktiv arbeitenden ersten Sensoreinheit 20 erläutert werden. Die Sendereinheit 21, die wiederum aus mehreren einzelnen Sendern bestehen kann, kann radial auf der Welle 13 angeordnet sein und während des Betriebes mit der Welle 13 umlaufen. Die Empfängereinheit 22 kann im Gehäuse unter Einhaltung eines vordefinierten Abstandes zu der Sendereinheit 21 angeordnet sein. Sobald ein Sender der Sendereinheit 21, beispielsweise ein Magnet im Betrieb an einer Empfängereinheit 22 vorbei läuft, wird ein Spannungsimpuls in die Empfängereinheit 22 induziert. Dieser Spannungsimpuls kann von der Steuerung 30 interpretiert und weiter verarbeitet werden. In Abhängigkeit der Anzahl der Sender in der Sendereinheit 21 und Empfängern in der der Empfängereinheit 22 kann die Auflösungsgenauigkeit der benötigten Antriebskraft F_A eingestellt werden. Dabei gilt, dass eine Erhöhung der Anzahl an Sendern in der Sendereinheit 21 und Empfängern in der Empfängereinheit 22 zu einer höheren Auflösungsgenauigkeit führen kann. Es ist auch möglich die Empfängereinheit 22 auf der Welle 13 anzuordnen und im Gegenzug dazu, die Sendereinheit 21 im Gehäuse anzuordnen. Es ist außerdem möglich, das die Kraftstoffhochdruckpumpe weitere Sensoreinheiten umfasst, die ebenfalls dazu ausgebildet sind, zumindest teilweise Informationen über die Antriebskraft F_A zu ermitteln.
In einem weiteren Beispiel einer Kraftstoffhochdruckpumpe, dargestellt in 4, weist die Kraftstoffhochdruckpumpe eine zweite Sensoreinheit 23 auf, die hydraulisch mit dem Arbeitsraum der Pumpeinheit 10 verbunden sein kann. Die zweite Sensoreinheit 23 kann in diesem Beispiel ein Drucksensor sein und zusätzlich oder anstatt der ersten Sensoreinheit 20 angebracht sein. Die zweite Sensoreinheit 23 kann, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Sensoreinheit 20 beschrieben, eine nach verschiedenen Verfahren arbeitende Sensoreinheit sein und eine oder mehrere Empfänger und Sender umfassen. Der Drucksensor leitet Signale über die momentan vorherrschenden Druckverhältnisse im Arbeitsraum 16 der Pumpeinheit 10 an die Steuerung 30. Der Druck kann in vordefinierten Zeitabschnitten gemessen werden. Insbesondere können die Messintervalle an die Antriebskraft F_A und die Drehzahl der Pumpeinheit 10 angepasst werden. In einem Pumpenzyklus (ein Ansaug- und ein Ausstoßtakt) kann der Druck beispielsweise dreißig Mal, insbesondere zwanzig Mal gemessen werden. In 4 ist außerdem dargestellt, dass die Steuerung 30 in einer Motorsteuerung (ECU = Electronic Control Unit), beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, integriert sein kann.
In der Steuerung 30 kann die ermittelte Antriebskraft F_A mit vordefinierten Schwellwerten 41 und/oder 42 verglichen werden. Die Steuerung 30 kann derart konfiguriert werden, dass eine Ansteuerung des Ventils 11 und/oder des Ventils 12 erst bei Unter- und/oder Überschreiten eines vordefinierten Schwellwertes 41 und/oder eines vordefinierten Schwellwertes 42 stattfindet. Die Steuerimpulse können auf diese Weise auf ein notwendiges Maß reduziert werden, wobei die Schwellwerte 41 und 42 an die Belastungsfähigkeit der umliegenden Teile in der Antriebseinheit 51 angepasst werden können. Bei korrekter Auslegung der Schwellwerte 41 und 42 ist eine Überlastung der Bauteile der Antriebseinheit 51 nicht zu erwarten. 5 zeigt eine Funktion 43 der Antriebskraft F_A über der Zeit mit den Schwellwerten 41 und 42. Der 5 ist zu entnehmen, dass die Funktion 43 der Antriebskraft F_A den Schwellwert 41 in diesem Beispiel zu bestimmten Zeiten geringfügig überschreitet. Entsprechendes gilt für das Unterschreiten des Schwellwertes 42.
