EP2038519A2 - Verfahren zum verstellen einer volumenstromvariablen verdrängerpumpe in einem brennkraftmotor - Google Patents

Verfahren zum verstellen einer volumenstromvariablen verdrängerpumpe in einem brennkraftmotor

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EP2038519A2
EP2038519A2 EP07724177A EP07724177A EP2038519A2 EP 2038519 A2 EP2038519 A2 EP 2038519A2 EP 07724177 A EP07724177 A EP 07724177A EP 07724177 A EP07724177 A EP 07724177A EP 2038519 A2 EP2038519 A2 EP 2038519A2
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EP
European Patent Office
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displacement pump
signal
internal combustion
combustion engine
positive displacement
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Withdrawn
Application number
EP07724177A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Schneider
Torsten Helle
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Joma Hydromechanic GmbH
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Joma Hydromechanic GmbH
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Publication date
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    • F04B1/34—Control not provided for in groups F04B1/02, F04B1/03, F04B1/06 or F04B1/26
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
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    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a volume flow variable positive displacement pump in an internal combustion engine.
  • Such positive displacement pumps are used in internal combustion engines primarily as a lubricant pump for oil lubrication. It is known that the displacement of such displacement pumps takes place either mechanically, hydraulically, mechanically hydraulically or electro-hydraulically.
  • the adjustment of a volumetric flow variable displacement pump is understood to mean the reduction or enlargement of its displacement space.
  • a volumetric flow variable vane pump the axial offset of the rotating rotor is changed to the pump center in such a way that the individual displacement spaces located between the wings are increased or decreased. Changing the axial offset is called adjustment.
  • the adjustment of a pump is then carried out when either the system pressure to be varied or the flow rate must be adjusted.
  • the invention has for its object to provide a method by which a volume flow variable positive displacement pump can be optimally adapted to changing needs of an internal combustion engine.
  • a distinctive characteristic value is determined from the exhaust gas flow of the internal combustion engine and, depending on the deviation of this characteristic value from an actual value signal, the displacement pump is adjusted until the characteristic value is adjusted to the desired value.
  • a signal of a lambda probe located in the exhaust gas flow is used in a preferred embodiment.
  • the suction pressure (ps), the delivery pressure (PL), the speed (n) of the internal combustion engine and / or the positive displacement pump, the temperature (T) of the fluid and / or the delivery rate (Q) of the fluid can be determined.
  • the positive displacement pump is controlled.
  • the multiple characteristic values can be queried simultaneously or one after the other. In any case, however, the parameter from the exhaust gas flow is used for control.
  • the desired value can be made available in the form of setpoint ranges so that only a deviation of a certain order of magnitude leads to an adjustment of the positive displacement pump.
  • This can be set so that z. B. a deviation of 5% from the setpoint leads to an adjustment of the positive displacement pump, whereas deviations remain below this limit irrelevant.
  • Another variant provides that a change in the volume flow is only made when the control signal changes by a certain value. These can also be 5% or 10%.
  • the already existing engine control computer can be used as a control unit in which a large number of characteristic data is already being processed.
  • the engine control computer then only has to be supplemented with the data of the positive displacement pump as well as the calculation rules for setpoint / actual value comparison and for signal generation.
  • it requires neither additional sensors nor additional lines, so that the component cost is relatively low.
  • an electromotive or hydraulic drive is used as the actuator.
  • the hydraulic drive for both actuating directions can be acted upon with a fluid.
  • the fluid used may preferably be the lubricating oil of the internal combustion engine.
  • the displacement of the positive displacement pump is linear, progressive or degressive changed. In this case, the delivery volume of the positive displacement pump is increased or decreased. This has the significant advantage that rapid changes can be made in both directions.
  • the positive displacement pump may be an oil pump or a gas pump, in particular a supercharger, preferably a hydrostatic or hydrodynamic supercharger.
  • Reference numeral 1 denotes a positive-displacement pump, in particular a supercharger, which is driven by an internal combustion engine 2.
  • the positive displacement pump 1 sucks e.g. Ol from an oil sump and calls this to a variety of lubrication points in the internal combustion engine 2, of which only one is shown.
  • the oil runs from the lubricant points back into the oil sump.
  • this air aspirates from the environment 3 and calls it over the intake tract of the internal combustion engine 2 m the combustion chambers 4. From there the exhaust gas enters an exhaust system 8 and from there into the environment 3.
  • the exhaust system 8 is a Lambda probe 9, which provides characteristics that are processed in an engine control unit to optimize gas mixing.