In 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reduzierung von Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 dargestellt. Das beispielhafte Ablaufdiagramm umfasst das Ermitteln (101) von Informationen zur Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10. Darunter können alle denkbaren Wege verstanden werde, die dazu führen, dass die Steuerung 30 Informationen über die Antriebskraft F_A an der Pumpeinheit 10 erhält. Beispielsweise kann die Information über die Antriebskraft F_A aus einem Kennfeld der Pumpeinheit 10 entnommen werden. Alternativ dazu kann die Information aus jeder geeigneten Funktion und jeder geeigneten Messeinrichtung bezogen werden. Die Informationen zur Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 können dann weiterverarbeitet werden (102). Unter Weiterverarbeiten wird in diesem Zusammenhang eine Interpretation der Informationen der Antriebskraft F_A, sowie die Ausgabe der Steuersignale für die Ventile 11 und/oder 12 verstanden. Eine derartige Interpretation kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die erhaltenen Informationen über die Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 mit weiteren Eingaben, beispielsweise Benutzereingaben, oder anderen geeigneten Parametern in Kontext gesetzt werden. Ein geeigneter Parameter kann beispielsweise ein Temperatursignal sein, welches über den aktuellen Betriebszustand der Pumpeinheit 10 Aufschluss gibt. Eine zu hohe Pumpentemperatur kann so von der Steuerung 30 erfasst und verarbeitet werden und die Ventile 11 und/oder 12 auf geeignete Weise angesteuert werden (103). In der Folge kann zum Beispiel die Antriebskraft F_A der Pumpeinheit 10 reduziert werden, um einer Überhitzung der Pumpeinheit 10 und einer damit einhergehenden Zerstörung der Pumpeinheit 10 zu begegnen. Die gezeigte Abfolge der Verfahrensschritte ist nicht zwingend. Die Verfahrensschritte können in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden oder aber auch parallel zueinander verlaufen.
Durch die oben beschriebene Kraftstoffhochdruckpumpe und das zugehörige Verfahren kann der funktionale Freiheitsgrad von bereits vorhandenen aktiven Ventilen 11 und/oder 12 durch die Verarbeitung einer Antriebskraft F_A an der Pumpeinheit 10 erweitert werden. Dadurch können in bestimmten kritischen Betriebsbereichen die Widerstände in der Pumpeinheit 10 derart angepasst werden, dass resultierende Ungleichförmigkeiten oder Schwankungen in der Antriebskraft F_A und/oder beispielsweise in Antriebsriemen oder Antriebsketten verändert oder auf ein zulässiges Maß reduziert werden können.
Mit der Erfindung können kritische Betriebszustände erkannt werden und in der Folge geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft werden nach Möglichkeit an deren Entstehungsbereich detektiert, damit keine aufwändigen Signalverstärker oder Signalfilter notwendig werden. Durch das Ansteuern von zumindest dem Ventil 11 kann die hydraulische Last der Pumpeinheit 10 derart angepasst werden, dass die Ungleichförmigkeiten der Antriebskraft F_A ohne zusätzliche Bauteile abgemildert werden können. Unter einer hydraulischen Last wird in diesem Zusammenhang die hydraulische Last der Pumpeinheit 10 verstanden, die durch das Fördermedium und dessen Förderung erzeugt wird und während des Betriebes an der Pumpeinheit 10 anliegt. Diese hydraulische Last kann durch Ansteuern des Ventils 11 und/oder weiteren Ventilen gezielt beeinflusst werden.