  • the erfmdungsgedorfe method additionally uses the characteristics of existing in the engine system measuring points 5 to determine delivery pressure p L , the Q, the temperature T, the suction pressure ps and the rotational speed n as actual signals for processing in a control unit 6.
  • the already existing Sensors and installed cables used.
  • the existing engine control unit is used and supplemented if necessary.
  • Setpoint data for the lambda probe 9 and the measuring points 5 for the respective operating state of the internal combustion engine 2 are stored in the control unit 6 for the operating range of the internal combustion engine 2.
  • the actual value signals determined via the lambda probe 9 and at the measuring points 5 are compared in the control unit 6 with the desired data stored there.
  • a control signal is generated in the control unit 6, which is forwarded via a signal generator 7 to an actuator 10.
  • the actuator 10 is based on the control signal zoom in or zoom out the Verdrangerraumes the positive displacement pump 1 causes until the actual value signals of the lambda probe 9 and optionally at the measuring points 5 with the setpoint signals in the control unit 6 match.
  • suitable control systems are used.
  • the control unit 6 may be present as a single device or it is, as already mentioned, integrated in the engine control unit. In this case, only additional data for the positive displacement pump 1 and the calculation rules for the setpoint / actual value comparison and the signal control generation need to be stored.
  • the signal generator 7 may also be designed as a single unit or it is integrated into the control unit 6 or m the actuator 10.
  • the actuator 10 is formed as a discrete component or is already integrated in the positive displacement pump 1.
  • the actuator 10 includes a solenoid valve 11 and a hydraulic drive 12 with a m both actuating directions driven piston.
  • the hydraulic drive 12 is supplied via a separate pump 13 or via the lubricant circuit of the internal combustion engine 1 with pressure medium.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) in einem Brennkraftmotor (2) mit folgenden Verfahrensschritten: Antreiben der Verdrängerpumpe, Fördern des Fluides zu den Verbrauchsstellen in der Brennkraftmaschine, Ermitteln wenigstens eines Kennwerts aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine, Weiterleiten dieses Kennwerts als Istwertsignal in ein Steuergerät, Vergleichen des Istwertsignals mit einem vorgegebenen Sollwert, Aufbereiten eines Stellsignals aus der Abweichung zwischen dem Istwertsignal und dem Sollwert, Zuführen des Stellsignals an ein Stellglied, Verändern des Volumenstroms der Verdrängerpumpe mittels des Stellglieds in Abhängigkeit des Stellsignals, Wiederholen der Verfahrensschritte, bis das Istwertsignal gleich dem Sollwert ist.

Description

Titel: Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe in einem Brennkraftmotor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe in einem Brennkraftmotor .
Derartige Verdrängerpumpen werden bei Brennkraftmaschinen vornehmlich als Schmierstoffpumpen für die Ölschmierung verwendet. Es ist bekannt, dass die Verstellung derartiger Verdrängerpumpen entweder mechanisch, hydraulisch, mechanischhydraulisch oder elektro-hydraulisch erfolgt. Unter der Verstellung einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe versteht man das Verkleinern oder Vergrößern ihres Verdrängungsraumes. Dazu wird bei einer volumenstromvariablen Flügelzellenpumpe der Achsversatz des drehenden Rotors zur Pumpenmitte derart verändert, dass die sich zwischen den Flügeln befindenden einzelnen Verdrängerräume vergrößert oder verkleinert werden. Das Verändern des Achsversatzes nennt man Verstellung. Die Verstellung einer Pumpe wird dann durchgeführt, wenn entweder der Anlagendruck variiert werden soll oder die Fördermenge angepasst werden muss.
Aus der EP 1 387 960 Al ist eine volumenstromvariable Verdrängerpumpe bekannt. Für die Verstellung der Pumpe wird ein Kennwert der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies führt zu sehr guten Ergebnissen bei Schmierstoffpumpen . Werden jedoch Ladeluftpumpen verwendet, so werden hinsichtlich der Verbrennung keine optimalen Ergebnisse erzielt, da sich bei ändernden Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Lufttemperatur, usw.) nicht unbedingt die abgefragten Kennwerte der Brennkraftmaschine ändern müssen. Daher wird das geförderte Volumen der Pumpe trotz sich ändernder Umgebungsbedingungen oftmals nicht verändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine volumenstromvariable Verdrängerpumpe optimal an sich ändernde Bedürfnisse einer Brennkraftmaschine angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein markanter Kennwert aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ermittelt und in Abhängigkeit der Abweichung dieses Kennwerts von einem Istwertsignal die Verdrängerpumpe so lange verstellt, bis der Kennwert dem Sollwert angeglichen ist.