Darüber hinaus werden auch die aus den Ungleichförmigkeiten resultierenden dynamischen Schwingungen in den umliegenden Bauteilen, wie beispielsweise Antriebsriemen oder Antriebsketten, erkannt. Durch eine Phasenverschiebung der hydraulischen Last kann die Anregung der Schwingung gezielt beeinflusst werden und ein Entstehen einer Resonanzschwingung verhindert werden.
Ferner kann auch ein Mittelwert der Antriebskraft F_A ermittelt und überwacht werden. Liegt dieser Mittelwert über einem vordefinierten Grenzwert, kann auf vorliegende Schäden, falsche Betriebsmittel oder Verunreinigungen in der Pumpeinheit 10 geschlossen werden. Durch das Ansteuern von zumindest einem Ventil 11 können, ohne den Einsatz von zusätzlichen Komponenten, Schäden an der Pumpeinheit 10 vermieden oder zumindest eingegrenzt werden. Die hydraulische Last kann im Schadensfall auf ein Minimum reduziert werden und die Pumpeinheit 10 auf diese Weise vor einer totalen Zerstörung geschützt werden. Ein erhöhter Mittelwert der Antriebskraft F_A kann beispielsweise auch auf den Einsatz eines nicht spezifizierten Fördermediums hinweisen.

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe mit: einer Pumpeinheit (10); einer Antriebseinheit (51), die die Pumpeinheit (10) über eine Antriebskraft (F_A) antreibt; einem Ventil (11, 12) mit einstellbarem Durchfluss, welches mit der Pumpeinheit (10) hydraulisch gekoppelt ist, und einer Steuereinheit (30) zum Bestimmen der Antriebskraft (F_A) und zum Steuern des Durchflusses des Ventils (11, 12) in Abhängigkeit von der Antriebskraft (F_A).
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, bei der die Antriebskraft (F_A) aus einer momentan benötigten Antriebskraft der Pumpeinheit (10) ermittelt wird.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Steuereinheit (30) zum Ermitteln der Antriebskraft (F_A) aus einem Kennfeld der Pumpeinheit (10) ausgebildet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer ersten Sensoreinheit (20) zum Ermitteln der Antriebskraft (F_A).
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Pumpeinheit (10) über eine Welle (13) mit zumindest einem Nocken (14) von der Antriebseinheit (51) angetrieben wird und die erste Sensoreinheit (20) die Antriebskraft (F_A) direkt oder indirekt an der Welle (13) ermittelt.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Ermittlung der Antriebskraft (F_A) mit einer zweiten Sensoreinheit (23).
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die zweite Sensoreinheit (23) in einem Arbeitsraum (16) der Pumpeinheit (10) angeordnet ist oder mit dem Arbeitsraum (16) hydraulisch in Verbindung steht.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 7, bei dem die zweite Sensoreinheit (23) ein Drucksensor ist.
Verfahren zum Reduzieren von Ungleichförmigkeiten einer Antriebskraft (F_A) einer Kraftstoffhochdruckpumpe, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe ein Ventil (11, 12) aufweist, das mit einer Pumpeinheit (10) hydraulisch gekoppelt ist, umfassend: Ermitteln (101) von Informationen zur Antriebskraft (F_A) der Pumpeinheit (10), Verarbeiten (102) der ermittelten Informationen zur Antriebskraft (F_A), und Ansteuern (103) von zumindest einem Ventil (11, 12) in Abhängigkeit der ermittelten Informationen zur Antriebskraft (F_A).
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Informationen zur Antriebskraft (F_A) zumindest teilweise aus einem Kennfeld oder durch Messung ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem die bereitgestellten Informationen zur Antriebskraft (F_A) mit vordefinierten Schwellwerten (41, 42) verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Ansteuern von zumindest einem Ventil (11, 12) erst bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes (41, 42) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Antriebskraft (F_A) aus einer momentan benötigten Antriebskraft der Pumpeinheit (10) ermittelt wird.