Als Kennwert wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Signal einer im Abgasstrom sich befindenden Lambda-Sonde verwendet. Daneben können der Saugdruck (ps) , der Lieferdruck (PL) , die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und/oder der Verdrängerpumpe, die Temperatur (T) des Fluides und/oder die Fördermenge (Q) des Fluides ermittelt werden. Dies bedeutet, dass auch die Möglichkeit besteht, dass mehrere unterschiedliche Kennwerte ermittelt werden und abhängig von diesen mehreren Kennwerten die Verdrängerpumpe angesteuert wird. Dabei können die mehreren Kennwerte gleichzeitig oder nacheinander abgefragt werden. Auf jeden Fall wird aber der Kennwert aus Abgasstrom zur Ansteuerung verwendet.
Außerdem kann der Sollwert in Form von Sollwertbereichen zur Verfügung gestellt werden, so dass erst eine Abweichung einer bestimmten Größenordnung zu einer Verstellung der Verdrängerpumpe führt. Dies kann so eingestellt werden, dass z. B. eine Abweichung von 5 % vom Sollwert zu einer Verstellung der Verdrängerpumpe führt, wohingegen Abweichungen unterhalb dieses Grenzwertes unbeachtlich bleiben. Eine andere Variante sieht vor, dass eine Veränderung des Volumenstroms nur dann vorgenommen wird, wenn das Stellsignal sich um einen bestimmten Wert ändert. Dies können ebenfalls 5 % oder 10 % sein.
Vorteilhaft kann als Steuergerät der bereits vorhandene Motorsteuerrechner verwendet werden, in dem bereits eine Vielzahl an Kenndaten verarbeitet werden. Der Motorsteuerrechner muss dann lediglich mit den Daten der Verdrängerpumpe sowie den Berechnungsregeln für den Sollwert-/Istwertvergleich und für die Signalerzeugung ergänzt werden. Somit bedarf es weder zusätzlicher Sensoren noch zusätzlicher Leitungen, so dass der Bauteilaufwand relativ gering ist.
Bevorzugt wird als Stellglied ein elektromotorischer oder hydraulischer Antrieb verwendet. Dabei kann der hydraulische Antrieb für beide Stellrichtungen mit einem Fluid beaufschlagt werden. Als Fluid kann bevorzugt das Schmieröl der Brennkraftmaschine verwendet werden. Beim Betätigen des Stellgliedes wird das Fördervolumen der Verdrängerpumpe linear, progressiv oder degressiv verändert. Dabei wird das Fördervolumen der Verdrängerpumpe vergrößert oder verringert . Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass in beide Stellrichtungen schnelle Änderungen vorgenommen werden können.
Dabei kann die Verdrängerpumpe eine Ölpumpe oder eine Gaspumpe, insbesondere ein Lader, bevorzugt ein hydrostatischer oder hydrodynamischer Lader sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Verdrängerpumpe, insbesondere ein Lader, bezeichnet, die bzw. der von einer Brennkraftmaschine 2 angetrieben wird. Die Verdrängerpumpe 1 saugt z.B. Ol aus einem Olsumpf an und fordert dieses zu einer Vielzahl von Schmierstoffstellen in der Brennkraftmaschine 2, von denen lediglich eine dargestellt ist. Das Ol lauft von den Schmierstoffstellen wieder zurück in den Olsumpf. Im Falle eines Laders, saugt dieser Luft aus der Umgebung 3 an und fordert diese über den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 m die Brennraume 4. Von dort gelangt das Abgas in ein Abgassystem 8 und von dort in die Umgebung 3. Im Abgassystem 8 befindet sich eine Lambda-Sonde 9, die Kennwerte liefert, die in einem Motorsteuergerat zur Optimierung der Gasmischung verarbeitet werden.
Das erfmdungsgemaße Verfahren nutzt zusätzlich die Kennwerte von im Motorsystem vorhandenen Messstellen 5 zur Ermittlung von Lieferdruck pL, die Fordermenge Q, die Temperatur T, den Saugdruck ps und die Drehzahl n als Istwertsignale für die Verarbeitung in einem Steuergerat 6. Dabei werden die bereits vorhandenen Sensoren sowie verlegten Leitungen verwendet. Außerdem wird das bereits vorhandene Motorsteuergerat verwendet und gegebenenfalls ergänzt. Im Steuergerat 6 sind für den Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine 2 Solldaten für die Lambda-Sonde 9 und die Messstellen 5 für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 abgelegt. Die über die Lambda-Sonde 9 und an den Messstellen 5 ermittelten Istwertsignale werden im Steuergerat 6 mit den dort abgelegten Solldaten verglichen. Aus den Abweichungen zwischen den Istwerten und den Sollwerten wird im Steuergerat 6 ein Stellsignal erzeugt, welches über einen Signalgeber 7 an ein Stellglied 10 weitergeleitet wird. Durch das Stellglied 10 wird anhand des Stellsignals ein Vergrößern oder Verkleinern des Verdrangerraumes der Verdrängerpumpe 1 so lange bewirkt, bis die Istwertsignale der Lambda-Sonde 9 und gegebenenfalls an den Messstellen 5 mit den Sollwertsignalen im Steuergerat 6 übereinstimmen. Hierfür werden geeignete Regelsysteme verwendet .
Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich zur Lambda-Sonde 9 die in der Zeichnung dargestellten Messstellen 5 verwendet werden können, dass jedoch auch weniger Messstellen 5 oder weitere zusätzliche Messstellen 5 verwendet werden können. Das Steuergerat 6 kann als Einzelgerat vorhanden sein oder es ist, wie bereits erwähnt, im Motorsteuergerat integriert. In diesem Fall müssen lediglich zusätzlich Daten für die Verdrängerpumpe 1 sowie die Berechnungsregeln für den Sollwert- /Istwertvergleich und die Signalsteuererzeugung abgespeichert werden. Der Signalgeber 7 kann ebenfalls als Einzelgerat ausgebildet sein oder er ist in das Steuergerat 6 oder m das Stellglied 10 integriert.
Das Stellglied 10 ist als diskretes Bauteil ausgebildet oder ist bereits in der Verdrängerpumpe 1 integriert. Das Stellglied 10 enthalt ein Magnetventil 11 und einen Hydraulikantrieb 12 mit einem m beide Stellrichtungen antreibbaren Kolben. Der Hydraulikantrieb 12 wird über eine separate Pumpe 13 oder über den Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine 1 mit Druckmedium versorgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verstellen einer volumenstromvariablen Verdrängerpumpe (1) in einer Brennkraftmaschine (2) mit folgenden Verfahrensschritten:
Antreiben der Verdrängerpumpe (1),
Fördern des Fluides zu den Verbrauchsstellen in der
Brennkraftmaschine (2),
Ermitteln wenigstens eines Kennwerts aus dem
Abgasstrom der Brennkraftmaschine (2),
Weiterleiten dieses Kennwerts als Istwertsignal in ein Steuergerät (6),
Vergleichen des Istwertsignals mit einem vorgegebenen Sollwert,
Aufbereiten eines Stellsignals aus der Abweichung zwischen dem Istwertsignal und dem Sollwert,
Zuführen des Stellsignals an ein Stellglied (10),
Verändern des Volumenstroms der Verdrängerpumpe (1) mittels des Stellglieds (10) in Abhängigkeit des
Stellsignals,
Wiederholen der Verfahrensschritte, bis das
Istwertsignal gleich dem Sollwert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert ein Signal, insbesondere für den Restsauerstoffgehalt, einer im Abgasstrom sich befindenden Lambda-Sonde (9) verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert in Form von Sollwertbereichen zur Verfügung gestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom nur dann geändert wird, wenn das Stellsignal einen Schwellwert überschreitet .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuergerät (6) der bereits vorhandene Motorsteuerrechner oder ein separater Rechner verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Steuergeräts (6) der Motorsteuerrechner mit den Daten der Verdrängerpumpe (1) sowie die Berechnungsregeln für den Sollwert- /Istwertvergleich und die Stellsignalerzeugung ergänzt wird .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied (10) ein elektromotorischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb (12) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (12) für beide Stellrichtungen mit einem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid das Schmieröl der Brennkraftmaschine (2) verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betätigen des Stellgliedes (10) das Fördervolumen der Verdrängerpumpe (1) linear, progressiv oder degressiv verändert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Steuerungskette oder eines einzelnen Bauteils die Verdrängerpumpe (1) auf maximalen Volumenstrom verstellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrängerpumpe eine Ölpumpe oder eine Gaspumpe, insbesondere ein Lader, verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydrostatischer oder hydrodynamischer Lader verwendet wird .
EP07724177A 2006-07-10 2007-04-12 Verfahren zum verstellen einer volumenstromvariablen verdrängerpumpe in einem brennkraftmotor Withdrawn EP2038519A2 (de)

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